Армирование сталью класса А500СП взамен А400(А-III) – НАДЕЖНО, ВЫГОДНО, УДОБНО

О целесообразности использования арматуры класса А500СП взамен А400 при проектировании железобетонных конструкций для массового строительства

В.З. Мешков, И.Н. Суриков (НИИЖБ)

Снижение стоимости массового строительства является ключевым звеном успешного выполнения поставленных перед строителями правительственных задач по обеспечению граждан доступным жильем. В железобетоне при существующих ценах уменьшение расхода арматуры дает весьма заметный экономический эффект. Наиболее очевидным и достаточно простым путем сокращения металлоемкости и монолитных, и сборных конструкций  представляется массовый переход на армирование сталью класса прочности 500МПа, взамен широко распространенной стали класса А400 (А- III), в основном марки 35ГС.

Арматура класса А-III марки 35ГС была разработана на рубеже 50 и 60 г.г. прошлого века как альтернатива арматуре периодического профиля класса А-II из стали марки Ст5. По сути дела сталь марки 35ГС явилась слегка модифицированным аналогом стали Ст5. За счет небольшого увеличения в химсоставе стали массовой доли марганца и кремния удалось достичь стабильного повышения прочности стержней до уровня класса А-III (А400), правда в ущерб свариваемости, пластичности и хладостойкости. По экономическим меркам того времени и для существовавших условий индустриального строительного производства это явилось прогрессивной разработкой, дающей существенную экономию металла. В результате высокого содержания углерода (0,30-0,39%) данный вид стали относится к разряду ограниченно свариваемых и может использоваться при температурах не ниже минус 400С. За рубежом арматура с содержанием углерода выше 0,22% в качестве свариваемой запрещена к применению.

Долговременный анализ несчастных случаев на стройобъектах и обрушений при экстремальных видах силовых воздействий на железобетонные конструкции (сейсмика), показывает, что одной из наиболее частых причин аварий, является применение сварки для арматуры из стали марки 35ГС.

В 80-х годах за рубежом началось масштабное практическое воплощение идеи применения термического упрочнения в потоке прокатки низкоуглеродистых сталей марок типа Ст3 с исходным пределом текучести порядка 250 МПа для получения хорошо свариваемой арматуры с пределом текучести 500МПа. Одновременно была научно подтверждена оптимальность такого уровня прочности арматуры для обычного железобетона по критериям совместности работы стержней с бетоном и уменьшения  расхода металла. Были выявлены и существенные преимущества в технологичности её применения - такая арматура значительно лучше поддается сварке и более хладостойка, чем горячекатаная из низколегированных сталей марок 35ГС и 25Г2С. В большинстве стран Западной Европы в настоящее время произошла практически полная переориентация и производства и применения в железобетоне на арматуру с пределом текучести 500 МПа.

В годы перестройки в России была разработана и внедрена собственная технология термомеханического упрочнения в потоке прокатки стали марки Ст3 для получения арматуры класса А400С, а затем и более эффективного класса А500С. Причем отечественная арматура по основным потребительским характеристикам ничем не уступала зарубежным аналогам, и в период пониженного спроса на внутреннем рынке успешно поставлялась на экспорт.

В настоящее время арматура класса А500С выпускается в достаточно большом объеме, примерно равном суммарному объему выпуска арматуры марок 35ГС и 25Г2С класса А400. Инициатором освоения производства арматуры А500С и самым крупным в России её производителем является ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат», входящий в концерн «ЕвразХолдинг».

Однако, как показывает строительная практика, за исключением Московского региона,  Санкт-Петербурга и нескольких центральных областей арматура класса А500С с использованием  более высокого расчетного сопротивления и допустимости дуговой сварки в построечных условиях применяется в довольно ограниченных объемах. В основном же, её закладывают в конструкции просто как альтернативу классу А400, без перерасчета (в сторону уменьшения) площади сечения стержней.

Это может быть объяснено известной консервативностью части проектировщиков, неуверенностью в доступности материала в нужных количествах и сортаменте и, в немалой степени, опасениями того, что возможна пересортица, т.е. случайное попадание в конструкции арматуры низшего класса (А400 вместо А500) из-за одинаковой формы периодического профиля стержней и, как правило, отсутствия прокатной маркировки.

Следует вспомнить, что целесообразность придания индивидуальной формы профиля для арматурного проката различной прочности еще в 1955 г подчеркивалась выдающимся ученым – разработчиком теории железобетона А.А. Гвоздевым, и это было реализовано при организации производства арматуры класса А-Ш. Идентификации класса арматуры по форме профиля используется по сей день в Германии и ряде других стран, не полностью перешедших на унифицированный класс 500МПа.

В 2007 г. на Западно-Сибирский металлургическом комбинате на основании научно-исследовательских разработок НИИЖБ для арматуры класса прочности 500МПа был внедрен в производство специальный периодический профиль, форма которого позволяет безошибочно определить класс прочности арматуры и предприятие-изготовитель, что практически сводит на нет вероятность упомянутой пересортицы. Арматура с новым профилем получила название А500СП.

Но визуальное отличие нового профиля от всех ранее известных в РФ и за рубежом - не единственное его достоинство. Как показали проведенные в НИИЖБ экспериментальные исследования, арматурный прокат класса А500СП с этим профилем имеет существенно улучшенное сцепление арматуры с бетоном.

Отличительной особенностью нового профиля является то, что вершины смежных по длине стержня пар незамкнутых серповидных ребер, располагаются не в одной осевой плоскости, а в двух взаимно перпендикулярных. Его называют четырехсторонним серповидным (см. рисунок).

Разведение пар ребер на угол 900 по контуру сечения стержня обеспечивает плотную компоновку зерен крупного заполнителя вокруг сердечника стержня и способствует более равномерному объемному распределению усилий распора по сравнению с серповидным профилем европейского типа (СТО АСЧМ 7-93, ГОСТ Р 52544), в котором  вершины ребер лежат в одной осевой плоскости.

Для стержней обычного (двухстороннего) серповидного профиля характерна сниженная по сравнению с профилем кольцевым (по ГОСТ 5781) прочность и жесткость сцепления с бетоном арматурных стержней вследствие меньшей площади смятия поперечных ребер при их увеличенном шаге. Эта особенность учтена в нормах проектирования западноевропейских стран, где этот профиль уже несколько десятилетий является основным. Во всех последних редакциях проекта Еврокода 2 (EN 1992-1-1) расчетные базовые длины анкеровки арматуры 1,5-2 раза выше, чем требуемые по СНиП 2.03.01-84*.

В Украине и Беларуси были проведены исследования, убедительно доказавшие справедливость требований европейских норм (EN 1992-1-1 Eurocode 2), а также то, что «расчетные зависимости СНиП 2.03.01-84 не могут быть использованы для расчета длины анкеровки арматуры серповидного профиля как не обладающие требуемой надежностью». В нормах этих стран расчет анкеровки производится практически в полной аналогии с Еврокодом 2.

Распространение в России серповидного профиля европейского образца, снижающего прочность и жесткость сцепления арматурных стержней с бетоном, заставило изменить в сторону увеличения на 20-30% требования к длине анкеровки и нахлестки стержней в отечественных нормах проектирования, выпущенных в 2004 г. (Свод правил «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры» СП 52-101-2003).

Проведенные в НИИЖБ сравнительные исследования совместной работы с бетоном стержней кольцевого, нового (четырехстороннего), и двухстороннего серповидного профилей выявили значительные преимущества нового профиля по сравнению с серповидным по прочности и жесткости сцепления. По этим характеристикам он может быть поставлен в один ряд с кольцевым профилем по ГОСТ 5781, для которого были установлены  действовавшие с 1975 г. и доказавшие временем свою целесообразность и надежность нормативные требования по анкеровке. Более того, при прочих равных условиях этот профиль позволяет сохранить максимально достигнутое сопротивление вытягиванию из бетона арматурного стержня при развитии в нем пластических деформаций на уровне предела текучести и даже выше, тогда как стержни и серповидного, и кольцевого профилей теряют прочность сцепления при значительно меньших пластических деформациях. Это очень существенный фактор повышения стойкости конструкции против прогрессирующего (лавинообразного) обрушения конструкций сооружения при аварийной перегрузке, где такая «живучесть» сцепления арматуры с бетоном очень важна.

 На основании результатов проведенных в НИИЖБ экспериментальных исследованийФГУП «НИЦ «Строительство» выпущен стандарт организации СТО 36554501-005-2006 «Применение арматуры класса А500СП в железобетонных конструкциях». В этом документе установлены значения основных расчетных сопротивлений, повышенные на 3,5% по сравнению с установленными для арматуры класса А500С Сводом правил СП 52-101-2006 (см. таблицу), и уменьшенные на 11% базовые значения длины анкеровки.

Расчетные значения сопротивления арматуры для предельных состояний первой группы, МПа

растяжению

сжатию

Rs,c

продольной

Rs

поперечной (хомутов и отогнутых стержней)

Rs,w

450

300

450(400*)

*) только при расчете на кратковременное действие нагрузки

 В ближайшее время выйдет из печати исправленное и дополненное издание этого СТО, где предусмотрено расширение области применения арматуры А500СП в части низких температур и динамических нагрузок, а также ряд изменений, связанных с тем, что производимый ЗСМК диапазон диаметров увеличен и теперь включает все размеры от 10 до 40 мм.

Арматуру класса А500СП без каких-либо ограничений и изменений в проектах рекомендуется применять в железобетонных конструкциях наряду и (или) взамен арматуры классов А500С по ГОСТ Р 52544-2006, ТУ 14-1-5254-94 (2006) и СТО АСЧМ 7-93, А400С по СТО АСЧМ 7-93, Ат400 и Ат500С по ГОСТ 10884, а также класса А400 (А-III) по ГОСТ 5781. Её допускается применять при расчетных температурах до минус 550С и  в коррозионных средах со слабо агрессивной степенью воздействия.

Целесообразно её использование в железобетонных конструкциях ответственных зданий и сооружений, для которых предусмотрена защита от прогрессирующего обрушения, а также возводимых в сейсмических районах.

Применение в проектах арматуры А500СП с расчетными характеристиками, приведенными в СТО 36554501-005-2006   взамен арматуры класса А400 (А-III), дает возможность экономии арматурной стали 10 –25%  и порядка 5% при использовании вместо А500С (с обычным профилем). Это подтверждено практикой массового применения арматуры А500СП рядом строительных фирмам г. Москвы, наиболее крупной из которых является ОАО «СУ-155».

В объектах, возводимых по проектной документации с армированием сталью класса А400 марки 35ГС, замена её на сталь класса А500СП без перерасчета хотя и не обеспечивает снижения металлоемкости, но позволяет реализовать технологические преимущества (возможность применения сварки при монтаже армокаркасов), а также повышает общий запас надежности железобетонных конструкций.

Арматура А500СП диаметром от 10 до 40 мм в объемах, обеспечивающих любые заказы, выпускается ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» по ТУ 14-1-5526-2006 с изм. №1 и по своим свойствам отвечает требованиямГОСТ Р 52544-2006, СТО АСЧМ 7-93 и ТУ 14-1-5254-94 (2006). Поставляются всеми трейдерами концерна «ЕвразХолдинг».

Консультации по вопросам применения термомеханически упрочненного арматурного проката класса А500СП в железобетонных конструкциях можно получит в Центре проектирования и экспертизы НИИЖБ – филиала ФГУП «НИЦ «Строительство» по тел. 174-74-49; тел./факс 174-75-09; 174-74-75.