Под действием внешней нагрузки в конструкции могут возникать напряжения трех родов: растягивающие, сжимающие и сдвигающие. Металл одинаково хорошо сопротивляется растяжению и сжатию и лишь немного хуже сдвигу, тогда как бетон оказывает наибольшее сопротивление сжатию и сравнительно слабо сопротивляется растяжению и сдвигу.
Исходя из этих соображений, устанавливается первый принцип рационального армирования железобетонных конструкций: основные сжимающие усилия передаются на бетон, а растягивающие и сдвигающие — на арматуру. Из всех материалов, составляющих железобетон, сталь является наиболее дорогим. Поэтому из различных возможных решений конструкции выбирают то, которое при технической целесообразности и соответствии с назначением отвечает наименьшей затрате металла.
Экономное расходование стали представляет второй принцип рационального армирования. Насыщение конструкции металлом характеризуют расходом стали на 1 м3 железобетона; для отдельных поперечных сечений конструктивных элементов характеристикой является коэффициентом армирования μ = f ж/F,
представляющий отношение поперечного сечения основной арматуры к полному сечению элемента (или полезной его части).
Для конструкции в целом коэффициент армирования определяется частным от деления полного количества кг металла в 1 м3 бетона на 78,5 (при удельном весе стали 7,85).
Третьим принципом армирования является возможно лучшее осуществление монолитности как всей конструкции в целом, так и отдельных ее элементов. Все части конструкции должны быть связаны арматурой, образующей металлический скелет конструкции и работающей в соответствии с принципом рационального распределения внутренних усилий между металлом и бетоном. В сборных конструкциях должна быть учтена как работа отдельных элементов до их монтажа, так и неразрезанность конструкции после стыкования элементов.
Если какому-либо усилию отвечает по расчету необходимая площадь арматуры f ж, она может быть осуществлена в конструкции различными способами — с большим количеством тонких стержней или малым количеством толстых.
Первое вообще полезнее, однако от этого положения нередко приходится отступать, чтобы обеспечить достаточную жесткость всему металлическому скелету конструкции во время ее бетонирования.
При густом расположении арматуры, например в балках, расстояние между стержнями не должно быть меньше 2,5 см (рис. 8). Монолитная связь стержней с бетоном требует довольно глубокой заделки последнего в бетон. Если стержень диаметром d испытывает нормальное напряжение σ, а напряжение сцепления равно τ , то необходимая глубина заделки :
l = σ • π d2 / 4 : π d τ = σ / τ • d/4
эта величина довольно значительная при обычных напряжениях σ и τ. Для уменьшения ее применяют закрепление арматуры в бетоне путем устройства на концах стержней крюков. Крюки (рис. 9) делают прямыми, косыми и полукруглыми (крюк Консидера); последние наиболее эффективны. Закрепление растянутых стержней крюками следует производить в сжатой зоне конструкции; если же стержень оставляется в растянутой зоне, то длина заделки берется не менее 15 d, считая от того сечения стержня, где он уже не нужен по расчету. Сжатые стержни можно оставлять без крюков, но с заделкой не менее 20 d.
Арматуру часто приходится изгибать в соответствии с направлением воспринимаемых ею усилий; такие изгибы должны делаться плавно по дуге радиусом не менее 10 d ( рис. 10), чтобы избежать значительных местных напряжений в бетоне.
Особое внимание нужно обращать на правильное армирование в конструкциях входящих и исходящих углов. Входящий угол, по сторонам которого действуют растягивающие усилия следует армировать отдельными стержнями, запускаемыми вглубь бетона за вершину угла ( рис.11) стержень, огибающий вершину угла, отрывал бы защитный слой бетона. Аналогично сжатые стержни в исходящем угле следует связывать хомутами с растянутой арматурой, чтобы не вызвать отскакивания защитного слоя.
При армировании конструкций неизбежно приходится встречаться с необходимостью соединять стержни арматуры, образуя стыки. Так как всякое нарушение цельности в металлическом скелете конструкции нежелательно, то на качество стыкования арматуры и правильное расположение стыков следует обращать серьезное внимание. Наиболее благоприятным местом для стыков является сжатая область конструкции; в растянутой зоне стыки необходимо располагать лишь в местах с небольшим напряжением арматуры.
Существуют различные способы стыкования.
