Автор: 22 Сентябрь 2020 Стройэксперт Главная страница » Фундамент » Типы и виды
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.
Читайте также: Ремонт и укрепление фундамента кирпичного дома
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.
Этапы устройства основания
При разметке участка желательно использовать геодезическое оборудование
После того, как будут закончены работы над проектом будущего здания, следует приступать непосредственно к строительным работам. Прежде всего, производится перенесение проектных чертежей на местность.
Участок строительства разбивается с помощью осевых линий – тонкой проволоки или шпагата, натянутых на колышки.
Эти колышки устанавливаются таким образом, чтобы осевые линии, пересекаясь между собой, образовывали периметр будущего здания. Затем производятся земляные работы. Их характер и объём полностью зависят от типа запроектированного фундамента.
Для равномерного распределения веса здания на опоры, необходимо максимально точно рассчитать на местности точки заложения оснований под столбы.
Монолитный фундамент под опоры, как уже говорилось выше, может быть нескольких видов, в зависимости от применяемой технологии.
Ниже рассмотрим особенности устройства монолитных фундаментов для колонн, производимых по различным технологиям.
Столбчатое монолитное основание
Для устройства столбчатого монолитного фундамента достаточно выкопать яму нужной глубины под заливку монолитного стакана, либо для установки готового «стакана». На дне также сооружается песчано-гравийная подушка. Перед заливкой монолитного столбчатого фундамента вымеряется точка установки колонны и сооружается опалубка.
Внутрь нее помещается каркас с закладной или с выступающими вверх штырями для крепления будущей опоры. Конструктивно столбчатое основание может быть исполнено как в виде монолитной плиты, так и в виде ступенчатой пирамиды из двух-трёх уступов. В последнем случае каждая ступень заливается по отдельности, начиная с самой нижней.
Посмотрите видео, как производится установка колонны в стакан.
Ленточное монолитное основание
В этом случае выкапывается траншея по всему периметру постройки, а также там, где будут проходить внутренние несущие стены. В точках монтажа колонн делаются расширения или углубления в грунте, если проектом предусматривается установка или заливка в этих местах бетонных «стаканов».
Читайте также: Нужно ли утепление дома из монолитного опилкобетона. Опилкобетон – отзывы строителей
Конструкция ленточного основания под колонны
В случае если общая масса строящегося здания не такая уж и большая, можно обойтись без подобного усиления конструкции. Достаточно будет в точках монтажа несущих опор лишь усилить каркас с помощью более толстой арматуры, выпуска вертикальных стержней или установки металлических пластин – «закладных».
По всему периметру траншеи, на дно засыпается подушка из крупного песка, гравия или щебня, а затем укладывается объёмный каркас. Он собирается и монтируется таким образом, чтобы возвышаться над уровнем траншеи на определённую высоту (не менее 30-40 см), необходимую для защиты стен здания от потоков талой и дождевой воды. Выступающая часть каркаса забирается в опалубку.
В точках установки железобетонных колонн из каркаса выпускаются вертикальные штыри из арматуры (или анкера), скрепляемые с горизонтальными нитями фундамента посредством L-образных перемычек.
Сплошное монолитное основание
Для заливки сплошной железобетонной плиты необходимо снять верхний слой почвы на всей площади будущей постройки. Затем площадка выравнивается в горизонтальной плоскости и засыпается щебнем, песком или гравием. Поверх песчано-гравийной подушки укладывается объёмный каркас, в точках монтажа опор также делается усиление каркаса, выпускаются стержни (анкерные болты) либо монтируется металлическая закладная пластина.
Рекомендуем посмотреть видео о том, как производится монтаж колонны на готовое основание.
Свайные монолитные основания
По типу устройства такие основания могут быть нескольких типов, но к монолитным фундаментам под колонны можно отнести, пожалуй, только буронабивную технологию. В местах монтажа будущих колонн с помощью бура делается отверстие, куда устанавливается опалубка.
Чаще всего в этой роли выступает металлическая, пластиковая или асбоцементная труба, внутрь которой вставляется арматура и заливается бетон. По верхнему краю монолитных свай также устанавливается либо закладная, либо анкерные болты.
Устанавливать закладные, анкера или выпуски арматуры под будущую колонну лучше до заливки монолита. В этом случае возможно скрепить данные детали с каркасом, что делает связь колонны с основанием более прочной. Кроме того, это отнимет гораздо меньше сил и времени.
Поскольку от правильного выбора фундамента зависит надёжность здания и долговечность его эксплуатации, подходить к расчётам нужно очень ответственно. Наилучшим вариантом будет обратиться к специалистам, которые смогут составить проект с учётом всех мельчайших нюансов.
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
Читайте также: Плотность мокрого песка: свойства и температура плавления речного песка
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.
Область техники, к которой относится изобретение: строительство.
Уровень техники. Снижение веса монолитных железобетонных колонн и пилонов и увеличение их жесткости по-прежнему являются важнейшими задачами при строительстве зданий и сооружений. Для решения этих задач в настоящем изобретении предлагается способ изготовления монолитных железобетонных колонн и пилонов с цилиндрическими пустотами и дисками жесткости, с применением неизвлекаемых трубчатых картонно-полиэтиленовых пустотообразователей.
Наиболее близким аналогом данного изобретения является способ изготовления монолитных железобетонных балочных плит перекрытий с круглыми пустотами, с применением неизвлекаемых картонно-полиэтиленовых пустотообразователей [1], однако, этот способ не учитывает особенности изготовления вертикальных несущих железобетонных конструкций и в нем не предусмотрено устройство дисков жесткости. К другим аналогам можно отнести: способ изготовления в различных видах опалубки колонн, труб, опор линий электропередачи и стоек кольцевого сечения, а также изготовление таких же пустотных сборных конструкций способом центрифугирования [2, 3]. Недостатком этих решений, по сравнению с предлагаемым изобретением, являются, технологические сложности при устройстве пустот, отсутствие дисков жесткости, и изготавливаются эти конструкции в основном в заводских условиях в сборном варианте.
Раскрытие изобретения.
Сущность изобретения. Способ изготовления монолитных железобетонных колонн и пилонов с цилиндрическими пустотами и дисками жесткости, с применением неизвлекаемых трубчатых картонно-полиэтиленовых пустотообразователей состоит в том, что, применение картонно-полиэтиленовых пустотообразователей 1, позволяет создавать в монолитных железобетонных колоннах и пилонах (далее элементы) пустоты и диски жесткости 2.
Технический результат заключается в том, что при создании пустот можно снизить расход бетона или увеличить поперечное сечение элементов при незначительном увеличении расхода поперечной арматуры, а создание железобетонных дисков увеличивает жесткость конструкций (т.е. снижается гибкость элементов) [4]; при этом увеличивается несущая способность как колонн и пилонов, так и здания в целом.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан фрагмент монолитной железобетонной пустотной колонны кольцевого сечения с неизвлекаемыми трубчатыми кортонно-полиэтиленовыми пустотообразователями I и с дисками жесткости 2. На фиг. 2 показан разрез колонны по А-А. На фиг. 3 показано сечение Б-Б выполненное в месте установки трубчатого неизвлекаемого картонно-полиэтиленового пустотообразователя. На фиг. 4 показано сечение В-В в месте устройства железобетонного диска жесткости. На фиг. 5 показано поперечное квадратное сечение колонны с одним из вариантов установки неизвлекаемых трубчатых картонно-полиэтиленовых пустотообразователей. На фиг. 6 и 7 показаны поперечные сечения пилона как возможные варианты установки неизвлекаемых картонно-полиэтиленовых пустотообразователей. На фиг. 8 показано прямоугольное поперечное сечение колонны с одним из вариантов установки неизвлекаемых трубчатых картонно-полиэтиленовых пустотообразователей.
Железобетонные диски жесткости, для элементов представленных на фигурах 5, 6, 7 и 8 изготовляются по аналогии с дисками жесткости колонны, показанных на фигурах 1, 2, 4. Осуществление изобретения
1. Конфигурация и размеры элементов, их железобетонных дисков жесткости и неизвлекаемых трубчатых картонно-полиэтиленовых пустотообразователей определяются проектировщиками при конструировании и расчете элементов.
2. На заводе-изготовителе, по заявке строителей, в соответствии с рабочими чертежами, изготавливаются пустотообразователи 1 из картонных труб круглого сечения, покрытых гидроизолирующей полиэтиленовой пленкой толщиной 0, 045 мм с картонно-полиэтиленовыми крышками на торцах труб, после чего пустотообразователи поставляются на строительную площадку.
3. Устанавливается арматура элементов и первый ярус пустотобразователей 1; сверху пустотообразователей, в соответствии с проектом, устанавливается арматура диска жесткости.
4. Выполняется фиксация арматуры и пустотообразователей вязальной проволокой, бетонными прокладками и инвентарными фиксаторами.
6. Устанавливается наружная опалубка.
7. Проверяются качество примененных материалов и качество работ по установке арматуры, пустотообразователей и опалубки.
8. Составляется акт на выполненные скрытые работы.
Читайте также: Показатели морозостойкости щебня и гравия по ГОСТ 8267-93
9. После получения разрешения на выполнение бетонных работ, производится установка инвентарных площадок для размещения бетонщиков и их инструмента, с этих площадок выполняется укладка бетона на высоту одного пустотообразователя и железобетонного диска жесткости, затем устанавливается следующий пустотообразователь, арматура диска жесткости, наращивается наружная опалубка и выполняется бетонирование, и т.д
10. Изготовление элементов, уход за бетоном, сроки разборки опалубки, выполняются в соответствии с проектом производства работ с учетом погодных условий.
Источники информации
1. Патент на изобретение RU 2634156 С2, 2020.10.14. Автор: Пушкарев Борис Александрович. RU.
2. Железобетонные конструкции: учебник. 5-е изд., перераб. и доп./ Байков В.Н., Сигалов Э.В. — М.: Стройиздат, 1991 — 769 с: ил., стр 181.
3. Технология сборных железобетонных изделий: Учебное пособие Трофимов Б.Я., — СПб.: Изд. «Лань», 2014. — 384 с: ил., стр. 187. (Учебники для вузов. Специальная литература).
4. Проектирование и расчет железобетонных конструкций: Учеб. пособие для строит, спец. вузов. Попов Н.Н., Забегаев А.В., — М.: Высш. Шк. 1985. — 319 с., ил., стр. 93.
Способ изготовления монолитных железобетонных колонн и пилонов с цилиндрическими пустотами и дисками жесткости, с применением неизвлекаемых трубчатых картонно-полиэтиленовых пустотообразователей, представляющих собой картонные трубы круглого сечения, покрытые гидроизолирующей полиэтиленовой пленкой толщиной 0,045 мм, с картонно-полиэтиленовыми крышками на торцах, характеризующийся тем, что устанавливают арматурные элементы и пустотообразователи первого яруса, поверх которых устанавливают арматуру диска жесткости, фиксируют арматуру и пустотообразователи вязальной проволокой, бетонными прокладками и инвентарными фиксаторами, после этого устраивают наружную опалубку и укладывают бетон на высоту одного пустотообразователя и железобетонного диска жесткости, затем устанавливают пустотообразователи, арматуру диска жесткости, наращивают наружную опалубку и выполняют бетонирование следующего яруса.
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.
Соединение металлоконструкций болтами
Болтовые соединения могут выполняться болтами различной точности в зависимости от назначения соединений и воспринимаемых им нагрузок. В основном используются крепежные изделия нормальной и повышенной точности. Для соединений, которые подвергаются нагрузке на срез, запрещено использовать болты нормальной и грубой точности.
Отверстия под болты высверливают или продавливают таким образом, чтобы диаметр отверстия превышал внешний диаметр болта на 2-3 мм. Это упрощает сборку, однако делает их менее стойкими к деформациям. По этой причине болты, относящиеся к грубым и нормальным по классу точности, используются только тогда, когда один элемент непосредственно опирается на другой. Примеры – соединения на опорных столиках, планках и фланцах.
Соединения, в которых используются болты повышенной точности, являются альтернативой заклепочным соединениям в труднодоступных местах. Для таких соединений диаметр отверстий выполняется больше диаметра болта на величину до 0,3 мм. При соблюдении этого требования болты сидят в отверстиях весьма плотно и хорошо выдерживают сдвигающую нагрузку.
Высокопрочные болты являются наиболее эффективными крепежными элементами. В них сочетается высокая несущая способность со значительной устойчивостью к деформациям. Такие болты могут использовать вместо заклепок практически во всех соединениях. Затяжка гаек для таких болтов производится ключами с храповым механизмом, что позволяет контролировать усилие затяжки.
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.
Монтаж настила
Промышленные здания со стальным или железобетонным каркасом зачастую обшиваются стальным профилированным настилом. Это способствует уменьшению массы строения. Высокую эффективность показывают профилированные панели, снабженные утеплителем. Они позволяют значительно экономить тепло, что достаточно важно в климатических условиях нашей страны.
Для настила используют листы из нержавеющей стали, которая дополнительно покрыта антикоррозионным составом. Применяют листы длиной 3-12 м, шириной 0,86-0,85 м и толщиной 0,8-1 мм. Длина листов обычно кратна 3 м и выбирается при проектировании в зависимости от расположения прогонов ферм. Стандартная высота продольных гофр – 60-80 мм.
Перед установкой листы соединяются в карты, так как монтировать листы отдельно весьма трудоемко, учитывая то, что все работы необходимо вести на высоте. Сборка выполняется на горизонтальных стендах, на которых имеются уголки по размерам карт. Соединение листов выполняется при помощи заклепок или точечной сваркой. Если используются заклепки, то отверстия в разложенных листах просверливаются вручную. Расстояние между отверстиями прописывается в проекте и обычно составляет 50-60 мм. В полученные отверстия помещаются заклепки, после обработки которых получается единая карта требуемого размера.
Строповка выполняется согласно схеме, в зависимости от размеров карты. Настил укладывается на прогоны или блоки перекрытия. Прогоны размещаются на узлах ферм, а, если фермы создаются из прямоугольных профилей замкнутого строения, то прямо на верхние пояса ферм. Размещение карт из профилированных листов выполняется с использованием рисок, отмечающих место укладки.
Для крепления к прогонам требуется оборудование для монтажа металлоконструкций, которое позволяет быстро соединить их с листами при помощи дюбелей или электрозаклепок. Наиболее распространено крепление гайковертом, который затягивается винты диаметром 6 мм с пластмассовыми или стальными шайбами под головкой.
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.
