Фундамент под металлическую колонну

Обновлено: 21.09.2024

Под колонны из металла выполняют монолитные железобетонные основания.

Подколонники оборудуются анкерными болтами для фиксации колонного башмака. Их изготавливают сплошными, без стаканов. Верхнюю часть подколонника располагают так, чтобы металлический колонный башмак и верх анкерных болтов были скрыты.

Если проектирование предусмотрело заглубление металлических колонн более 4 м, то в этом случае применяют сборные железобетонные подколонники, которые производят так же, как и двухветвенные колонны. Эти элементы снизу фиксируются в стакане основания, а верхние их части крепятся с помощью анкерных болтов. Фундамент под смежные колонны монтируется общим даже тогда, когда они изготовлены из различного материала (железобетон и сталь).

Расчет фундаментов

Вертикальная нагрузка на уровне спланированной отметки земли N=251,58 кН, Nn=211,37 кН.

Условное расчетное сопротивление основания, сложенного гравийно-галечниковым грунтом, определяем по табл. 45/16/ Ro = 0.6 МПа.

Вес единицы объема фундамента на его обрезах гmt=20 кН/м3.

Бетон тяжелый класса В 20; Rbt=0,9МП; Rb=11,5 МПа; гb2=1;

арматура класса А-II; Rs=280 МПа.

Высоту фундамента предварительно принимаем равной 40 см, глубину заложения фундамента 40 см.

Площадь подошвы фундамента определяем по формуле 2.6:

А=N/(R0 -гmth)=251,58/(0,6·103-20·0,9) = 1,34 м2.

Размер стороны квадратной подошвы а=v1,34=1,15м.

Фундаментную плиту принимаем из монолитного железобетона площадью А=1,21,2=1,44 м2.

Вес фундаментной плиты:

Вес грунта на обрезах фундамента:

Среднее давление под подошвой фундамента определяем по формуле 2.24:

Рср=N+ Gф+ Gгр/Аф=211,37+14,4+23,1/2,56=98,97 кН/м2.

Определяем расчетные нагрузки от веса фундамента и грунта на его обрезах:

Среднее расчетное давление под подошвой фундамента определяем по формуле 2.24:

рсрp=Nр+ Gфр+ Gпр+ Gгрр/Аф=251,58+15,84+27,72/1,44=204,9 кН/м2.

Поперечная сила у грани колонны определяем по формуле 2.25:

QI= рсрp·b·(l-lк/2)=204,9·1,2· (1,2-0,4/2)=245,88 кН;

Расчет на действие поперечной силы можно не производить если выполняются условия 2.26:

QI b3·Rbt·b·ho, где

b3=0,6 — коэффициент для тяжелого бетона;

Rbt=0,9 МПа (см п. 2.2.);

QI=245,88 кН 0,6·0,9·103·1,2·0,4=259,2 кН.

Принимаем окончательно фундамент высотой 40 см,

При увеличении толщины плиты условие выполняется, следовательно, установка рабочей арматуры не требуется, и расчет на поперечную силу не производится.

При проверке условия 2.27:

Q= рсрp·b 1,5·Rbt·b·ho2/c, где

длина проекции рассматриваемого наклонного сечения.

Получили что с0, следовательно, фундаментной плите наклонные трещины не образуются.

Расчет на продавливание выполняем по формуле 2.28:

площадь основания пирамиды продавливания.

Так как продавливающая сила F 0, это означает, что размер пирамиды продавливания больше размеров фундамента, то есть прочность фундамента на продавливание обеспечена.

Определяем расчетные изгибающие моменты в сечениях по формуле 2.31:

Площадь сечения арматуры

Принимаем нестандартную сварную сетку с одинаковой в обоих направлениях рабочей арматурой из 8 стержней 12 A-II с шагом s=15 см (AS=9,05 см2).

Процент армирования расчетных сечений

Упругопластический момент сопротивления сечения фундамента у грани колонны по формуле 2.37 равен:

По табл.4.4 находим расчетное сопротивление растяжению для второй группы предельных состояний Rbtn = 1,4 МПа.

МcrcI = 1,4 · 0,256 = 0,358 МН·м

Проверяем выполнение условия 2.39 :

М — момент в поперечном сечении фундамента от нормативной нагрузки.

МI=0,125·204,9(1,2-0,4)2·1,2=19,67 кН·м МcrcI= 0,358 МН·м.

Следовательно, трещины в теле фундамента не возникают.

Промежуточные подсчеты нагрузки основания на грунт

Общий показатель нагрузки, создаваемой ленточной опорой на почву, высчитывается следующим образом: объем фундамента умножается на плотность материала, заложенного в его первооснову, и делится на квадратный метр площади основания. Объем при этом следует вычислять как произведение глубины размещения на толщину слоя опоры.

Как правило, на этапе предварительных вычислений последний показатель принимается, как толщина боковых стен.

Площадь основания – 20 кв.м., глубина размещения – 80 см, объем основания 20 х 0,8 = 16 м куб.
Вес основания, выполненного из железобетона, равен: 16 х 2500 = 40 000 кг.
Общая нагрузка на грунт: 40 000/20 = 2 000 кг/ кв.м.

Расчет внецентренно-сжатой колонны по условной гибкости.

Как ни странно, но для подбора сечения внецентренно-сжатой колонны — сплошного стержня есть еще более простая формула:

где φ_е — коэффициент продольного изгиба, зависящий от эксцентриситета, его можно было бы назвать эксцентриситетным коэффициентом продольного прогиба, чтобы не путать с коэффициентом продольного прогиба φ. Однако расчет по этой формуле может оказаться более длительным чем по формуле (3.2). Чтобы определить коэффициент φ_е необходимо все равно знать значение выражения e_z·F/W_z — которое мы встречали в формуле (3.2). Это выражение называется относительным эксцентриситетом и обозначается m:

После этого определяется приведенный относительный эксцентриситет:

где h — это не высота сечения, а коэффициент, определяемый по таблице 73 СНиПа II-23-81. Здесь данную таблицу не привожу. Просто скажу, что значение коэффициента h изменяется в пределах от 1 до 1.4, для большинства простых расчетов можно использовать h = 1.1-1.2.

После этого нужно определить условную гибкость колонны λ¯:

и только после этого по таблице 3 определить значение φ_е:

Таблица 3. Коэффициенты φ_e для проверки устойчивости внецентренно-сжатых (сжато-изгибаемых) сплошностенчатых стержней в плоскости действия момента, совпадающей с плоскостью симметрии.

Примечания: 1. Значения коэффициента φ_е увеличены в 1000 раз.2. Значение φ_е следует принимать не более φ.

Теперь для наглядности проверим сечение колонн, нагруженных с эксцентриситетом, по формуле (4.1):

4.1. Сосредоточенная нагрузка на колонны, обозначенные синим и зеленым цветом, составит:

N = (100+100)·5·3/2 = 1500 кг

Эксцентриситет приложения нагрузки е = 2.5 см, коэффициент продольного изгиба φ = 0.425.

4.2. Значение относительного эксцентриситета мы уже определяли:

m = 2.5·3.74/5.66 = 1.652

4.3. Теперь определим значение приведенного коэффициента m_ef:

4.4. Условная гибкость при принятом нами коэффициенте гибкости λ = 130, прочности стали R_y = 200 МПа и модуле упругости Е = 200000 МПа составит:

λ¯ = 130√‾(200/200000) = 4.11

4.5. По таблице 3 определяем значение коэффициента φ_е≈ 0.249

4.6. Определяем требуемое сечение колонны:

F = 1500/(0.249·2050) = 2.94 см2

Напомню, что при определении площади сечения колонны по формуле (3.1) мы получили почти такой же результат.

Совет: Чтобы нагрузка от навеса передавалась с минимальным эксцентриситетом, в опорной части балки делается специальная площадка. Если балка металлическая, из прокатного профиля, то обычно достаточно приварить к нижней полке балки кусок арматуры.

И еще, любое отклонение колонны от вертикали с одной жестко защемленной опорой внизу будет приводить к возникновению дополнительного изгибающего момента в нижних сечениях колонны. При этом для колонн малого сечения такое отклонение будет более значимым, чем для колонн большого сечения. Теоретически влияние этого момента можно учесть при расчетах, однако возникновение дополнительного изгибающего момента из-за возможных просадок фундамента учитывается редко, а потому чем большее сечение будет принято для колонны, тем более надежной будет конструкция.

P.S. Я прекрасно понимаю, что человеку, впервые столкнувшемуся с расчетом строительных конструкций, разобраться в тонкостях и особенностях вышеизложенного материала бывает не просто, но тратить тысячи или даже десятки тысяч рублей на услуги проектной организации вы все равно не хотите. Что ж, я готов вам помочь. Больше подробностей смотрите в статье «Записаться на прием к доктору».

И еще, в последнее время развелось очень много тролят, задающих каверзные вопросы. Я в принципе не возражаю, задавайте. Но ответка может быть жесткой.

Разновидности

Материал позволяет получать из него разные замысловатые формы, однако многие металлические колонны имеют сечение в виде двутавра, прямоугольной или круглой трубы. Размеры сечения вычисляются расчетом на прочность (обычно на сжатие) и устойчивость. Последняя характеристика зависит от наличия связей, стоек фахверка и др.

В зависимости от конструктивного решения, колонны могут иметь постоянное, ступенчатое и составное сечение. Конструкция постоянного сечения представляет собой единый стержень, который используется в бескаркасных постройках, складах и ангарах. На нее можно устанавливать оборудование с грузоподъемностью максимум 20 т.

Ступенчатые колонны созданы для установки оборудования грузоподъемностью более 20 т. Благодаря специальному сечению повышается их жесткость на изгиб и улучшается устойчивость. Данная конструкция имеет две несущие ветви: основную и подкрановую.

Составные металлические колонны редко используются, и могут воспринимать разную нагрузку (относительно оси). Они нужны для:- установки кранов на небольшой высоте;- монтажа кранов в несколько ярусов;- реконструкции зданий.

Установка колонн

Монтаж металлических конструкций должен осуществляться так, чтобы отклонения по осям были не больше разрешенных СНиП (особенно касается фрезерованных поверхностей). Простые колонны устанавливаются целиком, а тяжелые собираются из составных элементов. Чтобы смонтировать, их необходимо захватить, поднять, подвести к опорам, выровнять и закрепить. Для захвата конструкций используются стропы, под которыми размещаются подкладки (например, из дерева). Подъем производится путем поворота или скольжения.

Существует несколько способов опирания базы на основание (узлы металлических колонн можно увидеть ниже):- на его поверхность без подливки раствором,- на стальные плиты с подливкой раствором;- на балки, рельсы (понадобится подливка базы раствором).

На практике используют более простой способ монтажа. В данном случае башмаки устанавливаются на сваренные между собой стальные подкладки, и скрепляются с низом колонн. Как только конструкции будут установлены и зафиксированы, их заливают раствором.

Монтаж колонн подразумевает тщательную выверку с помощью геодезических приборов и отвесов. При этом проверяются их отметки, вертикальность и положение в плане. Для крепления конструкций используются анкерные болты: понадобится 2-4 шт. для колонн высотой до 15 м. Дополнительную устойчивость обеспечат расчалки, которые снимаются после окончательного закрепления. Более высокие элементы дополнительно укрепляют распорками, временными связями и подкосами. Для получения устойчивого каркаса лучше монтировать колонны вместе с подкрановыми балками.

Процесс сооружения фундамента на металлических трубах.

Для начала необходимо подготовить площадку, на которой будет возведен фундамент. Места, где в грунт будут вводиться трубы, можно отметить колышками. Затем копают яму глубиной около 80 см. Данный этап является подготовкой к бурению. Количество труб определяется исходя из разработанного проекта дома. Если по проекту в доме будет находиться печь, то необходимо предусмотреть еще четыре стальные трубы. Затем берете бур с насадкой, диаметр которой превышает диаметр трубы на 5 см. Наступает этап сверления грунта. Если в грунте под фундамент находится большое количество корней, то перерубать их стоит с помощью заранее подготовленного куска арматуры с приваренным топориком на конце.

Определите глубину бурения. Если поверхность участка ровная, то этот этап не вызовет у вас затруднений. Главное помнить, что глубина бурения обязательно должна быть ниже глубины промерзания. Если же поверхность участка неровная и место, отведенное под фундамент слишком низкое, то стоит подсыпать грунт. Необходимо измерить самое высокое место участка и прибавить размер, на который следует выводить трубы из земли. Фактически это и есть высота металлического фундамента.

Сразу же после бурения отверстие засыпают песком, а затем гравием. Толщина каждого слоя должна составлять около 15 см. Затем заливают «подушку» — смесь, состоящую из цемента и гравия. Толщина этого слоя достигает 25 см. Под отверстие отмеряют трубу и обрезают, не забывая оставить небольшой запас. Внизу к трубе некоторые предпочитают приваривать «пятки». «Пятки» представляют собой квадратные металлические кусочки, углы которых выступают за края трубы.

Трубу металлического фундамента предварительно обрабатывают антикоррозийным средством. Это может быть мастика либо битум. Обработать следует участок, который будет выступать над землей. После этого трубу можно вставлять в отверстие. Для лучшего её захода используйте кувалду. Затем выставите трубу по уровню. Чтобы труба не косилась, ее необходимо подпереть. Уже после этого трубу можно засыпать либо залить бетоном. Бетон заливается в отверстие между трубой и землей вокруг нее. Труба также практически полностью заливается бетоном (смесью цемента и щебеня).

На этом этапе сооружения металлического фундамента можно сэкономить. Но делать это не рекомендуется. Экономят следующим образом: заливают бетон, затем засыпают песок, потом гравий и сверху опять бетон. Таким образом каждый «ингредиент» составит одну треть

Но в этом случае важно тщательно трамбовать щебень и песок, а в середину трубы рекомендуется вставить арматуру. Когда бетон схватится и труба немного осядет, необходимо произвести замер плоскости фундамента и под него подрезать трубы

Все трубы необходимо залить бетоном.

На следующем этапе строительства металлического фундамента по всему периметру и поперек него привариваются швеллеры. В зависимости от используемого строительного материала их размер может составлять 160-200 мм. В местах нахождения несущих стен должны быть вбиты трубы. К ним можно приваривать всевозможные металлические изделия, но обязательно достаточной толщины и ширины. При этом наружные края необходимо выводить вровень. Внутри же это условие соблюдать необязательно.

Если в трубу была вставлена арматура, ее нужно выпустить в отверстие швеллера и приварить.

Когда бетон затвердеет, фундамент стоит нагрузить, чтобы он осел. Для этого на него равномерно складывают весь материал. Процесс усадки фундамента может продолжаться один-два месяца. Теперь можно приступать непосредственно к строительству здания. Однако этот этап рекомендуется начинать по прошествии хотя бы месяца с момента заливки бетона.

Трубы металлического фундамента зашивают плитами из асбоцемента. Советуют сделать в них несколько «дверок», чтобы весной их можно было с легкостью проветрить, избежав сырости.

Пример сбора нагрузок на фундамент

Исходные данные:

Предполагается строительство жилого 2-х этажного дома с холодным чердаком и двухскатной крышей. Опирание крыши производится на две крайних стены и одну стену под коньком. Подвал не предусмотрен.

Место строительства — г. Нижегородская область.

Тип местности — поселок городского типа.

Размеры дома — 9,5х10 м по наружным граням фундамента.

Угол наклона крыши — 35°.

Высота здания — 9,93 м.

Фундамент — железобетонная монолитная лента шириной 500 и 400 мм и высотой 1 900 мм.

Цоколь — керамический кирпич, толщиной 500 и 400 мм и высотой 730 мм.

Наружные стены — газосиликат плотностью 500 кг/м3, толщина стеной 500 мм и высотой 6 850 мм.

Внутренние несущие стены — газосиликат плотностью 500 кг/м3, толщиной стены 400 м и высота 6 850 мм.

Перекрытия и крыша — деревянные.

Конструкции, которые могли бы задержать снег на крыше, не предусмотрены.

Разрез дома, с действующими нагрузками.

Требуется:

Собрать нагрузки на центральную ленту фундамента, расположенную под внутренней несущей стеной, если грузовая площадь от перекрытия 4,05 м2, а от крыши — 5,9 м2.

Сбор нагрузок на внутреннюю несущую стену.

Определяем нагрузки, действующие на 1 м2 грузовой площади (кг/м2) всех конструкций, нагрузка которых передается на фундамент.

Нюансы расчета, монтажа фундамента под металлические колонны и методы установки стальных опор

При возведении не только жилых и производственных зданий, но и эстакад, а также иных сооружений нередко основными элементами, несущими на себе нагрузку, являются колонны.

Они бывают различными по характеристикам и способу производства, но одно их объединяет — такие конструкции становятся основой каркаса, держащего на себе остальные детали.

Чтобы колонны гарантировали надежность дома, их необходимо монтировать строго по проекту, допуская лишь незначительные отклонения от предварительно рассчитанных величин.

Из-за этого при выполнении стадии проектирования, а затем его практического воплощения огромное внимание стоит уделять сооружению фундаментов.

Устройство

Обычно в качестве основания металлических колонн применяют монолитный железобетон. Его каркасом становится армированная конструкция, завершением которой вверху установлены в строго определенной последовательности анкерные болты.

Сама по себе технология заливки подобного фундамента аналогична той, которая выполняется при монтаже железобетонных опор, но вместо стакана предусмотрено оборудование анкерных болтов, устанавливаемых посредством применения кондуктора.

На заметку. Дополнительной особенностью является чрезвычайная точность разметки, по которой происходит установка крепежа.

При проектировании часто применяют типовые серии готовых оснований:

Артикул	Назначение
1.012.1-3.97	Для стальных колонн инженерных сооружений и производственных зданий
1.812.1-5с	Для металлических колонн в зданиях сельскохозяйственного назначения (при строительстве в опасных с точки зрения сейсмичности регионах)
1.412-1	Для типовых прямоугольных колонн одноэтажных производственных сооружений

Виды и состав

Все столбчатые основания делятся на две категории:

Обратите внимание! При выборе материала руководствуются предполагаемыми нагрузками, поэтому металлические колонны крепят лишь на монолитное основание.

Критерии выбора типа основания

Вариант фундамента рассчитывают, руководствуясь свойствами грунта. Существует четыре группы оснований:

ленточное (чрезвычайно прочное, легкое в монтаже, его применяют для крупных сооружений, выполняя одномоментный залив бетона);
сплошное (выполняется монолитная непрерывная заливка, хотя такой вариант редко используется под колонны, особенно металлические);
свайное (применяют железобетонные столбы редко при монтаже колонн, поскольку получаются слабые крепления);
столбчатое (это идеальный способ монтажа колонн, фундамент получается устойчивый).

Для крепления колонн необходимы особо прочные материалы, позволяющие придать максимальную устойчивость конструкции. Нарушение этого параметра на любой опоре грозит обрушением всего сооружения. По этой причине нежелательно использовать сваи, невзирая на то, что они являются долговечным материалом. При креплении металлических колонн уместно изготавливать столбчатый фундамент, когда этому не противоречат специфические показатели почвы.

Здания, в которых предполагается общественное времяпровождение, практически всегда монтируют на стальных колоннах, покрывая их антикоррозионными средствами. В качестве фундамента допускается использование ленточной заливки, которая хорошо выдерживает значительное внешнее давление. Однако сначала требуется скрупулезно изучить грунт, поскольку для торфяника такой вариант основания не подходит.

На заметку. Чтобы монтировать столбы поверх ленточного основания, требуется заранее рассчитывать как анкерные устройства, так и схему прокладки канализации, инженерных трубопроводов, электропроводки. Такие нюансы нужно непременно учитывать.

Расчеты перед началом укладки опоры

Подробный расчет колонного основания выполнить достаточно трудно, поскольку необходимо учитывать одновременно множество параметров. Естественно, самостоятельно подобные вычисления невозможно произвести, требуется хорошая практика и специальное образование. Перед началом такой работы требуется получить такие сведения:

нюансы климатических условий, характерные для региона расположения строительной площадки, ветровые нагрузки, их тип, периодичность и мощность атмосферных осадков;
детальная геодезическая карта, содержащая скважинный анализ, чтобы стала ясной структура грунта, толщина прочных и слабых пород (еще необходимо иметь данные, касающиеся грунтовых вод);
масса сооружения (чем тяжелее строение, тем более мощные нужны колонны);
тип колонны, степень ее сжатия и растяжения, несущие характеристики;
марка бетона, его эксплуатационные характеристики;
конфигурация будущего сооружения, его высота, материал перекрытий и несущих стен.

Технология возведения

Перед возведением любого фундамента проводятся земельные работы (расчистка, копка, устройство дренирующей подушки).
Перед заливкой бетонной смеси также требуется соорудить качественную опалубку. Ее монтаж начинают делать снизу, закрепляя удерживающие щиты. Предварительно необходимо заготовить доски, длина которых соответствует расстоянию между колоннами. Чтобы их закрепить, вбивают удерживающие колья.

Способы крепления столбов

Установку стальных опор осуществляют различными методами:

Важно! Каким бы ни был выбранный метод монтажа, главное внимание уделяют точности расчета колонн, соответствию их стандартам, высококачественному креплению.

Использование анкеров при установке

При изготовлении фундамента него монтируются анкерные болты. Их укладывают непосредственно в опору. Такая закладка происходит непременно при строгом наблюдении, после выполнения точной разбивки. Максимально допустимое отклонение составляет 2 мм.

Каждый анкер крепится на осях в верхней части опалубки. Весьма ответственный момент — контроль установки. Обязательно следят за высотой положения болтов, использую для этого кондуктор либо шаблон. В качестве шаблона используют специальную деревянную или металлическую раму. В ней присутствуют гнезда, специальные риски, благодаря которым изделие прикручивают к осям на опоре поверх опалубки.

Чтобы сохранить обязательное вертикальное положение анкеров, их выверяют уровнем, а затем приваривают непосредственно к арматуре. Далее все заливают бетоном.

Непременно контролируют, насколько устойчивы болты, а также опалубка, затем организуют высотное расположение схемы.

Недавно строители начали помещать анкерные болты в колодцы, оставляемые внутри конструкции, а после заделываемые, когда финиширует этап установки колонны.

Большие анкера, имеющие значительную массу, укладывают внутри опор при существенной высоте здания. Чтобы их там удержать, организуют специальные приспособления в виде каркасов, способных выполнять поддержку шаблонов в требуемом положении до момента заливания раствором бетона.

Анкера невероятно сложно монтировать. Крепления выпускают высокоточными, они изготовлены очень надежно. Наиболее трудная задача — выполнить точную разметку по замерам.

Для надежности, чтобы гарантировать точность установки, используют кондукторы. Эти шаблоны по сути аналогичны рамным приспособлениям, которые выполняют из отрезков металла. На раме максимально точно проведены линии осей, выполнены отверстия, через которые проводят разметку установки анкеров. Если предполагается применять легкие болты, кондуктор делают деревянным.

Из видео узнаете о монтаже металлических колонн на анкера:

Кондуктор-шаблон крепежа анкерных соединений

Во время заливки основания под стальные опоры применяют специальный кондуктор. Благодаря этому приспособлению удается контролировать высоту и глубину крепления анкерных болтов. Фактически это своеобразный шаблон для монтажа анкеров.

Обычно изделие выполняют из металла, нанося на его верхней поверхности риски, служащие для совмещения отверстий с осями, а затем последующей проверке точности установки теодолитом. В плите выполнены крепежные отверстия, диаметр которых идентичен тому, что у болтов.

Непосредственно перед заливкой смеси анкера приваривают к каркасу арматуры, а потом до момента набора бетоном технической твердости, выполняется проверка точности расположения болтов. Завершающая стадия — контроль жесткости, как самой опалубки, так и закрепленных анкеров. После такой контрольной операции уточняется показатель расположения по высоте и в плане.

Справка. При промышленном строительстве стальные конструкции мощные, поэтому для их крепления применяют усиленные анкера. Их размеры значительно отличаются от тех анкерных соединений, которые используются в жилищном домостроении.

Монтаж тяжелых болтов делают, устанавливая в требуемом положении шаблон перед заливкой бетоном фундамента. Для гарантированной фиксации этих шаблонов применяют дополнительный крепеж каркасными стойками, благодаря чему конструкция получает большую жесткость.

Когда бетонная смесь уже залита, снимают шаблоны анкеров, оставляя на месте каркас. Организуя эту стадию работ, пристальное внимание уделяют точному размещению анкеров, причем непременно контролируют все параметры: вертикальность монтажа, глубина заложения и высота выступающей части. Хотя это наиболее трудоемкое мероприятие, но без него невозможно гарантировать точность установки фундамента.

Чтобы облегчить действия, применяют различные эталонные образцы кондукторов. Их сваривают из стального швеллера большого размера, наносят на площадку координаты осей. Благодаря материалу шаблон имеет жесткость и значительную массу. В требуемых точках просверливают отверстия, соответствующие диаметру анкеров. При использовании легких болтов достаточно для кондуктора применять деревянный брус.

Заключение

В любой постройке фундамент — важный элемент, ему требуется особое внимание. Поэтому изучение процесса изготовления основания требуется как строителям, так и заказчикам. Ведь понимая технологию, проще делать индивидуальные замечания, чтобы в итоге получить нужный результат.

Как сооружают столбчатые фундаменты под колонны?

Столбчатый фундамент обустраивают при строительстве каркасных и малоэтажных зданий без подвалов.

Также его сооружают, если предполагается большая глубина залегания фундамента – 4–5 м. При этом ленточное основание нерентабельно из-за большого расхода строительных материалов.

О том, как возводится столбчатый фундамент под колонны, поговорим в статье.

Состоит столбчатый фундамент из плитной части из 1–5 ступеней и подколонника, полнотелого или полого – стакана. Вид его зависит от типа и материала колонны.

Колонна – деталь несущей конструкции. Она воспринимает нагрузку между этажами и на уровне фундамента. Может служить декоративной деталью. Колонны выпускают стандартных размеров и изготавливают на заказ.

Различают 2 вида:

Колонна непрерывно взаимодействует с основанием, нарушение положения хотя бы одной опоры приводит к обрушению дома. Поэтому под колонны не рекомендуется использовать сваи.

Монолитный – готовое сооружение, в которых столбы установлены по определенной схеме. Колонны закрепляют на фундамент болтами.
Сборный – каждое основание производится отдельно, на строительной площадке или на заводе, и отдельно устанавливается. Сверху опоры бетонируют, чтобы избежать появления расщелин.

Материал для столбчатого фундамента выбирают исходя из нагрузки и материала колонны:

Бетонные основания – а точнее, железобетонные. Выполняются из тяжелого бетона и упрочняются специальной арматурой. Под металлические колонны ставят только монолитный бетонный, под кирпичные допускается сборный вариант.
Кирпичные – выдерживают меньшую нагрузку и используются для малоэтажных зданий.
Деревянные – подходят только для деревянных или каркасных зданий.
В частном строительстве встречаются опоры из бетонных или асбестовых труб.

Подготовка к возведению

Подготовка включает:

планировку – опоры монтируют по углам, на участках примыкания и пересечения стен, на протяжении несущей стены через 3–6 м и под каждой колонной;
разметку и выемку земли на необходимую глубину;
если глубина залегания велика, то на дно ям укладывают песчаную или бетонную подложку;
сооружение опалубки.

Глубина залегания и высота бетонной подложки определяется весом здания и рыхлостью почвы.

Инструменты и материалы

Для строительства нужны:

доска или фанера для опалубки;
песок, битый кирпич, гравий для подушки;
бетон марки М300, М400, М600;
рубероид или другой пленочный материал для гидроизоляции;
анкерный крепеж для металлических колонн.

Для работы понадобятся следующие инструменты и приспособления:

капроновый шнур и деревянные колья для разметки;
совковая и штыковая лопаты;
отвес, строительный уровень, рулетка;
ручная трамбовка.

Если бетон изготавливают самостоятельно, то нужна бетономешалка или емкость для размешивания раствора.

Как рассчитать?

Исходными данными для расчета служит нагрузка, которую оказывает колонна, и результаты инженерно-геологических исследований.

К первым относятся:

Вертикальная нагрузка – вес колонны и величина нагрузка, передаваемая на нее стенами и кровлей.
Изгибающий момент.
Поперечная – приходящаяся на опору от базы колонны.
Нагрузка при действии крутящих моментов в 2 плоскостях.
Полная ветровая и снеговая – рассчитывается по погодным данным региона.

К инженерно-геологическим данным относятся:

свойства грунта;
уровень грунтовых вод;
глубина промерзания грунта.

По полученным данным рассчитывают величину опорных столбов для колонн.

Пример расчета под монолитную колонну

Вычисляют глубину залегания и сечение основания. В простых случаях параметр определяет максимальная глубина промерзания.

Для более точных вычислений используют формулу: df=kh*dfn, где:

kh – коэффициент, принимаемый для фундамента отапливаемого дома;
dfn – глубина промерзания.

Размеры основания рассчитывают по формуле: А=N/(R0-ȳd), где:

N – вертикальная нагрузка, ее получают при расчетах каркаса здания;
R0 – сопротивление грунта — величина представлена в справочнике СНиП 2.02.01-83;
ȳ – средний удельный вес фундамента;
d – глубина.

Для зданий выше 3 этажей расчет производят более сложные, с учетом краевой нагрузки.

Пример расчета под металлическую колонну

Материал не влияет на методику вычислений. Учитывать нужно глубину заглубления самой колонны. Поэтому используется та же самая методика расчета.

Для удобства исчислений непрофессионалам лучше воспользоваться онлайн-калькуляторами в Интернете.

В них указаны все требуемые параметры для вычислений. Расчет производится автоматически.

Этапы строительства под монолитную колонну

При возведении частного коттеджа или дачи строительстве сооружают монолитный фундамент. Чтобы сэкономить материалы, опорные столбы выполняются в виде ступеней. Высота и число ступеней зависит от нагрузки.

Для основания выкапывают яму необходимого размера и укладывают на дно слой песка и щебня толщиной в 20 см. Если глубина фундамента большая, устраивают бетонную подушку. Затем возводят опалубку из фанеры или дерева.

Если размеры основания значительные, используют стальную опалубку. Асбестоцементные или бетонные трубы могут применяться как несъемная опалубка.

Армирование опор

Армирование выполняется по мере возведения фундамента. Используют для этого прутки диаметром в 12–16 мм, связанные или сваренные в готовые каркасы.

В качестве горизонтальных элементов используется стальная сетка с размерами ячеек от 5–6 мм, но не более 12 мм:

После утрамбовки песчаной-гравийной подушки, заливают не менее 10 см бетона и опускают в яму подготовленную конструкцию.
Сечение каркаса лишь чуть меньше сечения скважины. Каркас входит плотно.
Середину столба не армируют, так как нагрузка здесь минимальна.
Выпуски арматуры загибают горизонтально – по 30–40 см. Если подколонник делают кирпичный, хотя бы один арматурный прут нужно заанкерить в кирпичной кладке.

Величина подколонника может совпадать с сечением столба. Если требуется именно стакан, сооружают опалубку сложной формы.

Изготовление каркаса можно посмотреть в этом видео:

Монтаж башмака

Чтобы равномерно распределить нагрузку от здания, рекомендуют делать башмак – расширение нижней части скважины:

Изготавливают опалубку, диаметр которой в 1,5 раза больше, чем сечение будущих столбов и устанавливают на песчаную подушку.
Заливают бетоном марки М300–М400 только башмак.
Бетон застывает не менее 10 дней.

После схватывания раствора продолжают возведение фундамента.

Установка колонн

Начинают работу с сооружения армирующего каркаса:

Монолитная колонна армируется прутками. При большом сечении прутки дополнительно усиливаются горизонтальными хомутами.
Для опалубки используют деревянные доски нужной длины. Их скрепляют хомутами. Рекомендуется изнутри простелить опалубку рубероидом, чтобы позднее ее легче было снять. Поверхность колонны будет гладкой.
Для заливки используют бетон марки М200 или выше. Чтобы удалить воздух, раствор протыкают металлическим штырем. Опалубку снимают только после полного высыхания.

Оптимальная температура строительства – выше +15 С. Если здание сооружают зимой, в бетон добавляют пластифицирующие добавки с тем, чтобы ускорить застывание.

Ростверк

Под железобетонные колонны возводят монолитный ростверк, по сути, это бетонная лента, усиленная стальными прутками. Используется при строительстве каркасных и панельных зданий, деревянных срубов:

Изготавливают опалубку необходимых размеров.
Укладывают арматуру. Для усиления плитной части используют арматурную сетку, которую размещают в 2 слоя. Между ними должен быть изолирующий слой бетона – не менее 20 см, поэтому заливку выполняют в 2 стадии.
Горизонтальные сетки соединяют вертикальными фрагментами прутков. Длина минимально возможная, чтобы каркас со временем не утратил устойчивости.

Связывание каркаса выполняется в опалубке или на основании, а не на земле.

Этапы строительства под металлическую (стальную) колонну

Металлическое колонны монтируют в стаканные основания или анкерным способом. Порядок действий сходный, но исключает некоторые этапы:

Размечают положение скважин и роют ямы необходимой глубины.
На дно укладывают песчано-гравийную подушку. Сооружают опалубку. Армируют конструкцию прутками и сеткой, описанным выше способом.
Подготовленные скважины заливают бетоном марки не ниже М300. Перед заливкой в полости устанавливают геодезические уровни и высотные знаки. Они служат указателями места размещения стальной опоры.
В поверхности бетонных оснований вмонтируют анкерные болты для фиксации. На них и крепится металлическая колонна. Между собой их связывают балками.

Опирание может выполняться и другим методом. Вместо анкеров на поверхность опоры монтируют металлические плиты и заполняют бетонной смесью. Уровень заливки ниже 5–8 см проектной отметки подошвы. В полученное углубление устанавливают колонну.

Установку на анкера можно посмотреть в этом видео:

Ошибки при строительстве и способы их избежать

Сооружение фундамента – довольно сложная работа, требующая расчета и квалификации. Начинающие строители чаще всего допускают следующие ошибки:

неправильно рассчитывают распределение нагрузки, при этом фундамент начинает проседать, а стены здания трескаться;
неверно определяют глубину залегания – слишком большая величина ведет только к расходу материалов, а вот недостаточная – к деформации стен;
устанавливают опоры на разную глубину;
используют материал низкого качества – марка бетона должен быть не ниже М200;
неверно оценивают сопротивление грунта – необходима консультация специалиста;
не центрируют каркас при монтаже – особенно разрушительно это сказывается на ростверке;
собирают каркас на грунте – центрирование автоматически исключается;
соединяют прутки и сетку на углах сваркой – это запрещается.

Опорные основания и колонны – вертикальные элементы. Во время сооружения опалубки, армирования, крепления столбов необходимо постоянно проверять вертикальность.

Много важной и полезной информации о столбчатом фундаменте найдете здесь.

Столбчатый фундамент под колонны используется в целях экономии. Для каркасного здания и на твердых грунтах он успешно заменяет ленточный или плиточный. Но чтобы такое сооружение прослужило долго и не стало причиной разрушения дома, необходимо тщательно рассчитать нагрузку.

Под колонну

На крупномасштабных стройках часто прибегают к использованию колонн, которые берут на себя несущую 100%-ую нагрузку. Эти модули выполняют «роль» главного каркаса.

Важно при проектировании производить по максимуму точные вычисления (с минимальными расхождениями от расчетных единиц) по устройству и сборке фундаментов под колонны.

Что представляют собой фундаменты под колонну, каковы их виды и размеры, строительные расчеты и поэтапное устройство – далее подробно.

Особенности фундаментов под колонны

Фундамент под колонну — это первый и наиважнейший этап в начале любой масштабной стройки. От исполнения монтажных работ по его построению, зависит долговечность и прочность всего (в будущем построенного) сооружения.

На практике для обустраивания основания под колонны профессионалы выбирают фундаментные блоки «стаканного типа», маркированные:

1Ф – с сечением 30х30 (см);
2Ф – с сечением 40х40 (см).

Эти «модули» обеспечивают кроме полноценной поддержки сооружения, еще и заданную вертикальную постановку конструкции (по плану, проекту, чертежам).

Допустимы и другие блочные варианты, но их углубление, размеры должны определяться в каждом индивидуальном случае. Следует помнить, что блочные габариты возрастают с интервалом в 100 мм, полнота стенки башмака внизу должна быть не менее 200 мм.

С учетом порядка постановки колонн, блоки из железобетона могут иметь смещенный или центральный тип нагрузок. Во втором случае блоки имеют в основании плиту в виде квадрата, а в первом – прямоугольную (стороны с отношением 0,6).

Бетон, из которого создаются блоки для фундамента стаканного типа, имеет максимальную устойчивость к появлению трещин, это позволяет использовать конструкции в регионах с резко континентальным, холодным климатом.

Прочность и крепость материала выдерживает даже землетрясения до 9 баллов. В соответствии с ГОСТ 26633 в бетонную массу добавляется определенные присадки, повышающие качества прочности и стойкости конечного модуля.

В зависимости от гидрогеологических факторов, на точке монтажных работ выбирается класс влагонепроницаемости и морозостойкости – их показатели не должны быть менее W4 и F100 соответственно. Допускается минимальное водопоглощение бетоном, но не более 5% от всей массы конструкции.

Все здания и постройки разделяют на каркасные и бескаркасные, при этом объекты промышленного типа строят по первому варианту, а жилые дома по второму. Несущими модулями в каркасных домах/сооружениях считаются колонны, они бывают железобетонными или металлическими. На них во время строительных действий выкладывают плиты, перекрытия и другие необходимые модули.

В зависимости от колонного вида подбирают и тип фундаментной основы.

Размеры по ГОСТу

Маркирование железобетонных изделий, следуя ГОСТу 24476-80, должно иметь 2 или 3 группы (из букв или цифр). В них закодированы:

предназначение, функции;
габариты;
серия;
свойства.

Первая часть кодировки – тип/размер, к примеру, 1Ф это фундаментная основа для колонн с определенным сечением. Показатели из цифр (следующие) сообщают о длине/высоте модулей в дециметрах.

Часть вторая в маркировочном коде является показателем индекса несущей способности – от 1 до 3. Третья часть маркирования сообщает о гидрофобности бетона. Например, если бетонный модуль имеет класс водонепроницаемости (В2), у него не будет добавочных знаков, если нет, то появляется индекс П.

Фундамент под колонны ГК изготавливают строго в соответствии с регламентирующей документацией, по ГОСТу – Серией 1.020-1/83. Основание получается морозоустойчивым, износостойким (из утяжеленного бетона класса не ниже B 15 и арматурных прутков из стали).

Виды оснований для ж/б и металлических опор

В настоящее время пользуют два ведущих варианта обустройства фундамента для колонн из металла или железа/бетона – сборные и монолитные. Их структуры идентичны – из армированного железа/бетона. Данная модификация дает возможность фиксации нижней опорной части в требуемой постановке (в конкретном месте).

Различия между этими видами в использовании:

фундамент сборный выбирают для бетонированных колонн;
монолитный тип считается универсальным, подходит для монтажа железобетонных колонн (любой конструкции) и из металла.

В сфере строительства железобетонную форму под фундамент обозначают «стаканом». Он гарантирует ровное, одинаковое перераспределение нагрузок на всей плоскости опоры на почве.

Устройство основания

Для обустройства фундамента под железобетонные (ЖБ) колонны можно выбирать еще и следующие варианты:

сборный из ребер;
пустотелый;
пеньковый с подколонником.

Все вышеперечисленные типы подходят для промышленных комплексов, объектов. Подробнее про особенности проектирования и установки фундамента под колонны промышленного здания читайте здесь.

Основной составляющей всей системы фундамента для колонны из железобетона будет плита в виде прямоугольника. На ней «сидят» другие плиты малого размера. Плитные модули составляют «пирамидку» из ступенек, верхняя ее часть оканчивается стаканообразной формой под опору. В монолитном варианте данный «механизм» предстает в виде цельного, одного блока. В сборном – в виде составляющих отдельных модульных плит (внизу большая, далее по уменьшению).

Чтобы смонтировать металлические колонны отдают предпочтение «цельным» фундаментным основаниям из железобетона. Такой каркас «собран» в виде армированной крепкой конструкции. В верхней его части расположены анкерные болты в строгой последовательности (по размерам).

Особенность этого типа в том, что нужна максимальная точность в разметке мест стыковки – постановке болтов. Технология сборки фундамента для колонн из металла аналогична с заливкой монолитной основы, но взамен «стакана», постановка и фиксация ведется на анкерные болты. После монтажа крепежные элементы заливают бетонной смесью.

Кроме закрепления на анкеры из металла, колонны можно еще соединять с фундаментным стаканом методом сварки арматуры подколонника.

Расчеты для проекта

Чтобы конструкция у фундамента была долговечной и прочной, следует провести верные расчеты, создать проект, где будут предусмотрены состав почв, климатические особенности, высота и тяжесть здания, все нагрузки, идущие на фундамент от колонн.

Инженерно-геологические проверки устанавливают:

уровень расположения подземных вод;
глубину промерзаний (сезонных);
состав грунтов, их твердость, качества.

Используют нормативы-таблицы. Например, для состава грунта (песчаного со средн./крупн.) будут соответствовать величины:

e=0.65, ρ=1,8 т/м 3 ;
Е=30 MПа, ϕ=35°;
С=1 кПа.

Глубину фундаментного размещения находят с учетом самой большой глубины вымерзания по формуле (5.4 CП 22.13330.2016):

kh это коэфф. для построек с возможностью отопления;
dfn – глубина промерзаний.

Предварительные размеры фундаментного основания находят по формуле:

N – нагрузка по вертикали, она получается при вычислении каркаса строения;
R0 – сопротивление грунтов — выбирают в справочных данных СНиП 2.02.01-83;
ȳ –средний вес удельный фундаментной основы;
d – величина глубины.

Все расчеты ведутся с применением показателей таблиц, использованием нужных формул (по тех. литературе, ГОСТ, СП). Для зданий с высотой более чем три этажа совершают усложненные расчеты, учитывая краевую нагрузку.

Для расчета необходимы данные по нагрузке, которую будет оказывать колонна:

вертикальная вместе с массой стен и перекрытий всего здания и крыши;
ветровая и осадковая – по региональным данным (в табл.);
при крутящихся моментах (2-х плоскостная);
поперечная, напирающая на фундамент от колонн.

По полученным данным исчисляют значения опорных столбов для колонн.

Правила крепления

Для прочного и надежного крепления колонны к фундаменту используют два популярных, удобных типа фиксации. Первый – при помощи болтов, для стальных деталей.

Здесь уже в фундаментном блоке предусмотрены и поставлены болты из крепкого металла для прорезей (крепежа) у основания колонны, это очень практично. Второй тип в виде технологии вставки колонной основы в предназначенное углубление, с дальнейшей обязательной фиксирующей заливкой смесью из бетона.

Этапы монтажа

Цена стаканных готовых блоков приемлема, но доставка и монтаж (тяжелой системы) имеет высокую стоимость. Специалисты рекомендуют делать все работы на строительном объекте непосредственно, заказав бетономешалки с готовой смесью.

Обустройство монолитного фундамента (из железобетона) лучше доверить специалистам. Работы выполняют по этапам:

Подготавливают котлованы необходимого размера и глубины.
На выровненное дно насыпают подушку из гравия с песком, трамбуют.
Заливают узкую прослойку «подбетонку» цементную, которая исключит потерю бетонных составляющих.
Собирают армирующий каркас для стакана. Арматуру, которая подлежит сварке – сваривают, если нет пометок «для сварки», то пруты прочно связывают.
По периметру армирования монтируют опалубку.
Затем совершают заливку бетонной смесью, профи рекомендует обязательно использовать вибратор для полного освобождения массы от образующихся пузырей воздуха. Если этот нюанс упустить, то возможно (со временем) появление трещин (на фундаменте) из-за давления здания, перекрытий и стен.
Период для застывания бетонной смеси 3-4 дня. Затем разбирают опалубку.

100%-ную прочность фундамент наберет через 30 дней. После этого приступают к обратной засыпке и монтажу колонн.

Стальных

При возведении стальных колонн, вместо пустой ниши во внутренней части башмака создают сразу монолитный стакан, куда уже «замурованы» анкеры из стойкой, крепкой стали. Обращают внимание на рихтовку, ее проводят в процессе работ или после.

Работы выполняют, после совершения расчетов, пошагово:

колонны поднимают специальными техустройствами;
«подносят» к стыковочным точкам с анкерами;
выверяют и проводят фиксацию.

Работы относятся к повышенной сложности, их следует доверять опытным специалистам-строителям.

Армирование подколонников

Армирование помогает избежать досрочного разрушения конструкций, гарантирует дополнительную прочность. Фундаментный подколонник это традиционный модуль основания столбчатого типа, который называют «стаканом». Он фиксируется к нижней (подошвенной) части фундамента, и считается его верхней частью.

Армирование подколонника фундамента под колонну из металла дает возможность сооружению:

держать максимальные нагрузки;
повышать (значительно) прочность, надежность;
увеличивать долговечность, износостойкость.

Армирование данного типа проводится для построек различного назначения. Сборку выполняют двумя способами – сварными сетками или моностержнями. Последние располагают с одинаковым промежутком в поперечном или продольном направлении.

Стержни из арматуры должны быть одной длины, а диаметр соответствовать 10 мм. Если сторона подошвы имеет длину более 3 м, то диаметр должен быть 12 мм. Правильный шаг прутков до 10 см, но не более 20 см.

Толщина слоя бетона для плитной зоны варьирует от 40 мм (в том числе наличие подготовки из бетона под «подошвой») до 70 мм (без нее).

Порядок армирования подколонников схож с армированием колонн (с квадратным/прямоугольным сечением). Арматура в вертикальном положении устанавливается по углам, и собирается между собой. Затем она в виде каркаса объединяется с перпендикулярными стержнями, создавая прочную конструкцию («в клеточку»).

Неверно созданные расчеты и монтаж своими руками (без опыта) могут отрицательно сказаться на прочности всего здания.

Колонны здания должны иметь прочное и жесткое основание для максимального надежного «упора». Это гарантирует стойкость не только самим колоннам, но и строению целиком. Сложные вычисления, подсчеты, чертежи и времязатратный монтаж фундамента под колонны лучше поручить профессионалам со стажем, во избежание ошибок и погрешностей.

Читайте также: