Як підібрати арматуру для сейсмонебезпечних регіонів, якщо будуєте самі?

Сейсмічно активні регіони України, такі як Закарпаття, Чернівецька, Івано-Франківська та Одеська області, вимагають особливого підходу до будівництва. Під час землетрусів будівлі зазнають сильних горизонтальних і вертикальних навантажень, що може призвести до їхнього руйнування. Арматура – один із ключових елементів, який забезпечує стійкість конструкції. Однак не вся арматура однаково добре працює в умовах динамічних навантажень.

Вибір неправильного типу або діаметра може призвести до утворення тріщин у фундаменті, обвалення стін або навіть повного руйнування будівлі. У цьому матеріалі розберемо, яку арматуру використовувати, які методи армування застосовуються в сейсмонебезпечних регіонах і які помилки можуть призвести до катастрофічних наслідків.

Вплив землетрусів на будівельні конструкції

Під час землетрусів будівлі піддаються складним навантаженням:

• Горизонтальні зсуви – бічні сили, що викликають вигин і розхитування конструкцій.
• Вертикальні вібрації – створюють навантаження, аналогічне багаторазовому підйому і опусканню конструкції.
• Ударні навантаження – різкі поштовхи, що викликають резонанс і руйнування слабких вузлів.

Для компенсації цих навантажень будівельні матеріали, включно з арматурою, повинні володіти високою пластичністю, міцністю на розтягнення і стійкістю до циклічних навантажень.

Чому звичайна арматура не підходить?

Стандартна арматура, яка використовується у звичайних умовах, розрахована на статичні навантаження (вага будівлі, снігові та вітрові впливи). Під час землетрусу в конструкції виникають додаткові деформації, які призводять до:

• Руйнування крихкого бетону навколо арматури.
• Розриву арматурних стрижнів у місцях концентрації напружень.
• Втрати зчеплення арматури з бетоном.

Щоб запобігти цим наслідкам, необхідно використовувати спеціальну сейсмостійку арматуру.

Яку арматуру вибрати для сейсмонебезпечних зон України?

Арматурні стрижні відрізняються за класом міцності, типом профілю, технологією виробництва і матеріалом. Розглянемо основні параметри, які важливі для будівництва в сейсмічно активних регіонах.

Оптимальний клас арматури

У сейсмонебезпечних районах України рекомендується використовувати арматуру класів:

• A400C (ГОСТ 5781-82, ДСТУ 3760:2006) – має гарну пластичність, використовується в приватних будинках.
• A500C – підвищена міцність і втомна стійкість, застосовується у фундаментах багатоповерхових будівель.
• B500C – термомеханічно зміцнена арматура, краще переносить різкі навантаження.

Діаметр арматури

Вибір діаметра залежить від конструкції:

Особливості армування в сейсмонебезпечних зонах

Під час будівництва в регіонах із високою сейсмічною активністю особлива увага приділяється не тільки вибору класу арматури, а й правильній технології її розміщення і кріплення. Помилки в армуванні можуть призвести до утворення тріщин у бетонних конструкціях, втрати несучої здатності і, як наслідок, обвалення будівлі.

Одним із найбільш критичних аспектів є:

1. Застосування поперечних хомутів (стяжок) для запобігання втрати стійкості конструкцій.
2. Вибір методу з’єднання арматурних стрижнів – в’язка замість зварювання.
3. Правильний крок армування і додаткове посилення вузлів.

Збільшена кількість поперечних хомутів

Поперечні арматурні хомути (стяжки) відіграють важливу роль у забезпеченні стійкості конструкції під час динамічних навантажень, що виникають під час землетрусів. Їхнє основне призначення:

• Запобігання випучування поздовжньої арматури. За сильних горизонтальних коливань каркас може деформуватися, і поздовжні арматурні прутки починають «випучуватися» назовні, що призводить до руйнування бетону.
• Зниження ризику руйнування бетону в стиснутих зонах. У сейсмічно активних районах бетон піддається багаторазовому стисненню і розтягуванню, через що він швидше тріскається. Хомути рівномірно розподіляють напругу і підвищують загальну жорсткість конструкції.
• Зменшення пластичних деформацій конструкції. Чим частіше розташовані поперечні хомути, тим вища здатність конструкції чинити опір руйнуванню в критичних точках.

Оптимальний крок встановлення поперечних хомутів

У звичайних умовах крок поперечних хомутів становить 250-300 мм, але для сейсмічно активних зон цей крок зменшують:

• Для колон: з 250 мм до 100-150 мм. Це запобігає зміщенню і руйнуванню поздовжніх стрижнів.
• Для балок: з 300 мм до 150 мм у місцях максимальних навантажень (на кінцях прольотів).
• Для плитних фундаментів: стандартний крок 200 мм, але в сейсмонебезпечних районах його зменшують до 100 мм для додаткової міцності.

Приклад: У колоні 400×400 мм, де використовується арматура Ø16 мм, поперечні хомути діаметром Ø8-10 мм встановлюють через кожні 100-120 мм, що в 2-2,5 раза частіше, ніж у звичайних будівлях.

Використання зв’язаної арматури замість зварної

Чому не можна використовувати зварену арматуру в сейсмічно активних районах?

Під час зварювання арматурних стрижнів у місцях з’єднання відбувається локальне ослаблення матеріалу. У результаті:

• Знижується пластичність з’єднання. У місці зварювання утворюється крихка зона, яка може зруйнуватися під час динамічних навантажень.
• Підвищується ризик корозії. У місцях зварювання метал більш схильний до корозії, особливо якщо конструкція піддається впливу вологи.
• Арматура втрачає здатність гасити вібрації. Зв’язані з’єднання дають змогу стрижням рухатися, компенсуючи навантаження, тоді як зварні – роблять каркас жорстким, що збільшує ймовірність руйнування.

Як правильно виконувати з’єднання арматури в сейсмонебезпечних зонах?

Рекомендується використовувати в’язку арматури замість зварювання. Для цього застосовують:Рекомендується використовувати в’язку арматури замість зварювання. Для цього застосовують:

1. Сталевий м’який дріт Ø1,2-1,5 мм.
2. Спеціальні пластикові хомути з високою еластичністю.
3. Механічні муфтові з’єднання (застосовуються в складних конструкціях).

Технологія в’язки:

• Арматурні стрижні фіксуються в місцях перетину вручну за допомогою гачка для в’язки арматури або в’язального пістолета.
• З’єднання має бути досить міцним, щоб утримувати каркас у заданій формі, але водночас мати деяку рухливість для компенсації навантажень.

Приклад: У будівлях заввишки 2-5 поверхів зв’язують арматуру Ø12-16 мм м’яким дротом через кожні 2-3 перетини, а в сейсмонебезпечних зонах – через кожний перетин для збільшення жорсткості каркаса.

Додаткові заходи щодо посилення конструкції

Посилення кутів і зон високого навантаження

У сейсмонебезпечних районах найбільш вразливі місця – кути будівель, з’єднання балок і колон, ділянки з’єднання стін із перекриттями.

Як посилити кути будівлі?

• Збільшити кількість поздовжньої арматури в кутах мінімум на 30%.
• Використовувати Г-подібні та П-подібні арматурні елементи, що охоплюють кути і забезпечують додаткову міцність.
• Застосовувати накладні хомути (армовані зони) для збільшення пластичності конструкції.

Приклад: Для колони 400×400 мм у звичайному будівництві може використовуватися арматура Ø16 мм, але в сейсмічно активних зонах – Ø20 мм з додатковим посиленням кутів накладними елементами.

Посилення плитних фундаментів

Плитний фундамент у сейсмонебезпечних регіонах виконується двошаровим.

Стандартна схема:

• Верхній шар – арматура Ø12-16 мм із кроком 100-150 мм.
• Нижній шар – арматура Ø14-20 мм з кроком 150 мм.
• Додаткове армування в місцях найбільшого навантаження (під несучими стінами і колонами).

Приклад: Для будинку 100 м² у звичайних умовах використовується плита завтовшки 200 мм і арматура Ø12 мм, але в сейсмонебезпечних зонах – 250-300 мм з армуванням Ø14-16 мм.

Додаткові заходи захисту

В умовах підвищеної сейсмічної активності необхідно застосовувати додаткові заходи, які допоможуть мінімізувати пошкодження конструкції під час землетрусу. Навіть за правильно підібраної арматури і грамотно виконаного армування будівля може піддаватися значним навантаженням. Одним із ключових чинників захисту є використання якісного бетону, збільшення захисного шару арматури, правильне проєктування температурних швів та інші технологічні прийоми.

Використання якісного бетону

Бетон – це основа всієї конструкції, і його характеристики безпосередньо впливають на здатність будівлі витримувати динамічні навантаження. Під час землетрусів бетон піддається не тільки осьовим навантаженням, а й складним поперечним і зсувним зусиллям. Якщо матеріал недостатньо міцний, то в ньому швидко з’являються мікротріщини, що призводить до руйнування несучих елементів.

Клас міцності бетону для сейсмонебезпечних регіонів

Для будівництва у звичайних умовах мінімально допустима марка бетону становить B15 (М200), однак у сейсмонебезпечних зонах цей показник має бути значно вищим:

Більш висока міцність необхідна, щоб бетон не розтріскався під впливом багаторазових динамічних навантажень.

Рухливість бетонної суміші

Під час заливання бетону в армовані конструкції важливо, щоб він рівномірно розподілявся всередині каркаса і повністю заповнював усі порожнечі. Для цього використовують бетон з високою рухливістю:

• П4 (рухливість 16-20 см) – підходить для стандартних армованих конструкцій.
• П5 (рухливість понад 20 см) – застосовується під час заливання складних конструкцій зі щільним армуванням.

Що вища рухливість, то краще бетон заповнює каркас і обволікає арматуру, що запобігає утворенню повітряних порожнин і збільшує загальну міцність конструкції.

Добавки для підвищення стійкості бетону

Щоб поліпшити характеристики бетону, в нього додають різні компоненти:

1. Пластифікатори – підвищують плинність суміші, забезпечуючи краще заповнення арматурного каркаса.
2. Фіброволокно – запобігає утворенню мікротріщин і підвищує пластичність бетону.
3. Гідрофобізатори – зменшують водопоглинання, що особливо важливо для регіонів із підвищеною вологістю.
4. Антиусадочні добавки – знижують ймовірність появи усадочних тріщин після застигання бетону.

Застосування цих добавок робить бетон більш стійким до механічних і температурних навантажень.

Збільшення захисного шару бетону

Для чого потрібен захисний шар?

Захисний шар – це відстань від поверхні арматури до зовнішньої межі бетонної конструкції. Його основне завдання – запобігти корозії арматури і забезпечити її надійне зчеплення з бетоном.

У разі неправильного проєктування захисного шару в арматурному каркасі можуть виникнути такі проблеми:

• Попадання вологи і кисню – призводить до корозії арматури.
• Недостатнє зчеплення з бетоном – знижує загальну міцність конструкції.
• Зниження вогнестійкості – під час пожежі бетон захищає арматуру від впливу високих температур.

Оптимальні значення захисного шару

У сейсмонебезпечних регіонах вимоги до захисного шару вищі, ніж у звичайних умовах:

Приклад: У регіонах із високою вологістю та агресивними ґрунтами, наприклад, на Закарпатті або в Чернівецькій області, рекомендується збільшувати захисний шар фундаментів до 60 мм, щоб запобігти корозії арматури.

Закладка температурних швів

Температурні шви – це спеціальні розриви в конструкції, які компенсують розширення і стиснення матеріалів при зміні температури. У сейсмонебезпечних регіонах вони також виконують важливу роль: запобігають утворенню тріщин при багаторазових деформаціях будівлі під час землетрусів.

Як правильно робити температурні шви?

1. Розташування швів

   • У протяжних будівлях шви закладають кожні 6-8 метрів.
   • Для будівель завдовжки понад 30 метрів обов’язкове проектування температурно-усадочних швів.
   • Шви не повинні проходити через несучі елементи, але їх можна розташовувати в місцях стиків стін і перекриттів.

2. Глибина температурних швів

   • У бетонних плитах перекриттів шов виконується на глибину 1/3 товщини плити.
   • У монолітних стінах шов роблять на всю товщину стіни.

3. Заповнення температурних швів

   • Використовуються еластичні герметики або спеціальні компенсатори (пінополіетилен, бітумні прокладки).
   • У місцях підвищеного навантаження (наприклад, у промислових будівлях) у шов додатково встановлюють металеві вставки.

Приклад: Якщо будується будинок завдовжки 35 м, у ньому необхідно передбачити щонайменше 4 температурні шви, рівномірно розподілені по довжині стін.

Додаткові заходи для підвищення сейсмостійкості

1. Використання горизонтальних поясів жорсткості – бетонні балки, армовані арматурою Ø16-20 мм, проходять по всій довжині будівлі і пов’язують несучі стіни.
2. Фундаментна подушка – збільшення площі основи будинку за рахунок широкого плитного фундаменту або ростверку знижує ризик просідання під час сейсмічних впливів.
3. Використання діагонального армування – додаткова арматура, розташована під кутом 45°, зменшує ризик зміщення конструкції.
4. Правильне закріплення покрівлі – покрівельні елементи мають кріпитися анкерами, щоб запобігти їхньому обваленню під час поштовхів.

Будівництво в сейсмонебезпечних регіонах вимагає комплексного підходу. Крім вибору якісної арматури і правильного армування, необхідно використовувати високоміцний бетон з поліпшеними характеристиками, збільшувати захисний шар арматури і передбачати температурні шви для компенсації можливих деформацій.

Дотримання цих заходів дає змогу значно підвищити стійкість будівлі до землетрусів і продовжити термін її служби.

Підбір арматури для сейсмонебезпечних регіонів

Вибір арматури для будівництва в сейсмонебезпечних регіонах – це складне завдання, що вимагає ретельного підходу. Основні принципи:

• Використання сейсмостійкої арматури A500C або B500C.
• Застосування поперечної арматури з кроком 100-150 мм.
• Відмова від зварювання на користь в’язки арматури.
• Використання двошарового армування у фундаменті.
• Застосування якісного бетону класу не нижче В25.
• Закладка захисного шару бетону не менше 50 мм.

При дотриманні цих рекомендацій можна побудувати безпечну і довговічну будівлю, здатну витримати сильні землетруси. Якщо у вас немає професійного проєкту, обов’язково проконсультуйтеся з фахівцями, оскільки навіть невеликі помилки можуть призвести до руйнування будівлі під час перших же поштовхів.