Фундамент для каркасного здания с колоннами

Фундаменты под колонны

В современном строительстве жилых и коммерческих зданий, мостов и иных сооружений часто в качестве основных несущих основную нагрузку элементов выступают колонны. Различные по способу производства и своим характеристикам, эти элементы зданий служат основой каркаса, на который устанавливаются все остальные конструкции здания. Вместе с тем для надежной, прочной, но главное правильной конструкции всего сооружения, колонны должны быть установлены с минимальными отклонениями от расчетных величин проекта. Именно поэтому в процессе расчета проекта и практической его реализации много внимания уделяется устройству фундаментов.

Фундаменты под колонны: виды оснований для железобетонных и металлических конструкций

Основой строительства любой капитальной постройки сегодня, независимо от того какое планируется его дальнейшее применение, является фундамент, тип и особенности которого зависят в первую очередь от типа грунтов на участке и той нагрузки, которая будет передаваться на него от остальных элементов здания.

Для устройства основания под такие специфические строительные элементы, как колонны в отличие от остальных видов конструкций применяются фундаменты, способные не только выдержать вес колон и остальных частей здания, но и обеспечить необходимую проектом заданную вертикаль.

Для выполнения этих задач в современных технологиях применяются два основных варианта устройства фундамента под колонные конструкции:

• монолитные основания;
• сборные фундаменты.

Виды фундаментов под колонны: слева — монолитный, справа — сборный

Оба варианта в основе своей имеют схожую конструкцию, выполненную из армированного железобетона. Такое исполнение позволяет надежно зафиксировать нижние точки опор в соответствующем положении. Отличие заключается в том, что каждый вид имеет свое направление применения:

• монолитные фундаменты более универсальны и могут использоваться как под железобетонные колонны, независимо от формы, так и под стальные или металлические;
• составные или сборные основания используются в основном под бетонные колонны.

Для обеспечения соединения колонн и фундаментов в одно целое, применяются два основных вида соединения:

• для железобетонных конструкций применяются метод вставки основания колонны в специально созданное углубление с последующей его фиксацией заливкой бетоном;
• для стальных элементов предусматривается соединения с помощью болтов. Такая конструкция, когда в фундаментном блоке заранее установлены болты под отверстия в основании колонны обеспечивает наиболее удобное соединение.

к оглавлению ↑

Расчет фундаментов под колонны

Отправными данными для расчета фундамента под одну колонну здания являются:

• масса непосредственно самой колонны;
• масса перекрытия;
• масса стеновых материалов;
• масса конструкций здания, опирающихся на колонны.

Вычисление давления, которое воздействует на одну опору, проводится с использованием расчета площади опоры непосредственно самой колонны. Так, при размерах опоры 50*50 см. искомая площадь будет составлять 2500 кв. см. Далее проводится суммирование всех масс здания и деления полученного результата на площадь одной опоры.

Для расчета количества самих колон, требуются данные о свойствах грунта, глубине грунтовых вод, их насыщенности, при этом как показывает практика, количество опор рассчитывается с запасом не менее 50% запаса по прочности на каждую из колонн. При получении меньшего результата, как правило, увеличивают количество точек опор.

Устройства фундамента под железобетонные колонны

Монолитные и сборные основания под колонны предусматривают в своей конструкции специальную форму, в которую устанавливается железобетонная колонна. По сути это железобетонная форма, получившая в строительстве название «стакан».

Фундамент стаканного типа

Непосредственно сами фундаменты под железобетонные колонны могут быть представлены в двух основных вариантах конструкции:

• в монолитном исполнении;
• сборные конструкции.

Основой такой конструкции является прямоугольная плита, на которой располагаются другие меньшие плиты, образуя, таким образом, пирамиду в виде ступеней с венчающем ее вверху стаканом под опору. В монолитном исполнении все основание является одним целым, а вот сборная конструкция является чем-то вроде детской пирамидки – снизу самая большая плита, а далее плиты поменьше.

Устройство фундамента под металлические колонны

В качестве фундамента под металлические колонны используются в основном монолитные железобетонные основания. Каркасом такого монолита является армированная конструкция, вверху которой в определенном порядке в соответствии с размерами подошвы стальной колонны установлены анкерные болты.

Технология изготовления такого фундамента ничем не отличается от заливки монолитного фундамента для железобетонных опор, с той поправкой, что вместо стакана устанавливаются с помощью кондуктора анкерные болты.

Еще одной особенностью таких основания является точность разметки всех линий и точек установки болтов.

Монолитный фундамент под колонны

Монолитные основания, выливаемые одним монолитным сооружением, имеют грани ступеней под углом 90 градусов. Такие фундаменты в основном оборудуются непосредственно на строительной площадке сооружения. Для заливки на дне котлована на заранее оборудованном и подготовленном месте проводится разметка осей будущих колонн. Под каждое основание сооружается опалубка либо собирается съемная конструкция опалубки, использование которой значительно упрощает работу, поскольку не требуют дополнительных затрат на проверку правильности установки.

Для опалубки, согласно, технологических карт, проводится установка положения, как по вертикали, так и по горизонтали. Последним этапом проверки перед заливкой бетоном монолитного основания является проверка на соответствие правильности размещения по монтажным осям. После установки опалубки нижних ярусов, проводится проверка и установка подколонника (стакана).

При заливке основания под сложную форму железобетонной колонны используется усиление каркаса металлической сеткой или сварным арматурным каркасом. Для установки на легких грунтах, сложных почвах, там, где требуется повышенная прочность под фундаментом возможно устройство дополнительной площадки или устройство свайного фундамента, обеспечивающего большую прочность.

Анкерные соединения для устойчивости колонны

Сборные металлические колонны соединяются с фундаментным основанием при помощи анкерных болтов. Сами болты для крепления колонн устанавливаются в тело фундамента в процессе его заливки. Для закладки анкеров используются стандартные кондуктора, позволяющие установить болты с максимальной точностью. Согласно нормам и правилам погрешностью в установке анкерных болтов в основание является отклонение от заданного положения не более чем 2 мм в ту или иную сторону.

Сборные металлические колонны

При промышленном изготовлении основания допускается отклонение одного из креплений, но не более чем на 5 мм. При этом все остальные анкера должны на 100% соответствовать стандарту.

В любом случае разметка и установка фундаментных блоков под стальные колонны проводится с помощью теодолита, по оси установки анкерных болтов.

Кондуктор-шаблон для анкерных соединений

При заливке бетонного основания под металлические колонны используют специальный кондуктор, с помощью которого контролируется глубина и высота установки анкерных болтов. По сути, это своего рода шаблон для установки анкеров. Чаще всего изготовление кондуктора проводится из металла, на верхней поверхности которого нанесены риски для совмещения с осями и последующей проверке правильности установки с помощью теодолита. Отверстия для крепления болтов делаются в соответствии с диаметром анкеров.

Перед заливкой бетоном болты привариваются к арматурному каркасу основания, а после заливки бетоном, до того момента как он наберет свою техническую твердость проводится проверка правильности расположения болтов. Следующим этапом проводится контроль жесткости опалубки и анкеров. В завершении данной контрольной операции проверяется высотно-плановый показатель расположения.

Кондуктор-шаблон для анкерных соединений

Под тяжелые стальные конструкции используются тяжелые или усиленные варианты анкерных болтов. Размеры как диаметра болта, так его длины и шага резьбы существенно отличаются от легких анкерных соединений. Установка усиленных тяжелых болтов проводится с помощью шаблонов, в нужном положении до заливки основания бетоном. Для большей фиксации таких шаблонов используют дополнительную фиксацию каркасными стойками, придающих конструкции более жесткий вид.

После заливки бетоном, шаблоны анкерных болтов убираются, при этом, как правило, каркас остается на месте установки. При проведении этого этапа работ особое внимание уделяется правильному расположению болтов, обязательно контролируются буквально все параметры – высота, глубина вертикальность установки. Это один из самых трудоемких процессов, но от него зависит насколько верно проведено установка фундамента. Для облегчения работ на этом этапе используется несколько эталонных шаблонов-кондукторов. Сваренный из металлического швеллера или иного металлического профиля большой толщины с нанесенными координатами осей он должен обладать большой массой и жесткостью. В намеченных местах просверливаются отверстия под диаметр анкерных болтов. Для легких болтов, как правило, используется обычный деревянный брус.

Перед установкой болтов проверяется правильность установки кондуктора. Он совмещается по осям координат, а по высоте устанавливается согласно меток, на стойках каркаса.

Отдельные фундаменты под колонны

Для проектирования и строительства отдельных фундаментов чаще всего независимо от типа почвы, на которой они планируются располагаться, выбираются сборные или монолитные фундаменты. Основанием является плита или несколько плит с дальнейшим расположением на ней ступенчатой конструкции. На особо ответственных участках площадь основания увеличивают, и дополнительно усиливают сварной решеткой из арматуры. В зданиях, где отдельные фундаменты под колонны планируется размещать в центре постройки для обеспечения больших нагрузок, площадь подошвы делают увеличенной, на дополнительно залитой монолитной площадке.

Заключение

В любом случае колонна должна иметь жесткое, твердое и правильно установленное основание. И хотя в большинстве случаев закладка фундамента проводится индивидуально для каждого сооружения, и в этом деле как кажется на первый взгляд, нет ничего особенного, однако привлечение специалиста, также, как и использование проектной документации, позволит существенно сократить объемы работ и избежать при этом серьезных ошибок.

Источник

Фундамент под металлическую колонну

Равномерное распределение нагрузок в каркасных конструкциях зданий и сооружений на подстилающие грунты необходимо для устойчивости всей постройки, поэтому важно правильно рассчитать и смонтировать фундамент под колонны, обеспечивающий долговременную эксплуатацию стен и перекрытий. Колонны часто применяются в качестве нагруженных элементов при строительстве не только промышленных, но и жилых зданий и устанавливаются с такими же жесткими требованиями по надежности и допустимым отклонениям от проектного расчета, независимо от способа их производства и монтажа.

Значимые требования к фундаменту

В типовом строительстве каркасные здания возводятся только промышленного назначения. С развитием сегмента индивидуальных построек из нескольких этажей большой площади стали востребованы несущие опоры в виде колонн как в самих домах, так и в придомовых сооружениях (балконы, ограждения, навесы, гараж на несколько автомобилей).

Часто каркасная конструкция наружных стен, поддержки перекрытий выполняется в виде столбов из армированного монолита с заполнением промежутка между ними легкими газобетонными блоками. Неравномерная просадка бетонных стоек приведет к растрескиванию материала стен. Поэтому нужно ответственно подойти к правильному устройству фундамента под несущими элементами, которые изготавливаются в виде столбов.

Основным документом для такого строительства будет «Руководство по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений промышленных предприятий».

Готовые железобетонные изделия

При проектировании опорной части строения в расчет можно закладывать стандартные элементы заводского производства с уже известными характеристиками и монтажными петлями для быстрой установки.

Основание под колонну выбирается по результатам исследований механико-динамических характеристик залегающих грунтов. Разнообразие вариантов общей конструкции фундаментов для колонн определяется проектными особенностями, площадью и формой будущего строения.

Исходные условия

Размеры подошвы под стоящую опору выбирают, чтобы нагрузка на плоскость контакта с грунтом не оказалась выше его несущей способности. Типовые показатели для усадки каждого отдельного нагруженного элемента в фундаменте не превышали допустимых значений, указанных в нормативах.

Колонна может стоять на отдельном фундаменте или располагаться в группе, для которой имеется единое основание (ленточного или плитного типа).

Группа колонн на едином основании

Выпуски арматуры под будущие колонны в монолитной бетонной плите.

При расчете столбчатого фундамента под колонну в качестве отправного значения берется площадь подошвы 1 столба. Необходимое количество таких опор нужно принимать с запасом не меньше 50% по прочности на каждый устанавливаемый элемент.

Материалами для изготовления одиночных фундаментов служат:

• изделия из железобетона;
• бутовый камень;
• кирпич;
• наливной бетон.

К жестким видам оснований относят конструкции из монолитного марочного бетона и выполненные кладкой из кирпича.

Колонны, устанавливаемые на подготовленный фундамент, различаются по виду материала изготовления: металлические, железобетонные изделия. Каждая разновидность имеет свой способ крепления в нижней точке. Подколонники под них изготавливаются в заводских условиях (стандартного типа) или прямо на строительной площадке по месту установки (проектный расчет).

Монолитный метод самостоятельного изготовления имеет преимущество в том, что является универсальным, независимо от того, стальное или железобетонное изделие будет монтироваться сверху на основание.

Подошвы для железобетона

Несущие конструкции из колонн устанавливают на отдельно стоящие фундаменты стаканного типа, чтобы не заливать большой объем бетона в ленты или плиты. Они примут и распределят нагрузку от сооружения в самых ответственных точках. Стандартные изделия для типового строительства промышленных объектов делают на заводах в готовом для сборки виде. Они состоят из расширяющейся к низу подошвы под колонну и вставляемого в стакан столба.

Такие сборные элементы должны соответствовать ГОСТ 24476-80.

Пример готового фундамента (с различными вариантами габаритов) для колонны показан на чертеже:

Увеличение площади контакта с грунтом за счет расширяющейся опорной пятки приводит к следующим результатам:

• повышается несущая способность колонны;
• уменьшается нагрузка на грунт от общего веса фундаментной конструкции за счет разницы в сечении подошвы и вертикальных столбов – их Ø считается по способности выдержать здание, но не зависит от площади опоры.

Стаканы с балками

В многоэтажном строительстве допустимо выбирать такой тип опоры, если залегающие под зданием грунты непучинистые, спокойные и не склонны к просадке. Стаканы могут стоять на прочных неподвижных породах с глубоким уровнем залегания грунтовых вод.

Соединение отдельных колонн и их фундаментов в единую жесткую конструкцию ленточного типа выполняют 2 основными видами соединений:

1. Железобетонные изделия связывают вставками балок в основания колонны с последующей заливкой цементным раствором.
2. Стальные элементы скрепляют анкерными болтами, которые залиты в фундаментном блоке под отверстия в пятке колонны и обеспечивают прочную неподвижную фиксацию.

Если стандартные заводские изделия не удовлетворяют техническим характеристикам, заложенным в проекте сооружения, то, после проведения инженерно-геологических изысканий, допускается изготавливать стаканный фундамент под несущие колонны по месту на основе расчета по конкретным условиям строительной площадки.

Заливка фундамента по месту

Для заливки фундамента по месту установки колонны выполняют индивидуальный расчет с определением площади подошвы, веса и высоты стакана.

Нужно правильно изготовить арматурный каркас по усиленной схеме, чтобы создаваемая конструкция имела высокую степень прочности. Закладка анкерных болтов производится согласно ГОСТу 24379.1-80, отклонения допускаются в пределах ±0,02 см от проекта.

Как должно выполняться армирование подколонника под отдельно стоящую металлическую опору оценивается на этом видео:

Изготавливать фундамент под металлическую колонну необходимо по следующим требованиям стандартов:

• использовать марочный бетон не ниже М 200;
• предельная водонепроницаемость не выше 5% (соответствовать В2);
• защитный слой бетона на арматурных прутках не меньше 3 см (наличие видимых участков стального каркаса запрещено);
• трещины в застывшем монолите не могут превышать 0,1 мм.

Геометрия должна выдерживаться

Под устраиваемый фундамент устанавливают надежную опалубку, которая выдержит нагрузки при заливке жидкой массы и сохранит заданную геометрию изделия, выход стальных стержней жестко фиксируется.

Фундаменту под колонну, заливаемому по месту, проводят детальный расчет всех параметров в специализированной проектной организации или при помощи компьютерной программы, которая определяет нужные геометрические размеры каждой части и требуемое армирование подошвы и столба.

В процессе бетонирования необходимо сделать закладку специальных геодезических уровней (реперов) и высотных отметок. Они потребуются и для контроля монтажа остальных конструкций здания, и для геодезических исследований в процессе эксплуатации по выявлению осадки основания.

Установка колонны

Железобетонные столбы квадратного или круглого сечения ставятся на фрезерованные башмаки, которые выставляются по требуемой отметке геодезистами на бетонный раствор.

С такой же тщательностью выставляется заложение анкерных болтов под металлические колонны. Выступающая над бетоном часть стержня размечается заранее и фиксируется в специальном кондукторе, чтобы выдержать горизонтальный и вертикальный размер.

В некоторых разновидностях заводских столбов анкера не закладывают, а оставляют в верхней части колодец для самостоятельной установки по месту.

В каждом случае любая колонна должна ставиться на геометрически выверенное, жесткое основание согласно разработанной проектной документации. В каждом индивидуальном случае для нового сооружения необходимо привлекать специалиста, чтобы оптимизировать объем работ, финансовые затраты и избежать непоправимых ошибок.

Источник