До последнего времени в России основным видом арматуры для железобетонных конструкций была арматура периодического профиля класса А400 (А-III). В РФ эта арматура изготавливается из стали марок 35ГС и 25Г2С, которые (особенно 35ГС) по общепринятым нормам являются ограниченно свариваемыми. В частности, для стали 35ГС СНиП 2.03.01-84* запрещена дуговая сварка в крест, которая, к сожалению, до сих пор повсеместно применяется.
В результате большинство серьезных аварий железобетонных конструкций в процессе строительства происходит именно по причине дуговых прихваток стали 35ГС, а в отдельных случаях и 25Г2С.
Несмотря на высокую прочность сварных соединений этих сталей, выполненных контактной стыковой и другими видами сварки с большими тепловложениями, пластичность получаемых соединений очень низка, и они не выдерживают изгиба. Это вынуждает при строительстве зданий из монолитного железобетона с использованием арматуры класса А400 (А-III) из стали марки 35ГС полностью отказаться от сварки при выполнении арматурных работ и принимать значительные запасы по сечению арматуры, так как есть опасность дуговых прихваток сваркой, а надлежащий контроль за качеством арматуры и арматурных работ обеспечивать трудно.
Все европейские страны уже полностью перешли на применение в обычном железобетоне действительно свариваемой арматуры класса В500* с пределом текучести ?т > 500 Н/мм?.
В соответствии с требованиями Евростандарта EN 10080 эта унифицированная свариваемая арматура имеет химический состав, определяемый содержанием в стали углерода не более 0,22% и углеродным эквивалентом
не более 0,5%.
Ассоциацией стандартизации в черной металлургии совместно с Госстроем России был разработан и выпущен стандарт СТО АСЧМ 7-96, который по аналогии с EN 10080 и ISO/DIS 6935-2 регламентирует нормы химического состава, механические свойства и другие нормативные требования к арматурной стали класса А500С. В соответствии с этими требованиями арматурная сталь выпускается термомеханически упрочненной в потоке проката, горячекатаной с микролегированием или холоднодеформированной. Способ производства и нижние границы химического состава выбираются заводом-изготовителем исходя из гарантий свариваемости без разупрочнения, пластичности (?5 > 14%) и угла изгиба вокруг оправки диаметром 3d не менее 180° и т.д., а также нормируемой выносливости и других показателей.
Применение такой арматуры вместо класса А400, по зарубежным данным, обеспечивает 10%-ную экономию стали в строительстве.
НИИЖБ совместно с Западно-Сибирским металлургическим комбинатом и Белорусским металлургическим заводом ведет работы по освоению производства и применения унифицированной свариваемой арматуры класса А500С.
Пять металлургических предприятий России и стран СНГ изготавливают сертифицированную в системах ГОСТ Р и «Мосстройсертификация» сталь класса А500С (табл. 1).
Таблица 1.
Завод-изготовитель и выпускаемый сортамент ?0.2 S?0.2 ?В S?В ?5 S?5
ЗСМК, 12-32 мм 579,3 39,9 692,0 45,4 20,0 1,77
Белорусский МЗ, 10-40 мм 578,6 26,0 696,3 25,4 22,4 2,0
«Криворожсталь», 10-32 мм 596,5 38,5 687,4 40,6 23,8 2,83
АО «Северсталь», 12-25 мм 583,2 41,26 689,2 33,0 22,5 1,68
Чусовской МЗ, 12-32 мм 555,7 21,9 726,1 28,7 23,3 3,0
3СМК, БМ3, «Криворожсталь» и «Северсталь» изготавливают термомеханически упрочненную сталь, а Чусовской М3 – горячекатаную с микролегированием ванадием. Кроме того, термомеханически упрочненную арматуру класса А500С диаметром 12-20 мм освоил Магнитогорский металлургический комбинат, а диаметром 10-40 мм начинает производить Оскольский электрометаллургический комбинат. В настоящее время нет ограничений применения этой арматуры ни по сортаменту, ни по объемам.
Как видно из данных табл. 1, браковочное или нормированное значение предела текучести ?т по всем заводам-производителям арматурной стали класса А500С с 95%-ной вероятностью превышают 500 Н/мм?. Расчетное сопротивление Rs обеспечивается с вероятностью, близкой к 100%.
При входном контроле арматуры на строительных объектах Центра «Поликварт» установлено, что средние минимальные значения ?т, ?в и ?5 составили соответственно 545,0 и 501,5 Н/мм?, 662,2 и 633,2 Н/мм? и 21,0 и 16,8%.
Для эффективного применения в строительстве арматурной стали класса А500С НИИЖБом совместно с ГУП КТБ «МОСМ» и другими организациями были разработаны «Рекомендации по применению в железобетонных конструкциях термомеханически упрочненной свариваемой арматуры новых видов» (М., 1997 г.) и территориальные строительные нормы г. Москвы ТСН 102-00 «Железобетонные конструкции с арматурой классов А500С и А400С» (М., 2000 г.).
О преимуществах арматурной стали класса А500С по сравнению с арматурой класса А400 (А-III) можно судить по данным табл. 2.
К внедрению арматурной стали класса А500С в монолитном строительстве одним из первых приступил Центр по проектированию и строительству жилых и общественных зданий «Поликварт». Сотрудниками этого центра и НИИЖБа получен сертификат на технологическое ноу-хау (правила системы СООИС) № 98НХ381А «Эффективное применение арматурной стали класса А500С в монолитном и сборно-монолитном строительстве». Путем анализа проектно-технических решений конкретных объектов монолитного строительства установлено, что значительное сокращение металлоемкости при замене арматурной стали класса А400 (А-III) на А500С может быть достигнуто не только за счет более высокого расчетного сопротивления этой стали (см. табл. 2), но и в значительной степени в результате одновременного применения современных эффективных методов расчета, конструирования и технологических решений, приемлемых именно при использовании арматурной стали класса А500 С, а также надлежащего контроля качества арматурных и бетонных работ.
В соответствии с ППМ от 24.12.92 г. № 1110 «О комплексной реконструкции кварталов 26-27 Новых Черемушек ЮЗАО г. Москвы» функции заказчика возложены на ООО «Центр Поликварт».
Для сокращения сроков и стоимости строительства «стартового» переселенческого корпуса 9А квартала 26-27 Новых Черемушек, выполняемого по индивидуальному проекту Мастерской № 11 Моспроекта 1 с несущим каркасом из монолитного железобетона, а также других жилых домов этого квартала при Центре «Поликварт» был образован комплексный научно-проектно-строительный отдел (КНПСО).
Корпус 9А имеет 11-16 этажей, общую жилую площадь 17 800 м2. Шаг поперечных несущих стен здания равен 2,7-4,2 м. Первоначальные толщины стен и перекрытий составили 20, а после перепроектирования – 18 см, что увеличило общую жилую площадь здания и на 10% снизило нагрузку на фундамент от этих конструкций.
После выполнения всего комплекса вышеуказанных работ при проектировании и строительстве жилого дома, включая замену арматуры класса А-III на А500С, удалось уменьшить армирование стен и перекрытий несущего монолитного железобетонного остова здания по сравнению с первоначальным проектным решением на 372 т. Снижение объема арматурных работ при использовании арматуры класса А500С позволило в значительной степени сократить сроки строительства, а также улучшить его качество.
Эффективное внедрение арматурной стали класса А500С в процессе строительства дома № 9А стало возможным в результате активной поддержки Мосгосэкспертизы, с помощью которой удалось быстро согласовать на стадии строительства изменения в ТЭО и рабочих чертежах.
Центром «Поликварт» велось строительство по улице Архитектора Власова комплекса из трех 3-5-секционных 8-16-этажных жилых зданий с встроенными и пристроенными гаражами и развитой сетью помещений общественного назначения. Несущий остов этих зданий выполнялся из монолитного железобетона. При строительстве гаражей, ресторана в стилобатной второй части комплекса (корпуса ЗА) использовалась арматурная сталь класса А500С, что позволило сократить расход арматуры в этой части в среднем на 10%. Корпус 3Б стал третьей, заключительной частью строящегося комплекса. Архитектурную часть проекта этого корпуса, как и предыдущих, выполняла мастерская № 11 Моспроекта 1, конструктивную часть – НПСО Центра «Поликварт».
В отличие от первых двух корпусов при проектировании корпуса 3Б с самого начала предусматривалась только арматура класса А500С производства Белорусского метзавода и комбината «Северсталь». Так как здания по архитектурному замыслу имеют нерегулярную структуру вертикальных элементов несущего остова, состоящего в основном из колонн, отдельных стен и пилонов с расчетными пролетами перекрытий 4,2-6,6 м, то колонны каркаса из-за значительных нагрузок имеют высокое насыщение арматурой. При этом в первых двух корпусах проектировщики использовали для армирования колонн арматурные стержни класса А400 (А-III) диаметром 36-40 мм. Применение арматуры класса А500С привело к уменьшению сечения колонн, снижению диаметра рабочей арматуры до 32-36 мм, упрощению стыковки стержней по длине и обеспечило эффективное использование для их фиксации в проектном исполнении электродуговой сварки (см. табл. 2).
Таблица 2
Нормативные документы, механические свойства, области применения, эффективность Класс арматуры
А400 (А-III) А500С
Марка стали
35ГС 25Г2С —
Нормативные документы для поставки ГОСТ 5781-82 СТО АСЧМ 7-93
Нормативные документы для расчета и проектирования ж/б конструкций СНиП 2.03.01-84 «Рекомендации» НИИЖБ ТСН 102-00
Временное сопротивление разрыву ?В, Н/мм? 590 590 600
Предел текучести ?Т (?0.2), Н/мм? 390 390 500
Относительное удлинение ?5, % 14 14 14
Угол изгиба при диаметре оправки C=3d 90° 90° 180°
Расчетное сопротивление растяжению при O6,8 мм RS, Н/мм? 355 355 450
Расчетное сопротивление растяжению при O10-40 мм RS, Н/мм? 365 365 450
Расчетное сопротивление сжатию RSC, Н/мм — — 450
Расчетное сопротивление RSC, Н/мм 390 390 500
Применение при отрицательных температурах до -40°C до -55°C до -55°C
Применение дуговой сварки прихватками крестообразных соединений Запрещено Не рекомендуется Допускается
Применение в качестве анкеров закладных деталей Допускается Рекомендуется для повышенной надежности
Применение в качестве монтажных петель Запрещено Возможно
Возможный экономический эффект относительно арматуры класса А400 (А-III) — — 10-25%
Замена арматурной стали класса А400 (А-III) на А500С при сокращении армирования сопровождалась контролем сотрудниками НИИЖБ механических свойств поступающей на строительную площадку арматуры, а также качества арматурных работ.
Как показывает анализ проектных решений жилых домов с несущим остовом из монолитного железобетона и опыт надзорного наблюдения за рядом объектов строительства, замена продольной арматуры класса А400 (А-III) на А500С в сжатых элементах обеспечивает не только снижение ее расхода на 20-25% без увеличения стоимости арматуры, но и в значительной степени улучшает качество бетонирования вследствие уменьшения насыщения сечения колонн арматурой.
Внедрение арматурной стали класса А500С взамен арматуры класса А400 (А-III) не встречает затруднений в ее поставках и применении и позволяет экономить в среднем 10% рабочего армирования