EN
Ako sú definované veľkosti výstužných tyčí: normy, označovanie a kľúčové rozmery
Rozluštenie systému označenia #X a metrických ekvivalentov (6 mm – 57 mm)
Veľkosti výstužných tyčí sledujú štandardizované označovacie konvencie, pri ktorých označenie #X zodpovedá priemeru v osminách palca. Napríklad výstužná tyč #3 má priemer 3/8 palca (9,5 mm), zatiaľ čo #8 znamená 1 palec (25,4 mm). Tento systém sa rozprestiera od #3 (6 mm) do #18 (57 mm), pričom metrické ekvivalenty umožňujú koordináciu projektov na celosvetovej úrovni. Kľúčové prevody medzi imperiálnym a metrickým systémom zahŕňajú:
- #4: 12,7 mm
- #5: 15,9 mm
- #9: 28,7 mm
- #11: 35,8 mm
Zhoda priemerov zaisťuje rovnomerné rozloženie zaťaženia v betónových konštrukciách. Inžinieri sa pri návrhu výstuže spoliehajú na tieto štandardizované rozmery – prvýkrát definované v norme ASTM A615 – aby zarovnali usporiadanie výstuže s medzinárodnými stavebnými predpismi, ako sú ACI 318 a ISO 6935.
Značky ASTM A615/A706 a prečo samotný priemer nestačí na určenie pevnosti
ASTM stanovuje pravidlá týkajúce sa pevnosti výstuže, najmä prostredníctvom noriem, ako je A615 pre bežnú uhlíkovú oceľ a A706 pre zvárateľné nízkolegované ocele. Pri posudzovaní zaťažiteľnosti tyče hraje určitú úlohu aj priemer, avšak rozhodujúcou charakteristikou je skutočne trieda medze klzu. Napríklad trieda 60 vydrží približne 60 000 libier na štvorcový palec (asi 414 MPa). Trieda 80 má ešte vyššiu hodnotu – približne 80 000 psi (552 MPa). Zaujímavé je, že dve tyče presne rovnakej hrúbky, ale rôznych tried, sa môžu líšiť vo svojej pevnosti v ťahu až o tretinu. Rovnako veľký význam má aj skutočný materiál, z ktorého sú tyče vyrobené. Pri oceli A706 sa špeciálne upravuje chemické zloženie, čo zlepšuje jej schopnosť ohybu pred poruchou a zároveň zvyšuje odolnosť pri zemetraseniach, pričom sú stále dodržané presné požiadavky na rozmery. Pre každého, kto sa zaoberá konštrukčným navrhovaním, je preto nevyhnutné overiť nielen fyzikálne rozmery, ale aj kovové vlastnosti materiálu. A nezabudnite vždy požadovať tzv. „mill test reports“ (správy o skúškach z výrobného závodu) podľa časti 11 normy ASTM A615 pri overovaní technických špecifikácií.
Prispôsobenie veľkostí výstužných tyčí štrukturálnym aplikáciám
Výber optimálnej veľkosti výstužných tyčí zabraňuje nákladným poruchám a zároveň spĺňa stavebné predpisy a inžinierske kritériá výkonu. Menšie priemery sú vhodné pre ľahšie zaťaženia a tenšie prierezy; ťažšie konštrukčné prvky vyžadujú robustnú výstuž na účinný prenos ťahových síl a zachovanie prevádzkyschopnosti pri trvalom zaťažení.
Základy a dosky: optimalizácia kontroly praskín pomocou výstužných tyčí #2–#4 (6–13 mm)
Pre horizontálne konštrukčné prvky, ako sú dosky na úrovni terénu a plytké základové systémy, dodávatelia zvyčajne používajú výstužné tyče s priemerom od čísla #2 do #4 (približne 6 až 13 mm), najmä na kontrolu trhlin spôsobených smršťovaním a teplotnými vplyvmi. Pri práci s tenšími betónovými vrstvami tieto tyče menšieho priemeru umiestnené približne každých 12 až 18 palcov (30 až 45 cm) posilňujú betón po celej jeho šírke bez vytvárania miest napätia, ktoré by neskôr mohli spôsobiť problémy. Podľa oddielu 7.12 najnovšej normy ACI 318 použitie výstužných tyčí čísla #4 (približne 12,7 mm hrubých) s rozostupom len 12 palcov (30 cm) zníži šírku trhlin viac ako o polovicu v typických aplikáciách betónových dosiek pre rodinné domy v porovnaní s doskami bez výstuže alebo s nedostatočným obsahom ocele. Použitie príliš hrubých tyčí vedie k vyšším nákladom, zvyšuje náročnosť pri vlievaní betónu a zvyšuje riziko ich nedostatočného zabudovania do betónovej zmesi. Naopak, použitie príliš tenkých tyčí má za následok nedostatočnú odolnosť proti počiatočným trhlinám vznikajúcim počas tuhnutia, čo nakoniec ovplyvní nielen životnosť konštrukcie, ale aj jej estetický vzhľad.
Stĺpy, nosníky a nosné prvky: Keď výstužné tyče #5–#11 (16–36 mm) zabezpečujú štrukturálnu celistvosť
Zvislé a ohybové prvky, ako sú stĺpy, nosníky a prenosové nosníky, vyžadujú výstužné tyče s priemerom od čísla #5 do #11 (približne 16 až 36 mm), aby odolali všetkým rôznym namáhacím účinkom, ktorým sú spoločne vystavené – tlaku, ťahu a strihovým silám. Pri väčších priemeroch tyčí sa výrazne zvyšuje ich nosná schopnosť. Napríklad tyč č. #8 (t. j. 25,4 mm) vydrží približne o 50 % vyššie zaťaženie v porovnaní s menšou tyčou č. #5 rovnakej triedy ocele podľa špecifikácií AASHTO LRFD z 10. vydania. V prípade seizmických požiadaviek sa veci stávajú ešte presnejšími. V oblastiach s vysokým rizikom zemetrasení vyžadujú stavebné predpisy v plastických klbnoch stĺpov aspoň tyče č. #7 (približne 22,2 mm), aby sa stĺpy mohli ohýbať bez zlomenia. Prenosové nosníky zvyčajne obsahujú viacero tyčí č. #11 (každá 35,8 mm) zoskupených do zväzku, aby odolali nielen zvislému zaťaženiu, ale aj bočným silám. Na konci dňa inžinieri vypočítajú množstvo ocele potrebnej do betónu na základe pomerov plochy. Väčšina pokynov odporúča udržiavať stupeň výstuže nad 1 % v dôležitých častiach, ako je uvedené v kapitole 10 normy ACI 318-19.
Kritické technické faktory, ktoré určujú výber priemeru výstuže
Požiadavky na zaťaženie, pevnosť betónu a pomer plochy ocele ku betónu
Množstvo štrukturálneho zaťaženia určuje, akú veľkú ťahovú silu musia vydržať výstužné tyče. Ak sú prítomné väčšie statické zaťaženia, napríklad veľké mechanické systémy alebo hrubé podlahové materiály, spolu s dynamickými premennými zaťaženiami z miest ako sú parkoviská alebo priestory pre veľké zhromaždenia ľudí, inžinieri zvyčajne špecifikujú tyče s väčším priemerom. Napríklad vysoké budovy často vyžadujú tyče triedy #11 (približne 35,8 mm) v stĺpoch jadrového zosilnenia, zatiaľ čo jednoduché základy môžu stačiť s tyčami triedy #3 (približne 9,5 mm). Zaujímavé je, že peknejší betón umožňuje použiť menej ocele. Vysokopevnostný betón s pevnosťou približne 5 000 psi (35 MPa) umožňuje návrhárom znížiť požiadavky na oceľ až o 20 % v porovnaní so štandardnými zmesami s pevnosťou 3 000 psi (21 MPa), za predpokladu, že sa najskôr overí pevnosť zlepenia a dĺžky zakotvenia. Pomer plochy ocele k ploche betónu (rho) zohráva kľúčovú úlohu pri zabezpečení bezpečnosti aj ekonomickej efektívnosti konštrukcií. Vzorec vyzerá nasledovne: rho = As / (b × d), kde As predstavuje celkovú plochu ocele v ťahu, b je šírka konštrukčného prvku a d označuje efektívnu výšku. Ak tento pomer presiahne maximálnu povolenú hodnotu, môže dôjsť k rozdrcaniu betónu ešte predtým, než sa oceľ začne plasticky deformovať. Naopak, ak pomer klesne pod minimálne požadované hodnoty, môže to viesť k neočakávaným poruchám v ťahu. Väčšina projektov sa zameriava na hodnoty medzi 1 % pre základné konštrukcie bez špeciálnych požiadaviek a až 3–4 % pre budovy v oblastiach s vysokým rizikom zemetrasení alebo v miestach s výrazným rizikom korózie, podľa tabuľky 10.3.1 noriem ACI 318-19.
Obmedzenia vzdialeností, seizmické predpisy a zohľadnenie odolnosti voči korózii pri určovaní rozmerov
Pri práci s fyzickými obmedzeniami, ako sú úzke priestory pre bednenie, prepálené usporiadania kotviacich tyčí alebo veľké množstvo prienikov mechanických, elektrických a potrubných systémov (MEP) cez konštrukciu, voľba priemeru výstužných tyčí sa často riadi týmito obmedzeniami namiesto toho, aby sa volil len podľa požiadaviek na pevnosť. Preto mnohí inžinieri uprednostňujú tyče menšieho priemeru, zvyčajne veľkosti #4 alebo #5, umiestnené blízko seba, namiesto väčších priemerov, ktoré môžu skutočne brániť správnemu zhutneniu betónu počas jeho ukladania. Pri návrhu na seizmické zaťaženie sa požiadavky stávajú ešte presnejšie. Podľa kapitoly 18 normy ACI 318-19 musia uzly nosníkov a stĺpov obsahovať aspoň tyče veľkosti #6, ak sú závesy (obväzové tyče) umiestnené vo vzdialenosti štyri palce (102 mm) alebo menej od seba. Okrem toho musia oblasti plastických klínov – teda miesta, kde sa konštrukcia ohýba pod vplyvom zaťaženia – mať výstuž s pevnosťou minimálne 1,25-násobku normálneho požadovaného pevnostného výkonu, aby vydržali všetky deformácie bez porušenia. Námorné prostredie alebo miesta, kde sa v zime cesty posypujú soľou, vyžadujú tiež väčšie tyče. Stavební dodávatelia často špecifikujú tyče veľkosti #8 (s priemerom 25,4 mm) namiesto štandardných tyčí veľkosti #6 (19,1 mm), pretože vedia, že oceľ sa počas celého životného cyklu budovy bude korodovať približne o pol milimetra ročne. Hoci epoxidovo pozinkované alebo nehrdzavejúce oceľové výstužné tyče zachovávajú svoje pôvodné rozmery, ich adhézia k betónu nie je taká dobrá ako u bežnej uhlíkovej ocele. Preto je potrebné upraviť technické špecifikácie nielen pre vzdialenosť medzi tyčami, ale aj pre dĺžku ich zakotvenia do opor, pričom sa musia dodržať pokyny uvedené v kapitole 25 normy ACI 318-19 a v štandardoch ASTM A775/A934.