Конструирование фундаментов под металлические колонны

Обновлено: 22.09.2024

Фундамент под колонны выполняют из монолитного или сборного железобетона. Глубину заложения фундамента назначают в зависимости от гидрогеологических условий на площадке строительства, глубины промерзания грунта и др, а также с учетом необходимой заделки колонн. Центрально-нагруженные фундаменты проектируют квадратным в плане. Фундаменты состоят из плитной части и подколонника со стаканом для заделки сборной колонны. Плитная часть имеет обычно ступенчатую форму. Количество ступеней – не более трех. Высоту ступеней принимают равной 300, 450 и при большой высоте плитной части фундамента – 600 мм. Размеры по высоте подколонника и плитной части назначают кратными 150 мм. Размеры в плане подошвы фундамента, ступеней подколонника должны быть кратны 300 мм. Зазоры между стенками стакана и колонной для возможности рихтовки и качественного заполнения бетоном принимают в нижней части стакана 50 мм, в верхней – 75 мм. Глубину заделки колонны в стакан назначают не менее большего размера сечения колонны h_col. Глубина заделки колонны также должна удовлетворять требованию заделки рабочей продольной арматуры колонн.

Исходными данными для проектирования фундамента являются расчетные значения продольных сил, передаваемых на фундамент, уровень верха фундамента, характеристики грунта.

Расчетную продольную силу N для расчета тела фундамента подсчитывают при коэффициенте надежности по нагрузке γf> 1. (принимают из расчета колонны первого этажа). Нормативную продольную силу Nn по формуле: N_n=N/g_f= где γ_f = 1,15- усредненное значение коэффициента надежности по нагрузке.

Высоту фундамента назначают по условиям заглубления или условиям заделки колонн, величина h округляется до размера, кратного 15 см. Глубину заложения фундамента принимают равной H= h +0,15м, где 0,15 м – расстояние от уровня чистого пола до верха фундамента.

Размер стороны подошвы квадратного в плане фундамента определяют по формуле , 0 – расчетное сопротивление грунта основания; γ_m = 20 кН/м 3 – усредненный объемный вес материала фундамента и грунта на его ступенях.

Причинами разрушения фундаментов под сборные колонны могут быть продавливание дна стакана и раскалывание фундамента.

Проверку фундамента по прочности на продавливание колонной от дна стакана производят из условия: F£R_btU_mh_og, где F=N-p(h_col+2h_og) - расчетная продавливающая сила U_m=4(h_col+h_og) - среднее арифметическое периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания колонной от дна стакана.

Проверку прочности фундамента на раскалывание производят из условия N£2mgA₁R_bt , где μ = 0,75 – коэффициент трения бетона по бетону; γ = 1,3 – коэффициент условия работы фундамента в грунте; А₁ – площадь вертикального сечения фундамента в плоскости, проходящей по оси сечения колонны за вычетом площади стакана. Прочность фундамента считается обеспеченной, если удовлетворяется хотя бы одно из условий.

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.

Заключение

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.

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.

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.

Разновидности

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.

Фундамент под металлические колонны (182)

2. Верх подколонника располагают на отметке -0,600 или -0,200.

3. У колонны устраивают опорную базу — башмак. Под колонну укладывают стальной лист для равномерной передачи нагрузки площадь бетона фундамента.

4. Базу заглубляют ниже отметки у.ч.п. и обетонируют).

7. Базы к фундаментам крепят анкерными болтами, заделываемыми в фундаменты при их изготовлении.

8. Болты пропускают через опорную плиту и другие элементы базы.

9. Высота подколонника не менее 700 мм

10. Стены каркасных зданий опирают на фундаментные балки между подколонниками.

11. Под воротами для въезда в цех фундаментные балки не укладывают.

12. Участки стен в пределах этого шага колонн опираются на монолитную подбетонку.

ЖБ фундаментные балки (183)

1. Имеют трапециевидное или тавровое сечение.

2. Их размеры зависят от шага колонн.

3. Балки у температурного шва и торцевых стена укорачиваются на 500 мм.

4. Верх фундаментных балок - на 30 мм ниже уровня пола.

5. Устанавливают балки на подливку из цементно- песчаного раствора толщиной 20 мм.

6. Таким же раствором заполняют зазоры между торцами балок и подколонниками.

7. По фундаментным балкам -гидроизоляция стен – 1-2 слоя рулонного материала.

8. Во избежание деформации балок от пучения грунтов снизу и с боков балок -подсыпка из шлака, песка или кирпичного щебня.

9. Балки изготовляют из бетона класса В15-В30.

Свайные фундаменты под колонны промышленных зданий

1. Забивные или набивные сваи + ростверк сверху + ЖБ башмак со стаканом для колонн.

2. Свайные фундаменты устраивают при залегании у поверхности земли слабых фунтов и при наличии фунтовых вод.

Урок 55-57 (11-13)

Тема 3.5.3. ЖБК промышленных зданий

1. Каркас 1-этажного промышленного здания - колонны + подкрановые балки +покрытия.

2. Колонны каркаса: крайние и средние.

А) постоянного сечения (бесконсольные): 185

* для зданий с подвесными кранами

* крайние - прямоугольные постоянного сечения, средние – с консолью

Б) прямоугольного сечения с консолями – рис.186, а,б

* для здания пролетом 18 и 24 м, высотой до 10,8 м с мостовыми кранами гр. 10-20 т.

* крайние колонны одноконсольные, средние — двухконсольные.

В) двухветвевые колонны (186, в, г)

для зданий пролетом 18, 24, 30 м, высотой 10,8 -18 м, с мостовыми кранами гр. до 50 т.

Г) сборные ЖБ колонны для бескрановых пролетов одноэтажных зданий:

Подкрановые и обвязочные балки

1. Железобетонные подкрановые балки (рис. 188)

А). Сечение: тавр и двутавр.

Б). Виды: рядовые и торцовые, отличаются положением закладных пластин.

В). Закладные элементы для крепления к колоннам и крановым рельсам.

2. Обвязочные железобетонные балки (рис. 189)

А). Устраивают над оконными проемами.

Б). Установка на стальные опорные столики, крепят к колоннам закладными элементами.

3. Стропильные и подстропильные балки и фермы

А). Стропильные - перекрывают пролет, поддерживают конструкции покрытия.

Б). Подстропильные служат опорой для стропильных конструкций.

В) Балки крепят к колоннам сваркой закладных деталей.

4. Виды балок:

А) односкатные - для однопролетных зданий, тавровое сечение. – 190,а

Б) двускатные - для зданий со скатной кровлей. - в

В) решетчатые - прямоугольное сечение с отверстиями для труб, электрокабелей и др.-д

Г) с параллельными поясами - для плоской кровли - е.

5. Виды подстропильных ферм:

А) для малоуклонных кровель большей высоты;

Б) для скатных кровель меньшей высоты;

В) с провисающим нижним поясом.

Крепят фермы к колоннам болтами и сваркой закладных деталей.

Привязка колонн к разбивочным осям зданиям

1. Привязка – совмещение грани колонны с разбивочной осью.

2. Виды привязок:

В) 250, 500 мм и т.д.

Обеспечение пространственной жёсткости ЖБ каркаса

1. Система связей обеспечивает пространственную жесткость каркаса.

А) вертикальные связи - между колоннами в середине температурного блока:

• при шаге колонн 6м — крестовые; 12 м — портальные.

Б) горизонтальные связи. Виды:

крестовые связи - (196, а);

Узлы сборного железобетонного каркаса

1. Узлы - сопряжения элементов сборного каркаса называют (рис. 198).

2. Требования к узлам:

Г) неименяемость сопрягаемых элементов при действии нагрузок

Д) простота монтажа и заделки

3. Основные узлы (198):

А) Сопряжение колонны с фундаментом (а).

Б) Опирание подкрановой балки на выступы колонны (б).

В) Сопряжение стропильных ферм и балок с колонной (в).

Г) Опирание подстропильных конструкций на оголовке колоны (г).

Д) Крепление подвесных кранов к конструкциям покрытия (д).

Е) Опирание стропильных и подстропильных балок на оголовки колонны - (е).

Е) Сопряжение стропильных и подстропильных элементов - (ж).

Многоэтажный сборный ЖБ каркас

1. Балочная (199,а) и безбалочная (с.202) конструктивная схемы.

2. Фундаменты - столбчатые стаканного типа.

3. Колонны - сечение 400 х 400, 400 х 600 мм с консолью высотой в один, два, три этажа

4. Крайние колонны - одна консоль, средние - две.

5. Связи между колоннами - портальные или крестовые.

6. Виды привязок: нулевая, центральная, осевая или 500 мм

Узлы каркаса (201)

1. Сопряжение ригелей с колоннами - б

2. Стыки колонн (по высоте) - а

Основные узлы безбалочного каркаса (203)

1. Стыки колонн - а

2. Стык капители с колонной (203, б).

3. Стыки плит перекрытия - в

Урок 58 (14)

Тема 3.5.4. Стальные конструкция одноэтажных промышленных зданий

1. Стальной каркас: колонны + подкрановые балки, фермы, прогоны и связи.

2. Жесткость каркаса обеспечивают подкрановые балки, прогоны, связи.

3. Сопряжение элементов - на болтах, сварке и заклепках.

А) при высоте одноэтажного здания более 14,4 м

Б) при грузоподъемности кранов ≥50 т

В) при пролетах здания ≥ 30 м

Г) в неотапливаемых зданиях ≥18 м

Е) при высоких динамических нагрузках

Ж) в труднодоступных районах и др.

Типы стальных колонн. Их опирание на фундамент.

1. Составные части колонны:

А) оголовок - воспринимает нагрузку свыше;

Б) стержень (ствол): надкрановая и + подкрановая часть

В) башмак (база) - передаёт нагрузку на фундамент.

2. Стальные колонны (6.22 - 207) различают по признакам:

А) крайние и средние;

Б) постоянного сечения, переменного (ступенчатого)

В) по сечению ствола: сплошные, сквозные (ветви, соединенные раскосами или планками)

смешанный (надкрановая часть сплошная, подкрановая сквозная).

Типы колонн

1. Постоянного сечения

А) двутавры с консолями для подкрановых балок.

Б) применяют в бескрановых или крановых зданиях высотой 4-9,6 м (для кранов до 20 т).

2. Ступенчатые (двухветвевые) колонны

А) для зданий высотой этажа 9,6-18 м с кранами до 125 т.

Б) надкрановая часть (шейка) - сварной двутавр

В) подкрановая - две ветви, соединенные решеткой

2. Башмаки стальных колонн крепят к анкерным болтам в ЖБ фундаменте.

А) опирание на фундамент - через раствор или бетон.

Б) башмаки колонн сплошных и решетчатых могут иметь общую базу.

В) заглубленную часть колонны от коррозии бетонируют.

Балки

1. Подкрановые балкипрокатные и сварные (рис. 6.23).

А). двутавр 6 и 12 м –для зданий с мостовыми кранами до 200 т.

Б). высота 600-2050 мм,

А) разрезные - с постоянным сечением и стыкуемые на опорах

Б) неразрезные - различных сечений, со стыками в четвертях пролета.

3. Тормозные балки и фермы - (6.24, 6.23, поз.1 - б)

А). Для устойчивости подкрановых балок,восприятия тормозных усилий мостовых кранов

Б). При шаге колонн 12 м при кранах более 75 т по длине подкрановых балок устраивают тормозные фермы.

Читайте также: