EN
Как се определят размерите на арматурните пръти: стандарти, означения и ключови размери
Декодиране на системата #X и метричните еквиваленти (6 мм – 57 мм)
Размерите на арматурните пръти следват стандартизирана система за означаване, при която означението #X съответства на диаметъра в осми части от инча. Например, арматурен прът #3 има диаметър 3/8 инча (9,5 мм), докато #8 означава 1 инч (25,4 мм). Тази система обхваща размери от #3 (6 мм) до #18 (57 мм), като метричните еквиваленти осигуряват координация на проекти на глобално равнище. Основни преобразувания между имперската и метричната система включват:
- #4: 12,7 мм
- #5: 15,9 мм
- #9: 28,7 мм
- #11: 35,8 мм
Постоянството на диаметъра осигурява равномерно разпределение на натоварването по бетонните конструкции. Инженерите разчитат на тези стандартизирани размери — първо кодифицирани в ASTM A615 — за да съгласуват разположението на армирането с международните строителни норми, като ACI 318 и ISO 6935.
Класове ASTM A615/A706 и защо само диаметърът не определя якостта
ASTM установява правилата за необходимата якост на арматурните пръти, предимно чрез своите стандарти като A615 за обикновена въглеродна стомана и A706 за сварими нисколегирани стомани. При оценката на това, което един прът може да поеме, диаметърът наистина има значение, но всъщност решаващ е класът на якост при текучест. Например клас 60 издържа приблизително 60 000 паунда на квадратен инч (около 414 мегапаскала). Клас 80 е още по-висок — приблизително 80 000 psi или 552 MPa. Интересно е, че два пръта с напълно еднаква дебелина, но от различни класове, могат да показват разлика в тяхната якост при опън до една третина. Също така решаващо значение има и действителният материал, използван за производството им. При стоманата по стандарт A706 се прилага специален контрол върху химичния състав, който подобрява гъвкавостта ѝ преди разрушение и нейната устойчивост при земетресения, като все пак се спазват точно зададените размерни изисквания. За всеки, който участва в проектирането на конструкции, проверката както на физическите измервания, така и на металните характеристики е задължителна. И не забравяйте винаги да поискате сертификатите за изпитания от производството (mill test reports) според раздел 11 на стандарта ASTM A615 при верификация на техническите спецификации.
Съответствие между размерите на арматурните пръти и структурните приложения
Изборът на оптималния размер на арматурните пръти предотвратява скъпи повреди, като едновременно изпълнява изискванията на строителните норми и инженерните критерии за производителност. По-малките диаметри са подходящи за по-леки натоварвания и по-тънки сечения; по-тежките елементи изискват по-здрава армировка, за да пренасят ефективно опънните сили и да запазват експлоатационната способност при продължително натоварване.
Фундаменти и плочи: Оптимизиране на контрола върху пукнатините с арматурни пръти #2–#4 (6–13 mm)
За хоризонтални конструктивни елементи като плочи по основа и плитки фундаментни системи, изпълнителите обикновено използват армировъчна стомана с диаметри от #2 до #4 (около 6–13 мм), главно за контролиране на пукнатини от свиване и температурни проблеми. При работа с по-тънки бетонни сечения тези по-тънки пръти, разположени на приблизително 12–18 инча (30–45 см) един от друг, усилват бетона по цялата му дебелина, без да създават точки на концентрация на напрежение, които по-късно могат да предизвикат проблеми. Според раздел 7.12 от последното издание на нормативния документ ACI 318 използването на армировъчна стомана #4 (с диаметър около 12,7 мм) с разстояние между прътите само 12 инча (30 см) намалява ширината на пукнатините повече от два пъти в типични жилищни приложения с плочи, в сравнение с неразармирани плочи или такива с недостатъчно количество стомана. Използването на прекалено дебели пръти води до по-високи разходи, затруднява бетонирането и увеличава вероятността от лошо вграждане в бетонната смес. От друга страна, използването на прекалено тънки пръти означава, че армировката няма да задържи първоначалните пукнатини, които се образуват по време на твърдене, което в крайна сметка влияе както върху сроковете на експлоатация на конструкцията, така и върху нейния визуален вид.
Колони, греди и носещи елементи: Когато арматурните пръти №5–№11 (16–36 mm) осигуряват структурна цялост
Вертикалните и огъващи елементи като колони, греди и прехвърлящи греди изискват армировъчни пръти с диаметри от #5 до #11 (около 16 до 36 мм), за да поемат всички различни напрежения, на които са подложени едновременно — компресивни, опънни и срязващи сили. При по-големи диаметри на прътите се наблюдава значително увеличение на носимостта им. Например прът #8 (25,4 мм) поема приблизително с 50 % по-голяма товарна способност в сравнение с по-малкия прът #5 от същата стоманена марка, според спецификациите AASHTO LRFD от 10-то издание. Нещата стават още по-специфични при проектиране за земетресения. В райони с висок сейсмичен риск строителните норми изискват поне пръти #7 (около 22,2 мм) в пластичните шарнирни зони на колоните, за да се огъват без разрушаване. Прехвърлящите греди обикновено са армирани с множество пръти #11 (по 35,8 мм всеки), свързани в пакети, за да поемат както вертикалното тегло, така и хоризонталните сили. В края на краищата инженерите изчисляват необходимото количество стомана в бетона въз основа на площови съотношения. Повечето насоки препоръчват минимално армиране над 1 % в важните конструктивни участъци, както е посочено в глава 10 на ACI 318-19.
Ключови инженерни фактори, които определят избора на диаметъра на арматурните пръти
Изисквания към натоварването, якост на бетона и съотношение между площта на стоманата и площта на бетона
Количеството структурно натоварване определя колко голяма е растегателната сила, която арматурните пръти трябва да поемат. Когато има по-големи постоянни натоварвания, като например големи механични системи или дебели подови материали, както и динамични временни натоварвания от неща като паркинги или големи събирателни площи, инженерите обикновено изискват пръти с по-голям диаметър. Например, високите сгради често изискват пръти №11 (около 35,8 мм) в основните си колони, докато простите основи могат да функционират добре и с пръти №3 (около 9,5 мм). Интересното е, че по-високата якост на бетона всъщност означава, че можем да използваме по-малко стомана. Бетон с висока якост при около 5000 psi или 35 MPa позволява на проектиращите да намалят изискванията за стомана почти с 20 % спрямо обикновените смеси с якост 3000 psi (21 MPa), стига първо да се проверят адхезията и дължините за развитие. Съотношението между площта на стоманата и площта на бетона (ро) играе решаваща роля за осигуряване на безопасност и икономичност на конструкцията. Формулата изглежда по следния начин: ро = As / (b × d), където As представлява общата площ на стоманата в зоната на опън, b е широчината на структурния елемент, а d е ефективната му дълбочина. Ако това съотношение надвиши максимално допустимата стойност, бетонът може да се разруши, преди стоманата изобщо да започне да тече. От друга страна, ако съотношението е под минимално изискваните стойности, това може да доведе до неочаквани разрушения при опън. Повечето проекти целят съотношение между 1 % за основни конструкции без специални изисквания и до 3–4 % за сгради в зони с риск от земетресения или места с тежки корозионни опасности, според таблица 10.3.1 от стандарта ACI 318-19.
Ограничения за разстояния, сеизмични норми и съображения за размери, устойчиви на корозия
При работа с физически ограничения, като тесни опалубки, натрупани армировъчни пръти или множество прониквания на инсталационни системи (MEP), минаващи през конструкцията, изборът на диаметъра на армировъчните пръти обикновено се диктува от тези ограничения, а не само от изискванията за якост. Затова много инженери предпочитат по-тънки пръти, обикновено с номер #4 или #5, разположени по-плътно един до друг, вместо по-дебели пръти, които всъщност могат да попречат на правилната консолидация на бетона по време на бетониране. При сеизмични разглеждания изискванията стават още по-специфични. Според глава 18 на стандарта ACI 318-19 възелите между греди и колони трябва да имат поне пръти с номер #6, когато хомотите са разположени на разстояние четири инча (около 10,16 см) или по-малко един от друг. Освен това в зоните на пластични шарнирове — където конструкцията се огъва под въздействието на напрежения — армировката трябва да има носимоспособност, равна на 1,25 пъти нормалното изискване за якост, за да издържи цялото това деформиране без разрушаване. Морската среда или районите, където през зимата пътищата се посипват със сол, също изискват по-дебели пръти. Изпълнителите често предвиждат пръти с номер #8 (с диаметър 25,4 мм), вместо стандартните #6 (19,1 мм), тъй като знаят, че стоманата ще загуби около половин милиметър от корозия всяка година през целия експлоатационен живот на сградата. Въпреки че епоксидно покритите или неръждаемостоманените армировъчни пръти запазват първоначалните си размери, те не се адхезират към бетона толкова добре, колкото обикновената въглеродна стомана. Следователно спецификациите трябва да бъдат коригирани както относно разстоянието между прътите, така и относно дължината им, която трябва да се вкарва в опорите, като се следват насоките от глава 25 на стандарта ACI 318-19 и стандарти ASTM A775/A934.