Анкеровка и нахлёстка арматуры по СП 63.13330.2018: расчёт с примером

Базовая длина анкеровки, сопротивление сцепления Rbond, коэффициент α для стыка внахлёстку и минимумы. Разбор на числах и объяснение, почему привычное правило «40 диаметров» занижает стык.

Длина анкеровки и длина нахлёстки — то, что попадает на чертёж КР десятками узлов и почти никогда не пересчитывается. В большинстве проектов действует унаследованное правило «стык 40 диаметров», иногда «50 диаметров». Проблема в том, что СП 63.13330.2018 не оперирует диаметрами напрямую: длина зависит от класса бетона, класса арматуры, диаметра стержня, доли стержней, стыкуемых в одном сечении, и от того, насколько фактическая площадь арматуры превышает расчётную. При бетоне B20 и арматуре А500 привычные 40 диаметров дают стык короче нормируемого — и это одно из самых частых замечаний по разделу КР.

Что нормирует СП 63.13330.2018

Ссылки ниже даны по действующей редакции — СП 63.13330.2018 с Изменением № 1 (приказ Минстроя России № 717/пр). Анкеровка арматуры описана в пп. 10.3.21–10.3.28, стыки внахлёстку без сварки — в пп. 10.3.29 и 10.3.30, защитный слой бетона — в п. 10.3.2 с таблицей 10.1. Расчёт строится на расчётном сопротивлении сцепления арматуры с бетоном (формула 10.2):

Rbond = η1 · η2 · Rbt

• η1 — коэффициент, учитывающий вид поверхности арматуры: 2,5 для горячекатаной и горячекатаной упрочнённой арматуры периодического профиля (А400, А500), 2,0 для холоднодеформированной арматуры периодического профиля (В500), 1,5 для гладкой арматуры (А240);
• η2 — коэффициент, учитывающий диаметр: 1,0 при диаметре стержня до 32 мм включительно и 0,9 при диаметрах 36 и 40 мм;
• Rbt — расчётное сопротивление бетона осевому растяжению для предельных состояний первой группы (для B20 — 0,90 МПа, для B25 — 1,05 МПа, для B30 — 1,15 МПа, таблица 6.8).

Базовая длина анкеровки — п. 10.3.24, формула (10.1):

l0,an = Rs · As / (Rbond · us)

Для круглого стержня As/us = ds/4, поэтому формула сворачивается в удобный вид:

l0,an = Rs · ds / (4 · Rbond)

От базовой длины к длине на чертеже

Базовая длина — не то, что ставится в узле. Требуемая расчётная длина анкеровки определяется по п. 10.3.25, формула (10.3):

lan = α · l0,an · As,расч / As,факт

Коэффициент α учитывает напряжённое состояние бетона и арматуры и конструктивное решение узла. Для стержней периодического профиля с прямыми концами и гладких стержней с крюками или петлями без дополнительных анкерующих устройств принимают α = 1,0 для растянутой арматуры и α = 0,75 для сжатой. Сверх того длину анкеровки допускается уменьшать за счёт поперечной арматуры, приварки дополнительных поперечных стержней, загиба концов и поперечного обжатия бетона (например, от опорной реакции) — но не более чем на 30 %.

Отношение As,расч/As,факт учитывает фактический запас армирования: если по расчёту требовалось 480 мм², а поставили 565 мм² (пять стержней Ø12), стержень недогружен и анкеровку можно сократить пропорционально.

Одновременно СП 63 задаёт нижнюю границу, ниже которой опускаться нельзя ни при каком запасе: не менее 0,3·l0,an, не менее 15ds и не менее 200 мм. Именно про этот минимум чаще всего забывают, когда автоматически подставляют коэффициент запаса армирования.

Нахлёсточные соединения

Стык внахлёстку без сварки (п. 10.3.30) считается от той же базовой длины по формуле (10.5):

ll = α · l0,an · As,расч / As,факт

Здесь и находится главное расхождение с практикой. Коэффициент α = 1,2 для растянутой арматуры (и 0,9 для сжатой) применяется не всегда, а только при одновременном соблюдении четырёх условий:

• относительное количество стыкуемой в одном расчётном сечении рабочей арматуры периодического профиля — не более 50 %, гладкой с крюками или петлями — не более 25 %;
• усилие, воспринимаемое всей поперечной арматурой в пределах стыка, — не менее половины усилия, воспринимаемого стыкуемой в этом сечении растянутой рабочей арматурой;
• расстояние в свету между стыкуемыми рабочими стержнями — не более 4ds;
• расстояние в свету между соседними стыками внахлёстку по ширине элемента — не менее 2ds и не менее 30 мм.

За одно расчётное сечение принимают участок вдоль стыкуемой арматуры длиной 1,3·ll: стыки, центры которых попали в этот участок, считаются расположенными в одном сечении. Разнести стыки на 200–300 мм и объявить их разными сечениями не получится.

Если стыкуется 100 % рабочей растянутой арматуры в одном расчётном сечении, коэффициент принимают равным 2,0. Для промежуточных долей (более 50 % для периодического профиля и более 25 % для гладкой) α определяют линейной интерполяцией. Для сжатой арматуры при стыковке 100 % — α = 1,2.

Минимумы для нахлёстки жёстче, чем для анкеровки: не менее 0,4·l0,an, не менее 20ds и не менее 250 мм. Разнесение стыков вразбежку — не декоративный приём, а способ уложиться в α = 1,2 вместо 2,0, то есть сократить перепуск почти вдвое.

Пример на числах

Плита перекрытия, бетон B25, арматура А500 периодического профиля, рабочие стержни Ø12, зона растянутая, анкеровка прямая, запаса армирования нет (As,расч = As,факт).

Даже «щадящий» вариант вразбежку даёт перепуск около 600 мм, то есть примерно 50 диаметров, а не 40. Привычные «40d» — это 480 мм, на 20 % меньше требуемого. А если сетки стыкуются целиком в одном сечении — на плитах это происходит регулярно, — нужный перепуск подбирается к метру.

Если тот же узел выполнить по бетону B20, Rbt = 0,90 МПа, Rbond = 2,25 МПа, базовая длина вырастает до 580 мм, а нахлёстка вразбежку — до 696 мм, почти 58 диаметров. Один шаг вниз по классу бетона удлиняет стык на 100 мм при том же диаметре.

Обратная ситуация: если фактическая арматура принята с запасом и As,расч/As,факт = 0,8, при B25 длина анкеровки сокращается до 398 мм, а нахлёстка вразбежку — до 477 мм. Оба значения выше минимумов, поэтому сокращение правомерно.

Пересчитать свой узел под конкретный класс бетона, диаметр и запас армирования можно в калькуляторе анкеровки и нахлёстки арматуры: он считает базовую длину, анкеровку и вариант стыка вразбежку (α = 1,2) и сразу проверяет все три минимума. При стыковке более 50 % стержней в одном расчётном сечении длину перепуска нужно увеличивать по п. 10.3.30 отдельно.

Защитный слой: почему его нельзя считать отдельно

Расчёт анкеровки исходит из того, что бетон вокруг стержня способен передать усилие сцепления. Если защитный слой занижен, реальная работа узла отличается от расчётной. Минимальную толщину защитного слоя рабочей арматуры задаёт таблица 10.1 (п. 10.3.2):

К таблице идут три поправки, о которых забывают чаще самой таблицы: для сборных элементов значения уменьшают на 5 мм, для конструктивной арматуры — тоже на 5 мм, и во всех случаях защитный слой принимают не менее диаметра стержня и не менее 10 мм.

Отсюда практический вывод для монолитных фундаментов: узел, срисованный с плиты перекрытия, в фундаментной плите без подготовки работает иначе — там другой защитный слой и другая геометрия каркаса.

Минимальное армирование

Отдельная строка, которая проверяется в том же узле, — п. 10.3.6. Площадь продольной растянутой арматуры (а также сжатой, если она нужна по расчёту) принимают не менее 0,1 % от площади сечения бетона, равной произведению ширины прямоугольного сечения или ширины ребра на рабочую высоту h0, — для изгибаемых, внецентренно растянутых и внецентренно сжатых элементов при гибкости до 17 (для прямоугольных сечений — при отношении расчётной длины к высоте до 5). При гибкости 87 (для прямоугольных сечений — 25) минимум вырастает до 0,25 %, для промежуточных значений — интерполяция. Формально это не про анкеровку, но связь прямая: если фактическая арматура на грани минимума, сокращать анкеровку по отношению As,расч/As,факт уже неоткуда.

Что проверить перед выпуском листа

• Длины анкеровки и нахлёстки посчитаны для фактического класса бетона конструкции, а не для «условного B25 по проекту».
• Для каждого диаметра на листе указана своя длина: один стык Ø25 существенно длиннее стыка Ø12, обобщённое примечание «нахлёстка 40d» здесь не работает.
• Указана доля стержней, стыкуемых в одном расчётном сечении, и приведено требование разнесения стыков — иначе на стройке соберут 100 % в одном сечении, а длина будет посчитана под 50 %.
• Расстояние между соседними стыками проверено по правилу «одно расчётное сечение — участок длиной 1,3·ll».
• Проверены минимумы: 0,3·l0,an / 15ds / 200 мм для анкеровки и 0,4·l0,an / 20ds / 250 мм для нахлёстки.
• Защитный слой в узле соответствует условиям эксплуатации по таблице 10.1 и не меньше диаметра стержня.

Вывод

Анкеровка и нахлёстка — это не константа в примечании, а функция пяти параметров: класса бетона, класса арматуры, диаметра, доли стыкуемых в одном сечении стержней и запаса армирования. Разница между B20 и B25 при Ø12 составляет около 100 мм на каждый стык, разница между стыком вразбежку и стыком «всё в одном сечении» — почти вдвое, а «правило 40 диаметров» при современных классах арматуры А500 даёт результат ниже нормируемого. Пять минут пересчёта по пп. 10.3.24, 10.3.25 и 10.3.30 снимают целый класс замечаний экспертизы и убирают риск на стройке. Смежные расчёты, которые обычно идут вместе с этим узлом, — плита перекрытия по СП 63, колонна на сжатие и спецификация арматуры по массе.

Материал носит справочный характер. Окончательные решения по армированию принимаются в составе проектной документации по действующей редакции СП 63.13330.2018.

Все статьи блога · Инженерные калькуляторы · Нормативная база · Обсудить на форуме