Что такое арматура: виды, классификация, характеристики и нормы применения

• Сферы применения термина «арматура»
• Строительная арматура
• Классификация строительной арматуры
• Характеристики строительной арматуры
• Нормативные требования к строительной арматуре: проектирование, применение и монтаж
• История развития: от эмпирических прототипов к инженерной системе

Арматура (от лат.armatura — «вооружение, снаряжение») — это общий технический термин, обозначающий вспомогательные, комплектующие или установочные устройства и детали , которые не являются основной частью механизма, конструкции или системы, но обеспечивают их работу, управление, соединение, усиление или контроль .

Сферы применения термина «арматура»

Строительство

• Что относится: Стальные стержни (рифленые и гладкие), проволока, арматурные сетки и каркасы, композитная (стеклопластиковая) арматура, а также жесткие профили (уголки, швеллеры) для каркасов.
• Функция и применение: Является основным усилительным элементом в железобетоне. Компенсирует ключевой недостаток бетона — низкое сопротивление растяжению, принимая эти усилия на себя. Это превращает обычный бетон в прочный композитный материал — железобетон, который является основой современного строительства.

Сантехника и трубопроводы (запорно-регулирующая арматура)

• Что относится: Краны, вентили, задвижки, клапаны, смесители, фитинги.
• Общая функция: Управление потоком (жидкости, газа, пара) — пуск, остановка, регулирование давления, направления, распределение.

Машиностроение и механика

• Что относится: Крепёжные детали (болты, гайки, шайбы, шпильки), подшипники, пружины, сальники, уплотнители.
• Общая функция: Обеспечение сборки, соединения, фиксации, движения или герметизации узлов и агрегатов.

Оптика и светотехника (осветительная арматура)

• Что относится: Плафоны, отражатели, рассеиватели, кронштейны, корпуса светильников.
• Общая функция: Не производство света (это задача лампы/диода), а его распределение, направление, защита источника и крепление.

Электротехника и электроника

• Что относится: Клеммные колодки, держатели предохранителей, крепёжные хомуты, каркасы (арматура) катушек индуктивности.
• Общая функция: Обеспечение монтажа, соединения, изоляции и фиксации токоведущих частей.

Военное дело (устаревшее значение)

• Что относится: Всё снаряжение воина кроме оружия и одежды (раньше сюда относили, например, латы).
• Общая функция: Дополнительное оснащение для защиты или выполнения задач.

Во всех случаях арматура — это «инфраструктурные» компоненты системы. Без них основная функция (подача воды, работа двигателя, освещение) невозможна или небезопасна, но сами они не являются первичным источником энергии, вещества или сигнала.

В широком смысле арматура — это всё то, что нужно для сборки, работы, управления и обслуживания какой-либо основной системы, но не является её «сердцем» или главным функциональным блоком. Это связующие, управляющие и усиливающие элементы.

Арматура — это совокупность технических элементов, предназначенных для усиления, управления или обеспечения надёжной работы основной системы, материала или процесса.

Строительная арматура

Строительная арматура — это нормируемые металлические или композитные элементы , целенаправленно вводимые в бетонные, каменные и кладочные конструкции для восприятия растягивающих, срезающих и температурно-усадочных усилий, обеспечения совместной работы с основным материалом, ограничения трещинообразования и формирования пластичного, безопасного характера разрушения конструкции.

• Нормируемость. Арматура существует только в рамках нормативов. Произвольный металлический стержень не является строительной арматурой без соответствия классу, профилю и характеристикам.
• Совместная работа с материалом. Арматура не работает отдельно от бетона или кладки. Ее функция реализуется только при совместных деформациях и сцеплении.
• Функциональная роль. Арматура предназначена не для увеличения прочности «вообще», а для восприятия конкретных видов напряжений, которые основной материал воспринимать не способен или воспринимает ограниченно.
• Безопасность и предсказуемость разрушения. Одной из ключевых задач арматуры является перевод работы конструкции из хрупкого режима в пластический, что критично для инженерной безопасности.

Строительная арматура — это расчетный элемент строительной конструкции, предназначенный для восприятия растягивающих и связанных с ними напряжений и обеспечения совместной работы конструктивных материалов в пределах требований строительных норм.

Физика совместной работы стали и бетона

Бетон обладает высокой прочностью на сжатие, но крайне низкой устойчивостью к растяжению: его прочность на растяжение в 10–15 раз ниже. Без армирования бетонные элементы разрушаются даже под собственным весом. Строительная арматура компенсирует этот физический недостаток, принимая на себя растягивающие усилия и предотвращая хрупкое разрушение.

Совместная работа бетона и стали основана на прочном сцеплении и близких коэффициентах температурного расширения. Благодаря этому при колебаниях температуры внутри конструкции не возникают разрушительные внутренние напряжения. Арматура, находясь в щелочной среде бетона с pH выше 12, защищена от коррозии за счет формирования пассивной оксидной пленки.

При изгибе в растянутой зоне бетон быстро трескается, и нагрузка переходит на арматуру. Стержни связывают микротрещины и ограничивают их раскрытие. Без арматуры трещина проходит через все сечение, вызывая мгновенное разрушение. Поэтому арматура выполняет роль силового каркаса, превращая хрупкий бетон в пластичный и надежный композит.

Передача усилий обеспечивается анкеровкой. Недостаточное сцепление приводит к выскальзыванию стержней, поэтому рабочая арматура имеет рифлёный профиль, обеспечивающий механическое зацепление с бетоном. Гладкая арматура в несущих каркасах применяется ограниченно и не используется как основная рабочая.

Классификация строительной арматуры

Классификация строительной арматуры — это многоуровневая система, актуальная для современного строительства согласно ГОСТ 34028-2016 и СП 63.13330.2018. Она позволяет инженерам точно подбирать материал под конкретные физические условия.

Ошибочный выбор категории может привести либо к неоправданному удорожанию объекта, либо к нарушению его конструктивной целостности.

Таблица. Основные виды классификации строительной арматуры

Таблица. Соответствие классов арматуры

• Класс прочности — главный ориентир А500С является «золотым стандартом» современного строительства, сочетая прочность и свариваемость.
• Сцепление (анкеровка). Рифление обязательно для рабочей арматуры. Без него стержень просто выскользнет из бетона при изгибе балки.
• Сталь против Композита. Сталь незаменима в несущих каркасах из-за высокого модуля упругости (жесткости). Композит эффективен только в агрессивных средах или фундаментах легких зданий.
• Единство системы. Продольная арматура сопротивляется изгибу, а поперечная (хомуты) удерживает её от выпучивания и защищает от разрушения «на срез».

Характеристики строительной арматуры

Характеристики строительной арматуры образуют систему, определяющую её пригодность для конкретных задач. Их можно сгруппировать по физической, механической и технологической природе.

Геометрические характеристики

Определяют форму и размеры арматурного изделия.

• Номинальный диаметр (dₙ): Основной калибрующий размер стержня, измеряемый в миллиметрах (мм). Для гладкой арматуры соответствует фактическому диаметру. Для рифлёной — диаметру равновеликого по площади поперечного сечения гладкого стержня. Стандартный сортамент: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40 мм.
• Площадь поперечного сечения (Aₛ): Фактическая площадь металла в поперечном сечении стержня, измеряемая в квадратных сантиметрах (см²) или миллиметрах (мм²). Ключевая расчётная величина для определения несущей способности. Зависит от номинального диаметра и приводится в таблицах сортамента.
• Профиль (вид поверхности): Характеризует рисунок поверхности стержня, определяющий силу сцепления с бетоном (адгезию).
• Гладкий профиль: Поверхность без рифлений.
• Периодический профиль: Поверхность с регулярными поперечными (кольцевыми, серповидными) или продольными выступами (рёбрами). Параметры: высота рифов, их шаг и угол наклона. Регламентируются ГОСТ.
• Длина (мерная/немерная): Стандартная длина стержней (обычно 6, 9, 11,7, 12 м) или поставляемая в бухтах (для малых диаметров и проволоки).
• Масса 1 метра (погонная масса): Вес одного погонного метра стержня в килограммах (кг/м). Важна для составления смет и контроля поставок. Зависит от диаметра и плотности стали.

Механические (прочностные) характеристики

Ключевая группа, определяющая способность арматуры сопротивляться нагрузкам. Испытания проводят на растяжение.

• Предел текучести (физический —σт или условный — σ₀,₂): Напряжение, при котором деформации начинают расти без увеличения нагрузки. Наиболее важная характеристика, так как именно она определяет рабочее состояние конструкции до наступления необратимых изменений. Измеряется в мегапаскалях (МПа) или ньютонах на квадратный миллиметр (Н/мм²). Является основой для классов прочности (А240, А400, А500С, где цифра — σт в МПа).
• Временное сопротивление (предел прочности) (σв): Максимальное напряжение, которое выдерживает образец до разрушения. Измеряется в МПа. Соотношение σв/σт (коэффициент упрочнения) нормируется и характеризует запас пластичности.
• Относительное удлинение после разрыва (δ₅ или δ₁₀): Показатель пластичности. Процент, на который увеличилась расчётная длина образца (база 5d или 10d) после разрыва. Чем выше значение, тем более пластична сталь, и тем лучше она перераспределяет напряжения и предупреждает хрупкое разрушение конструкции.
• Угол изгиба и состояние после изгиба: Испытание на изгиб в холодном состоянии вокруг оправки определённого диаметра. Показывает способность арматуры гнуться без разрушения (технологическую пластичность), что критично для изготовления каркасов и хомутов. Норма: отсутствие трещин и расслоений.
• Модуль упругости (Е): Коэффициент, характеризующий жёсткость материала. Отношение напряжения к относительной упругой деформации. Для стали составляет около 200 000 МПа (2x10⁵ МПа). Для композитной арматуры в 3-4 раза ниже, что требует особого учёта в расчётах.
• Усталостная прочность: Способность выдерживать многократное повторение нагрузок (циклов) без разрушения. Важна для арматуры в мостах, крановых балках, фундаментах под динамическое оборудование.

Химические характеристики

Определяются составом стали и влияют на все остальные свойства.

• Марка стали: Химический состав регламентируется ГОСТ. Например, для арматуры класса А500С используется низкоуглеродистая или низколегированная сталь марок 35ГС, 25Г2С или аналоги.
• Содержание углерода (C): Основной элемент, повышающий прочность, но снижающий пластичность и свариваемость. Его содержание строго лимитировано.
• Содержание легирующих элементов: Марганец (Mn), кремний (Si), титан (Ti), хром (Cr) и другие. Повышают прочность, улучшают структуру стали.
• Содержание вредных примесей: Сера (S) и фосфор (P) ухудшают свариваемость и повышают хрупкость (хладноломкость). Их содержание жёстко ограничено стандартами.

Технологические и эксплуатационные характеристики

Описывают поведение арматуры в процессе монтажа и эксплуатации.

• Свариваемость: Способность стали образовывать неразъёмные соединения без дефектов. Арматура с индексом "С" в маркировке (например, А500С ) специально предназначена для сварки. Определяется химическим составом (углеродным эквивалентом).
• Хладостойкость (ударная вязкость): Способность сопротивляться хрупкому разрушению при низких температурах. Критически важна для строительства в северных регионах.
• Релаксационная стойкость (для напрягаемой арматуры): Способность длительное время сохранять высокое начальное напряжение, минимально теряя его из-за ползучести материала.
• Коррозионная стойкость: Сопротивление ржавлению. Обеспечивается либо материалом (сталь с индексом "К" , композитная арматура), либо защитными покрытиями (оцинковка, эпоксидное покрытие).
• Адгезия (сцепление с бетоном): Сила связи поверхности арматуры с бетоном. Для её повышения используют периодический профиль, песчаное покрытие (для композитной арматуры) или специальные анкерные устройства на концах стержней.
• Огнестойкость: Способность сохранять прочностные характеристики при высоких температурах пожара. Сталь теряет прочность при ~500 °C, композитная арматура — при ещё более низких температурах, что требует дополнительной огнезащиты.

Сводная таблица ключевых характеристик для выбора арматуры

На практике выбор арматуры — это поиск баланса между этими характеристиками в рамках требований проекта. Например, для сейсмостойкого каркаса потребуется арматура не просто с высоким пределом текучести (А500), но и с повышенным относительным удлинением (пластичностью), а также с гарантированной свариваемостью (индекс "С" ).

Смотрите также материалы по теме:

• Сортамент арматуры
• Классификация стальной арматуры
• Сравнительный анализ арматуры: А500С, А400 (А3), А240 (А1), композитная
• Диаметр арматуры: руководство по выбору и применению типа, класса и диаметра
• Руководство по выбору типа и диаметра арматуры при армировании
• Фундамент: Полное руководство для начинающих
• Защитный слой бетона для арматуры: нормы, таблицы толщин, ошибки монтажа
• Онлайн калькулятор арматуры
• Металлопрокат для строительных компаний и строительных объектов
• Классы арматуры
• Армирование строительных конструкций
• ГОСТы на строительную арматуру: ГОСТ 5781-82, Р 52544-2006, 34028-2016, 31938-2012, 31938-2022 обзор и сравнение стандартов
• Производство строительной арматуры, марки арматурной стали
• Площадь поперечного сечения арматуры
• Бетон, армирование бетона
• Производство и характеристики композитной арматуры

Нормативные требования к строительной арматуре: проектирование, применение и монтаж

Нормативные требования к арматуре — это жесткая система правил, не допускающая интуитивного подхода. В инженерной практике иерархия документов выстроена так: ГОСТы задают свойства материала, Своды Правил (СП) определяют правила их применения, а Проектная документация (раздел КЖ) конкретизирует параметры для конкретного объекта.

Нормативная база

Требования к выбору и качеству материалов

Выбор арматуры регламентируется проектными нагрузками и условиями агрессивности среды.

• Класс прочности и предел текучести: Главный критерий. Цифра в классе (А500С) означает номинальный предел текучести в МПа.
• А240 (А-I): только для монтажных элементов, хомутов и ненагруженных конструкций.
• А400 (А-III), А500С: стандарт для рабочей арматуры фундаментов, балок и плит.
• А600–А1000: для предварительно напряженных конструкций.
• Запрет: Нельзя заменять проектный класс (например, А500С) на класс ниже без пересчета. Повышение класса допускается, но требует проверки на риск хрупкого разрушения.
• Профиль и сцепление: Рабочая арматура обязана иметь периодический профиль (рифление). Гладкая арматура (А240) допустима только там, где не требуется высокое сцепление с бетоном.
• Специальные свойства (Маркировка):
• Индекс «С» (Свариваемость): Только такая арматура пригодна для электродуговой сварки.
• Индекс «К»: Повышенная стойкость к коррозионному растрескиванию.
• Хладостойкость: Обязательна для регионов с расчетной температурой ниже –40°C.
• Входной контроль: Каждая партия должна сопровождаться сертификатом. На стержнях обязательна заводская выпуклая маркировка.
• Состояние поверхности: Не допускаются трещины, закаты, расслоения. Легкий налет ржавчины допустим, но «хлопьевидная» ржавчина, уменьшающая реальное сечение металла, ведет к выбраковке.

Нормативы проектирования и конструирования (СП 63.13330)

Эти правила определяют «анатомию» железобетонного элемента.

• Расчетные сопротивления (Rs): В расчетах используется не номинальный, а расчетный предел текучести, учитывающий коэффициент надежности по материалу (≈ 0.9).
• Процент армирования (µ):
• Минимальный (µmin): не менее 0,1% от площади сечения бетона. Это критический порог, предотвращающий хрупкое обрушение при малых нагрузках.
• Максимальный (µmax): обычно не более 3–5% , чтобы обеспечить возможность качественной заливки и вибрирования бетона.
• Защитный слой бетона: Строго регламентированное расстояние (обычно 20–50 мм). Функции: защита от коррозии, обеспечение огнестойкости и создание условий для анкеровки.
• Анкеровка и нахлест: Длина заделки стержня в бетон должна быть достаточной, чтобы стержень не выскользнул при растяжении. В среднем длина нахлеста составляет 40–50 диаметров арматуры. Стыки должны располагаться «вразбежку» (не более 50% стыков в одном сечении).

Требования к монтажу и производству работ (СП 70.13330)

На этапе сборки каркаса закладывается фактическая долговечность здания.

• Подготовка: Правка, резка и очистка от грязи, льда, масел и краски. Любое загрязнение снижает адгезию на 50–80%.
• Способы соединения:
• Вязка: Стальная отожженная проволока. Универсальный метод, не меняющий структуру металла.
• Сварка: Разрешена только для индекса «С». Категорически запрещено варить обычную арматуру А400 (35ГС) — она становится хрупкой в зоне нагрева.
• Механические муфты: Резьбовые или обжимные. Обязательны в высотном строительстве для обеспечения 100% равнопрочности стыка.
• Гибка арматуры: Выполняется только «на холодную» механическим способом. Запрещено выпрямлять или гнуть арматуру с помощью газовой горелки (нагрев резко снижает прочность стали).
• Установка и фиксация:
• Фиксаторы («звездочки», «стульчики»): Арматура не должна лежать на опалубке или грунте. Запрещено использовать обрезки кирпича или дерева.
• Допуски по шагу: Отклонение не должно превышать 20% от проектного шага.
• Жесткость: Каркас должен выдерживать вес людей и давление бетона при вибрировании без смещений.

Приемка работ (Скрытые работы)

Приемка оформляется Актом освидетельствования скрытых работ (АОСР) строго до начала бетонирования.

• Визуальный контроль: соответствие чертежам, качество швов/вязки, чистота.
• Измерительный контроль: проверка диаметров, шага стержней, длин анкеровки и толщины защитного слоя.
• Геометрия узлов: обязательная проверка усиления углов и мест примыкания балок (П-образные и Г-образные элементы).

Сводная таблица критических требований

История развития строительной арматуры: от эмпирических прототипов к инженерной системе

Идея усиления хрупких строительных материалов за счёт включения в них более прочных элементов возникла задолго до появления научной инженерии. Уже в античности строители интуитивно стремились компенсировать недостаточную трещиностойкость камня и известковых растворов. Археологические исследования подтверждают, что в Древнем Риме в отдельных конструкциях применялись металлические скобы, бронзовые и железные стяжки, а также проволочные вставки в кладке и мозаичных полах. Эти решения не являлись железобетоном в современном смысле, но отражали понимание необходимости «связывания» материала для предотвращения раскрытия трещин.

В Средние века и раннее Новое время металлические элементы активно использовались в каменном строительстве: тяги, анкеры, хомуты и закладные детали широко применялись в соборах, башнях и крепостях. Характерный пример — Невьянская наклонная башня (1721–1745 гг.) на Урале, в конструкции которой использован пространственный каркас из кованого железа. Его исключительная сохранность объясняется сочетанием высокого качества ковки, минимального содержания серы и фосфора в металле и изоляции от кислорода внутри кладки — это не «чудо», а закономерный результат металлургии XVIII века и условий эксплуатации.
Однако все эти решения оставались фрагментарными и эмпирическими. Металл и камень работали совместно, но без расчетной базы, понимания распределения напряжений и механики разрушения.

Рождение железобетона как технологии

Качественный перелом произошёл в середине XIX века — в период индустриализации, бурного развития цементного производства и прикладной механики. Ключевым событием стало изобретение портландцемента (Джозеф Аспдин, 1824), который обеспечил стабильные и воспроизводимые свойства бетонного камня.

В 1849 году французский садовник Жозеф Монье, не будучи инженером, столкнулся с практической задачей: керамические и бетонные кадки для растений трескались под действием влаги и корней. Экспериментируя, он начал армировать цементные изделия железной сеткой и проволокой. Монье эмпирически установил, что сочетание бетона и металла резко повышает трещиностойкость и долговечность изделий. В 1867 году он получил патент на «железоцементные» конструкции, который считается отправной точкой истории железобетона как осознанной технологии.

Параллельно схожие идеи развивались независимо в разных странах. В США инженер Тэддиус Хайатт исследовал работу армированного бетона на изгиб и впервые экспериментально доказал, что арматура должна располагаться в зоне растяжения. Эрнест Рэнсом пошёл дальше и в 1884 году запатентовал скрученную арматуру, которая улучшала сцепление с бетоном и снижала риск выскальзывания стержней — важный шаг к формированию требований к профилю арматуры.

Переход от интуиции к расчётной инженерии

До начала XX века железобетон проектировался преимущественно эмпирически, с большими запасами прочности. Конструкции работали, но эффективность использования материалов была низкой, а поведение при разрушении — плохо предсказуемым.
Переломным этапом стало формирование теории железобетона. Франсуа Эннебик во Франции не только активно внедрял железобетон в массовое строительство, но и систематизировал конструктивные решения. В России и СССР фундаментальный вклад внёс Артур Гвоздев, разработавший теорию предельных состояний и методы расчёта железобетона с учётом трещинообразования, перераспределения усилий и пластической работы арматуры. Именно с этого момента арматура перестаёт быть «усилением» и становится полноценным расчетным элементом конструкции.

В этот период арматура представляла собой в основном гладкие круглые или квадратные стержни из углеродистой стали. Их сцепление с бетоном обеспечивалось трением и анкеровкой за счёт загибов, крюков и увеличенных длин нахлёста.

Индустриализация и стандартизация

В Российской империи активное применение арматуры началось в 1880–1890-х годах, прежде всего в железнодорожном строительстве и промышленной архитектуре. Однако производство оставалось кустарным: резка, гибка и сборка каркасов выполнялись вручную.

Радикальный скачок произошёл в СССР в 1930-х годах, когда были внедрены электросварка, механизация арматурных цехов и серийное производство сварных сеток и каркасов. Это позволило перейти к массовому индустриальному строительству и обеспечить повторяемость качества.

Ключевым этапом развития стала стандартизация. Инженеры пришли к выводу, что гладкая арматура не обеспечивает надёжного сцепления, особенно при динамических и повторных нагрузках. В 1940-х годах начали формироваться требования к периодическому профилю. В США единые нормы на рифление были закреплены стандартом ASTM A305-49, что стало основой для дальнейшего развития высокоэффективной рабочей арматуры. Аналогичные процессы шли в Европе и СССР.

Современный этап: высокие прочности и цифровые технологии

Сегодня арматура — это продукт высокотехнологичной металлургии. Производство осуществляется на автоматизированных прокатных линиях с точным контролем химического состава, термомеханической обработкой и заданными свойствами прочности, пластичности и свариваемости. Расчёт армирования выполняется с использованием специализированных программных комплексов, учитывающих нелинейную работу материалов, трещинообразование, ползучесть и сотни расчетных сценариев.

Отдельное направление — преднапряжённый железобетон. В таких конструкциях применяется высокопрочная арматура и канаты классов до К1500, которые натягиваются до бетонирования или после набора прочности бетоном. Создаваемое предварительное сжатие компенсирует растягивающие напряжения в эксплуатации, позволяя перекрывать пролёты более 100 метров и резко снижать трещинообразование. Именно эта технология лежит в основе современных мостов, эстакад и большепролётных сооружений.

Ведутся разработки «умной» арматуры с интегрированными датчиками деформаций и напряжений, что позволяет в реальном времени мониторить состояние конструкций. Пока такие решения носят экспериментальный и инфраструктурный характер, но они отражают общий вектор развития отрасли.