Опорные плиты под колонны металлические

Обновлено: 16.05.2024

Конструкция базы должна отвечать принятому в расчётной схеме способу её сопряжения с основанием. Наиболее простой считается конструкция базы с фрезерованным торцом колонны (рис. 14). В этом случае плита базы должна иметь достаточную толщину для того, чтобы равномерно передать нагрузку на фундамент.

Рис. 14. Схема базы колонны

8.6.1 Исходные данные:

Фундамент выполнен из бетона класса В20. Расчётная прочность бетона на местное сжатие R_b_,_loc= φR_b= 1,0x11,5 МПа = 117 кг/см 2 .

Расчётная нагрузка от колонны составляет N = 58000 кг (см. п. 8.4.1).

Опорная плита из стали С255, расчётное сопротивление R_y= 2395 кг/см 2 .

Расчёт.

При фрезерованном торце колонны плиту обычно принимают квадратной со стороной

То есть минимальная площадь опорной плиты из условия прочности бетона основания А_b_,_loc= 22,26х22,26 = 495,7 ≈ 500 см 2 .

Из условия расположения сварных швов и фундаментных болтов принимаем размер фундаментной плиты по конструктивным соображениям 40х35 см, площадь плиты А_пл = 40х35 = 1400см 2 .

В нашем случае плита работает как пластина на упругом основании, воспринимающая давление, сконцентрированное на участке, ограниченном контуром стержня (рис. 15).

Рис. 15. К расчёту базы колонны

В запас прочности, изгибающий момент в плите по кромке колонны определяется как для консоли по формуле

где σ_ф – напряжение в фундаменте под плитой базы,

А – площадь трапеции (заштрихованная на рис.15);

с =6,7 см – расстояние от центра тяжести трапеции до кромки колонны.

Определяем напряжение в фундаменте:

Определяем площадь трапеции:

Изгибающий момент в плите по кромке колонны

Минимально требуемая толщина опорной плиты

где b– основание трапеции, примыкающее к колонне (высота сечения колонны).

Принимаем опорную плиту толщиной 3,0 см.

Расчет экономических показателей.

На основании выполненных расчетов для фрагмента здания по схеме на рис. 1 выполним расчет технико-экономических показателей по расходу стали. Поскольку расчет балок покрытия не производился, в целях данной работыпринимаем: главные балки покрытия приняты из двутавра45Б2, прогоны покрытия – из 35Б2.

Наименование	Сечение по СТО АСЧМ	Длина, м	Колич., шт.	Вес кг/ пог. м	Вес всего, кг	В % от общей массы
Главная балка покрытия	45Б2	5,7	76,0	5198,4	20,0
Прогон покрытия	35Б2	6,0	49,6	7440,0	28,5
Главная балка перекрытия	40Б1	5,7	56,6	3871,5	14,8
Прогон перекрытия	30Б2	6,0	36,7	5505,0	21,1
Колонна	20Ш1	7,4	30,6	4076,0	15,6
ВСЕГО:	26090,9	100,0

Для последующих сравнений определяем удельные показатели:

1. Расход стали на 1 кв.м общей площади:

общая площадь (упрощенно) равна 12х30х2 = 720 м 2 ;

удельный расход на 1 кв. м 26090,9/720,0 = 36,24 кг/м 2 .

2. Расход стали на 1 куб м здания:

объем здания 720,0х6,05 = 4356,0 м 3 ;

удельный расход на 1 куб. м 26090,9/4356,0 = 6,0 кг/м 3 .

Для оценки экономической эффективности проектов гаражей стоянок применяется также, показатель расхода стали на 1 машино/место. Для целей нашей работы примем, что на одном уровне располагается 12 машино/мест, всего на фрагменте – 24 машино/места.Расход стали на 1 машино/место:

26090,9/24 = 1087,1 кг на 1 машино/место.

Заключение.

В методических указаниях даны основные теоретические и практические материалы для выполнения расчетно-графической работы по дисциплине "Основы металлических конструкций". Даны примеры расчетов наиболее часто встречающихся отдельных элементов конструкций – балок и колонн.В приложениях к методическим указаниям даны необходимые справочные материалы и пример оформления графической части работы.

В графической части работы следует выполнять узлы конструкций в соответствии с заданием и подобранными в расчетах сечениями балок.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Инженерные конструкции. Учебник под редакцией В.В. Ермолова. – М.:"Архитектура-С",2007.

2 Металлические конструкции. Учебник под редакцией Е.И. Беленя,6-е издание.- М.: "Стройиздат", 1986.

3 Металлические конструкции. Учебник под редакцией Ю.И. Кудишина, 11-е издание.- М.: Издательский центр "Академия", 2008.

4 Металлические конструкции. Файбишенко В.К. Учебное пособие для ВУЗов. - М.: "Стройиздат", 1984.

5 СП 16.13330.2011 Актуализированная редакция "СНиП II-23-81* "Стальные конструкции".

6 СП 53-102-2004 "Общие правила проектирования стальных конструкций".

7 СП 20.13330.2011 Актуализированная редакция "СНиП 2.01.07-85* "Нагрузки и воздействия"

8 Справочник проектировщика промышленных и общественных зданий и сооружений. Расчетно-теоретический. В 2-х кн. Кн. 1. Под ред. А.А. Уманского. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат, 1972,

ПРИЛОЖЕНИЯ

к методическим указаниям для выполнения расчётно-графической работы по дисциплине "Основы металлических конструкций"

Приложение 1.

Схемы состава перекрытий

Приложение 2.

Сортамент СТО АСЧМ 20-93.

Двутаврыгорячекатаные с параллельными гранями полок

Про-филь	Размеры профиля, мм	Площадь сечения, см 2	Масса 1 м длины, кг	Справочные величины для осей
h	b	S	t	R	Ix, см 4	Wx, см 3	Sx, см 3	ix, см	Iy, см 4	Wy, см 3	iy, см
10 Б1	4,1	5,7	10,32	8,1	34,2	19,7	4,07	15,9	5,8	1,24
12 Б1	117,6	3,8	5,1	11,03	8,7	43,8	24,9	4,83	22,4	1,43
12 Б2	4,4	6,3	13,21	10,4	30,4	4,9	27,7	8,7	1,45
14 Б1	137,4	3,8	5,6	13,39	10,5	63,3	35,8	5,7	36,4	1,65
14 Б2	4,7	6,9	16,43	12,9	77,3	44,2	5,74	44,9	12,3	1,65
16 Б1	5,9	16,18	12,7	87,8	49,6	6,53	54,4	13,3	1,83
16 Б2	7,4	20,09	15,8	108,7	61,9	6,58	68,3	16,7	1,84
18 Б1	4,3	6,5	19,58	15,4	120,1	67,7	7,37	81,9	2,05
18 Б2	5,3	223,95	18,8	146,3	83,2	7,42	100,8	22,2	2,05
20 Б1	5,5	27,16	21,3	184,4	104,7	8,24	133,9	26,8	2,22
25 Б1	32,68	25,7	285,3	159,7	10,4	254,8	41,1	2,79
25 Б2	37,66	29,6	324,2	182,9	10,37	293,8	2,79
30 Б1	5,5	40,80	424,1	237,5	12,44	441,9	59,3	3,29
30 Б2	6,5	46,78	36,7	480,6	271,1	12,41	507,4	67,7	3,29
35 Б1	52,68	41,4	641,3	358,1	14,51	791,4	3,88
35 Б2	63,14	49,6	774,8	14,65	984,2	112,5	3,95
40 Б1	72,16	56,6	1011,1	16,66	1446,9	145,4	4,48
40 Б2	84,12	1185,3	663,2	16,79	1736,2	173,6	4,54
45 Б1	84,30	66,2	725,1	18,45	1579,7	158,8	4,33
45 Б2	96,76	1486,8	839,6	1871,3	187,1	4,4
50 Б1	8,8	92,38	72,5	1497,8	853,5	19,97	1581,5	158,9	4,14
50 Б2	1011,27	79,5	1688,4	957,3	20,33	1844,4	185,4	4,27
50 Б3	114,23	89,7	1087,7	20,47	2140,3	4,33
55 Б1	9,5	13,5	113,36	2050,9	1165,1	22,16	2404,5	218,6	4,61
55 Б2	15,5	124,75	97,9	2295,8	1301,6	22,44	2760,3	250,9	4,7
60 Б1	120,45	94,6	2306,1	1325,5	23,89	198,9	4,05
60 Б2	134,41	105,5	2587,9	1489,5	24,03	2277,5	227,8	4,12
70 Б0	11,8	15,2	153,05	120,1	3295,5	1913,1	27,31	3097,7	269,4	4,5
70 Б1	15,5	164,74	129,3	3644,9	2094,9	27,65	4556,4	350,5	5,26
70 Б2	12,5	18,5	183,64	144,2	4186,9	2392,8	28,19	5436,7	418,2	5,44

Профиль	Размеры профиля, мм	Площадь сечения, см 2	Масса 1 м длины, кг	Справочные величины для осей
h	b	S	t	R	Ix, см 4	Wx, см 3	Sx, см 3	ix, см	Iy, см 4	Wy, см 3	iy, см
20Ш1	39,01	30,6	277,3	154,3	8,3	507,1	67,6	3,61
25Ш1	56,24	44,1	501,8	279,2	10,43	984,3	112,5	4,18
30 Ш1	72,38	56,8	771,4	429,5	12,52	1602,9	160,3	4,71
30 Ш2	87,38	68,6	947,4	529,9	12,75	2033,8	202,4	4,82
35 Ш1	83,17	65,3	1024,4	563,8	14,34	2834,1	227,6	5,84
35 Ш2	101,51	79,7	1275,2	706,1	14,61	3650,5
40 Ш1	9,5	12,5	112,91	88,6	1595,6	880,8	16,45	5575,4	372,9	7,03
40 Ш2	135,95	106,7	1983,4	16,87	7207,1	480,5	7,28
45 Ш1	157,38	123,5	2548,7	1412,5	18,88	8110,3	540,7	7,18
50 Ш1	145,52	114,2	1395,7	20,37	6762,4	450,8	6,82
50 Ш2	14,5	17,5	176,34	138,4	2951,4	1666,7	20,19	7896,4	526,4	6,69
50 Ш3	15,5	20,5	198,86	156,1	1912,8	20,48	9249,7	616,6	6,82
50 Ш4	16,5	23,5	221,38	173,8	3818,9	2161,5	20,75	10603,4	706,9	6,92
60 Ш1	174,49	3529,8	1981,5	24,26	511,2	6,63
60 Ш2	20,5	217,41	170,7	4285,3	24,09	9257,4	617,2	6,53
60 Ш3	24,5	252,37	198,1	5026,6	2869,9	24,38	11067,3	737,8	6,62
60 Ш4	28,5	287,33	225,6	5767,2	3305,6	24,64	12879,3	858,6	6,7
70 Ш1	211,49	4983,7	2814,6	28,55	9022,9	601,5	6,53
70 Ш2	242,53	190,4	3233,6	28,63	10381,1	692,1	6,54
70 Ш3	27,5	289,09	226,9	6761,9	3867,2	28,76	12422,4	828,2	6,56
70 Ш4	20,5	31,5	329,39	258,6	7696,2	4426,7	28,9	14240,2	949,3	6,58
70 Ш5	36,5	375,69	294,9	8821,9	5099,5	29,18	16512,3	1100,8	6,63
80 Ш1	13,5	209,71	164,6	5254,7	3018,9	31,3	7676,7	511,8	6,05
80 Ш2	243,45	191,1	6405,4	3644,1	32,28	9928,9	661,9	6,39
90 Ш1	18,5	243,96	191,5	6642,1	3861,2	34,63	8278,5	553,7	5,83
90 Ш2	270,87	212,6	7760,3	35,71	10283,3	687,8	6,16
100Ш1	293,8	230,6	9010,9	5234,1	38,96	11517,9	719,9	6,26
100Ш2	328,88	258,2	10348,2	5982,6	39,62	856,9	6,46
100Ш3	363,96	285,7	11684,5	6736,2	40,18	993,9	6,61
100Ш4	19,5	32,5	400,58	314,5	12940,7	40,45	17828,8	1114,3	6,67

Профиль	Размеры профиля, мм	Площадь сечения, см 2	Масса 1 м длины, кг	Справочные величины для осей
h	b	S	t	R	Ix, см 4	Wx, см 3	Sx, см 3	ix, см	Iy, см 4	Wy, см 3	iy, см
20 К1	6,5	52,69	41,4	392,5	216,4	8,54	1314,4	132,1	4,99
20 К2	63,53	49,9	471,6	262,8	8,62	1601,4	160,1	5,02
25 К1	79,72	62,6	745,6	410,7	10,73	3089,9	248,2	6,23
25 К2	92,18	72,4	866,6	480,3	10,84	3648,6	291,9	6,29
25 К3	15,5	102,21	80,2	960,8	535,4	10,9	4088,6	325,8	6,32
30 К1	110,80	1265,1	694,7	13,04	6240,9	417,5	7,51
30 К2	119,78	1360,7	750,6	13,05	6754,5	450,3	7,51
30 К3	134,78	105,8	1433,7	806,9	12,64	7104,4	465,9	7,26
30 К4	134,82	105,8	1538,2	852,8	13,17	7732,3	513,8	7,57
35 К1	139,03	109,1	1827,4	1001,2	14,99	10541,7	605,8	8,71
35 К2	173,87	136,5	2302,6	1272,7	15,22	13585,3	776,3	8,84
40 К1	186,81	146,6	2850,1	1559,3	17,34	18921,9	950,8	10,06
40 К2	218,69	171,7	3331,2	1936,3	17,45	1120,6	10,12
40 К3	254,87	200,1	3844,4	2139,9	17,5	26199,5	1300,2	10,14
40 К4	295,39	231,9	4481,8	2513,2	17,72	31026,2	1532,2	10,25
40 К5	35,5	370,49	290,8	3198,6	18,02	37914,2	1895,7	10,12

Приложение 3.

Справочник проектировщика промышленных и общественных зданий и сооружений. Расчетно-теоретический. В 2-х кн. Кн. 1. Под ред. А.А. Уманского. Изд. 2-е, перераб. и доп.

Подбор толщины опорной плиты баз колонн

Добрый день! Тема заезженная, но все же требует обсуждения. Подбор толщины опорной плиты осуществляется расчетом на изгиб на нагрузку отпора фундамента равномерно распределенной по все площади расчетного участка. Но классическая методика дает завышенные результаты. При расчете численными методами в программных комплексах получаются совершенно другие результаты.
Например в IDEA StatiCa отпор учитывается как реакция упругого основания опорной пластины. Согласно МКЭ расчёту, распределение напряжений существенно отличается от теоретического, используемого в ручном расчёте (равномерного по всей площади опорной плиты – по прямоугольнику), что более соответствует реальной картине.
Все это на простых примерах приводит к другим выводам.

Пример 1. (см. вложение 1)

Шарнирная база. Осевая нагрузка 60 т. Толщина опорной плиты 12 мм. Сталь С345.

При расчете в Комете-2 или при ручном расчете получается, что плита не проходит по прочности опорной плиты по нормальным напряжениям на участке опертом на три канта, причем со значительным перегрузом.
При численном моделировании в IDEA StatiCa в этой зоне напряжения в бетоне минимальны и распределены далеко не равномерно, и при анализе напряжений не возникает вопросов к ее прочности, коэффициент использования по прочности всего около 50%.
Получается такая картина. Что при более толстой плите напряжения в бетоне более равномерно распределены по ее площади и имеют меньшее значение. При более тонкой плите напряжения концентрируются под гранями колонны и повторяют ее контур, но прочность плиты при этом не исчерпывается (даже при опорной плите 3 мм).
И в итоге для шарнирной базы решающим фактором является прочность бетона под опорной плитой. И при более прочном бетоне, мы можем использовать тонкие опорные пластины (назначать чисто конструктивно) и это приведёт к существенной экономии во многих случаях.
Где я не прав?

Пример 2. (см. вложение 2)

Жесткая база. Осевая нагрузка 80т. Момент 9т. Толщина опорной плиты 24 мм. Анкера М30. Сталь С345.

Что нам необходимо для обеспечения требуемой жесткости узла? Чтобы анкера держали момент. И подобрать опорную плиту по прочности.
Такая же ситуация. Определяющим толщину плиты при ручном расчете является участок опертый на три канта (между полок колонны), но распределение напряжений под плитой концентрируется в сжатой зоне под одной из полок колонны. Опять же по прочности при численном моделировании проходит и конструктивно принятая плита t10, и ее толщина влияет только на величину напряжений в бетоне и их распределение.
И в итоге получается, что приняв более прочный бетон, мы можем уменьшить толщину плиты. Анкера держат, плита не ломается. Что еще нужно? Ограничить деформации плиты? Но нет нигде таких требований. Угол поворота сечения? Тоже чем ограничивать.
Где я не прав и какие у вас мысли по этому поводу?
Исходя из чего назначать толщину опорной плиты при шарнирной (пример 1) и жесткой базе (пример 2) при такой картине?

Технология крепления колонны к фундаменту

При строительстве зданий и сооружений, в качестве несущих элементов используют железобетонные или металлические колонны.

Они представляют собой своеобразный каркас, на который опираются фермы свода, перекрытия, продольные и поперечные балки.

От правильности возведения каркасной основы зависит прочностные характеристики всего здания.

Даже минимальные отклонения от проектных расчетов не допустимы. Избежать их помогает фундаментная основа под колонну, обеспечивающая строго вертикальное расположение и удержание веса всей конструкции. Виды крепления могут различаться в зависимости от материала колонны, ее размера, а также способа восприятия нагрузки.

Технология монтажа основания

Перед началом монтажных работ, еще на этапе проектирования, решают вопрос о выборе основания под колонны. Правильно подобранные фундаментные блоки обеспечивают надежность конструкции и равномерное распределение нагрузки по поверхности грунта.

В зависимости от типа несущих колонн применяют монолитные или сборные фундаментные блоки. Несмотря на различие в технологии монтажа, они позволяют надежно зафиксировать нижние концы несущих колонн в нужном положении:

Монолитные блоки представляют собой цельную конструкцию с углублением в центре под колонну.
Сборный вариант блоков состоит из опорной плиты и подколонника.

Работы по установке фундаментных блоков проходят в несколько этапов:

Подготовка участка. После расчистки территории от мусора роют котлован (отдельно для каждого блока или общий, ограниченный границей будущего здания).
Создание уплотняющей песчано-гравийной подушки. Необходимость в ней существует только в случае, если грунт имеет низкую плотность, и возможна его усадка.

Начиная монтировать колонны, фиксируют геодезическую разметку, после чего выносят оси здания на верхние грани фундамента и колонн. Технология крепления железобетонных и металлических колонн к фундаменту несколько различается.

Как крепить железобетонные опоры?

Железобетонные колонны устанавливают в специальные углубления в фундаментных блоках, после чего производится заливка образовавшихся зазоров бетоном или подливочной строительной смесью.

Этапы работ таковы:

Железобетонную конструкцию крепят к крюку монтажного крана таким образом, чтобы при подъеме стрелы она встала вертикально. Используют специальные штыревые или фрикционные захваты.
После того как колонна доставлена к месту установки и опущена в стакан фундамента, риски на колонне и фундаменте сопоставляются. При помощи нивелира выверяют правильное положение конструкции, затем производят временное закрепление.
Таким же образом устанавливают остальные колонны.
Еще раз производят тщательную выверку положения колонн. Корректировку вертикали производят с использованием специальных клиновых вкладышей.
Замоноличивают конструкцию, следя, чтобы бетон заполнил все пространство между стаканом фундамента и колонной. Для этого при помощи глубинного вибратора производят проталкивание бетона с каждой стороны.
Ожидают застывания бетона на 70%, после чего производят срезание клиньев.

После полного затвердевания цементной смеси подают нагрузку на конструкцию. Важно тщательно соблюдать технологию монтажа. Малейшие ошибки недопустимы. Они могут обернуться тяжелыми последствиями, вплоть до снижения прочностных характеристик сооружения и сокращения его срока службы.

Как крепить металлические опоры?

Установку металлических колонн производят на монолитные или сборные фундаменты на поверхности которых нанесены метки осей колонн. На фундаменты заранее устанавливают анкерные болты так, чтобы место их расположение совпало с отверстиями в основаниях металлических колонн для последующего их крепления.

Резьбу болтов смазывают и проверяют путем навертывания гаек. После окончания монтажа конструкцию заливают бетонным раствором, придавая ей дополнительную прочность. Возможен и другой способ соединения: при помощи сварки арматуры подколонника.

Вертикальное положение осей колонн гарантирует надежность соединения. Крепление металлических колонн к фундаменту может осуществляться тремя способами:

на стальные подкладки;
на поверхность фундамент;
на опорные плиты.

На стальные подкладки

Колонны крепят на стальные подкладки толщиной от 4 до 5 см, размещаемые между колонной и фундаментом. При этом фундамент не доводится до отметки указанной в проекте. Метод имеет недостатки: он недостаточно точен, а в процессе подгона может наблюдаться перерасход материала (на дополнительные подкладки).

Стальные подкладки с высокой точностью устанавливают заранее, еще до бетонирования фундамента (допустимая погрешность ±5 мм). После того, как колонна выверена и установлена, ее закрепляют при помощи болтов, а зазор заполняют бетоном.

На поверхность основания

При этом методе фундамент должен доводиться до проектных отметок. Крепление происходит при помощи анкерных болтов, но цементная смесь не применяется. Важно соблюдать точность размеров фундамента (отклонение поверхности, на которую устанавливается колонна не должно превышать полсантиметра).

Поверхность фундамента доводят до проектного значения с допустимым отклонением ±5 мм. Колонны должны иметь фрезерованные подошвы.

На опорные плиты

Данный метод считается преимущественным и может использоваться при установке тяжелых колонн. Жесткое крепление колонн к фундаменту происходит с большим процентом точности. После установки колонн делают подливку бетоном.

При этом методе длина резьбы анкерных болтов должна обеспечивать возможность нахождения верхней поверхности гайки на одном уровне с низом опорной плиты.

Точностью расположения гаек обеспечивается вертикальное положение столба. В случае необходимости производится корректировка подкручиванием. После того, как колонны установлены, их положение фиксируется установкой шайб и цементным раствором.

Готовя колонны к монтажу, их раскладывают на деревянные настилы рядом с местом установки, параллельно или под наклоном к оси ряда. При помощи монтажного крана, конструкции переводят в вертикальное положение и перемещают к месту установки. Наведя на анкерные болты, осторожно опускают, после чего проводят выверку при помощи двух теодолитов.

Посредством стяжных приспособлений закрепляют колонны временными креплениями. После окончательной выверки опоры закрепляют при помощи болтов или сваркой.

Способы монтажа

Типы крепления колонны к фундаменту могут иметь различные конструктивные решения. В частности, в разных ситуациях, используют 2 типа соединения:

Жесткий. Обеспечивает плотную связь элемента с основой. Элемент в точке опоры не имеет возможности сдвинуться или повернуться (как, например, при заделке железобетонной колонны в глубокий стакан фундамента).
Шарнирный. При шарнирном креплении элементы обладают достаточной степенью свободы, чтобы повернуться или переместиться относительно основы под действием внешней силы (крепление на двух болтах). Рассмотрим, в каких случаях выбирают шарнирные, а в каких – жесткие соединения.

Шарнирное

Жесткое

Узел присоединения

Узел крепления колонны к фундаменту представляет собой базу колонны с опорной плитой, траверсой, анкерными болтами, центрирующим устройством.

База колонны установлена на фундамент и отцентрована. Винтовой упор размещен в отверстии центрирующей прокладки, которая нижней частью упирается на кольцевую часть винтового упора.

При опускании колонны на фундамент, ее совмещают с центрирующим устройством. Базу колонны опускают на центрирующее устройство до положения, когда верхний конец винтового упора совместится с отверстием прокладки. Закрепляют колонну в проектном положении при помощи опорной плиты и базы колонны.

Материалы для работы

Для крепления колон к фундаменту подходят бетонные растворы класса В15 (М200) или В22.5 (М300). Сегодня большой популярностью пользуются подливочные строительные и ремонтные смеси с отличными показателями текучести. Благодаря высокой прочности и адгезии, составы после затвердевания становятся единым целым с элементами конструкции и надежно закрепляют их.

Отсутствие в составе металлов и солей хлора обеспечивает химическую пассивность, что позволяет использовать их вместе с металлическими частями. Важны и такие свойства, как огнеупорность и водонепронецаемость.

Вот несколько видов подливочных смесей:

Starmex FM7 – безусадочная смесь. За короткое время застывает образуя одно целое с конструкцией, не токсична, не агрессивна, не реагирует на перепады температуры, не боится воздействия воды, масел, смазки.
Маногард Фер 133 – образует специальный защитный слой на поверхностях после нанесения. Благодаря этому может применяться для металлических колонн, защищая их от ржавчины.
РЕКС Граут М – отличается высокими показателями прочности и текучести, обладает высокой степенью щелочности, благодаря чему защищает элементы от процессов коррозии. Надежно заполняет все пустоты и фиксирует элементы конструкций, поскольку расширяется на стадии пластичного состояния.
Mapefill – обеспечивает высокоточную фиксацию колонн в фундаменте, качественно омоноличивает стыки железобетонных конструкций. Материал полностью готов к применению и представляет с собой смесь высокопрочного цемента, песка и специальных расширяющих добавок. Хорошо течет, не расслаивается, не токсичен.

Заключение

Любая неточность в расчетах, ошибки монтажа, неудачный выбор материалов могут привести к серьезным последствиям уже тогда, когда здание будет сдано в эксплуатацию. Чтобы не допустить этого, следует обращаться только к высококлассным специалистам с большим опытом строительно-монтажных работ.

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.

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: