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.
Фундамент под колонны
Все здания без исключения делятся на каркасные и бескаркасные. Промышленные сооружения чаще всего строятся каркасным методом, жилые бескаркасным. В качестве несущих элементов в каркасных зданиях выступают ригели и колонны, на которые в дальнейшем укладываются плиты перекрытия и стеновые панели.
Если в вашем строительстве используются колонны, то в зависимости от их вида выбирается тип фундамента. Колонны могут быть металлическими и железобетонными, и сегодня мы рассмотрим какой фундамент под колонны использовать в каждом случае.
Фундамент под железобетонные колонны
При установке железобетонных колонн выбирают фундамент стаканного типа, который может быть монолитным или состоять из сборных частей. Возводить ступенчатый фундамент можно только в том случае, если высота основы составляет выше 35 см. Также стоит учитывать, что сборный фундамент может иметь горизонтальную монолитную поверхность или наклонную.
Для строительства фундамента вырывается котлован, а далее по поперечным и продольным осям закрепляется кольями проектное положение самого фундамента. Застройщикам нужно помнить, что смонтировать сборный фундамент можно только в пределах закрепленного треугольника. Фиксирующие оси устанавливаются в плановые короба по отвесам, и опускаются с проволок.
Обязательно перед укладкой сборного фундамента нужно фиксировать положение осей на блоки. Если строительные блоки небольшого размера, тогда укладку осуществляют от оси, закрепленной струнами. Основание устанавливают в плановое положение с помощью отвеса. На финальном этапе строительства фундамента стаканного типа наносят четыре осевых риски по всем краям стакана, и измеряется величина отклонения от плановых меток.
Фундамент под колонны металлические
В процесс строительства фундамента под металлическую колонну входит: подготовка основания с полостью, расчет расположения фундамента по геодезическим особенностям, проектировка размещения, подбор заполняющего полость материала.
Монтаж металлических колонн состоит из целого ряда операций:
- Захват;
- Подъем;
- Наводки колонны на основания или встык;
- Выверка;
- Закрепление.
Для подъема применяется строповка металлических колонн или захват полуавтоматическими приспособлениями. Для предотвращения проскальзывания строп, при подъеме между стропами и колонной закладывают деревянные подкладки или распущенные пополам отрезки стальных труб.
Лучшим методом установки металлических труб называют безвыверочный метод монтажа. Принцип его состоит в том, что на фундамент под колонны устанавливают опорную плиту, а сами колонны устанавливаются по осям или на выверочные болты.
При строительстве фундамента необходимо особое внимание обратить на рихтовку, так как именно от этого зависит степень усадки колонн и всего здания. Рихтовку можно провести, как в процессе строительства основания, так и после
Чтобы провести данную процедуру, изначально проводится нивелировка конусных фундаментов, а далее рихтовка отдельных элементов.
При рихтовке всего каркаса просевшего здания, фундамент целиком не откапывается, поскольку давление пульпы позволяет преодолеть не только массу здания, но и грунта возле пазухи фундамента. В этом случае следует откапать лишь патрубок. Пространственную рихтовку собранной конструкции можно производить только после того, как установлена опалубка и ее соединения с внутренней конусной оболочкой и конусоподобным каркасом.
Когда пазух фундамента засыпан, кондуктор и опалубка демонтированы, а бетон затвердел, можно произвести безвыверочный монтаж колонны. Фундамент под колонны металлической на практике работает таким образом: сжимающая сила передается сверху вниз, а сила сжатия изначально воздействует на внешнюю оболочку, через торец фланга, а затем на внутреннюю оболочку.
Не стоит лишний раз упоминать, что монтаж фундамента под колонны является ответственным процессом, который лучше всего проводить специалистам. Только знающие свое дело мастера могут произвести грамотный расчет по установке колоны и устройству фундамента.
Ошибки при устройстве столбчатого фундамента
Коснемся лишь дачного строительства, где самой распространенной ошибкой в устройстве столбчатого фундамента является отсутствие в нем развитой опорной части (подошвы). Связано это с тем, что стремясь снизить трудоемкость работ, столбы фундамента заливают из бетона в выбранных в грунте вертикальных колодцах равного сечения: выкапывают или бурят вертикальный канал, стенки которого обкладывают рубероидом или погружают в грунт трубу обсадным способом и заливают туда раствор. Как правило, такие столбы начинают быстро и неравномерно проседать даже при весьма хорошем грунте основания.
Если вы выбрали именно эти технологии возведения столба, рекомендуем нижнюю часть колодца хоть немного расширить: аккуратно выбирая грунт из стенок небольшой лопаткой или трамбуя его ниже окончания обсадной трубы. Но форма и размеры всех таких колодцев для одной постройки должны быть идентичны. Иначе не избежать неравномерной осадки столбчатого фундамента даже в хорошем грунте.
Столбчатый фундамент на просадочных грунтах (илистых или торфяных) — дом интенсивно и длительный период погружается в грунт даже при развитых подошвах в основании столбов.
Столбчатый фундамент возводят на глинистых грунтах с морозным пученьем. Зимой такая постройка на таком фундаменте не в состоянии компенсировать выталкивающее действие сил даже от незначительного морозного пученья: столбы поднимаются из грунта и уходят в сторону, даже с подошвами, заложенными ниже глубины промерзания. Эго явление можно наблюдать после каждой зимы на стойках заборов, установленных на столбчатых фундаментах, но их подправить намного легче, чем заваливающийся дом.
Допускаются ошибки и при разметке столбчатого фундамента
Поскольку столбы заводят под места локальных нагрузок от несущих конструкций постройки (стойки колонны или балки опорной рамы), важно чтобы они имели центральное загружение и были строго вертикальны. В противном случае, в передаваемой на столб нагрузке возникает боковая составляющая, которая уводит его в сторону
К аналогичным последствиям может привести недостаточное количество столбов под нагруженной балкой: балка прогибается и передает на столбы боковое усилие.
Особенности фундаментов под стальные колонны
Металлическая колонна с анкерными креплениями
Существует ряд зданий, где есть особенные требования к типу и прочности фундаментов. В большинстве случаев, это объекты промышленного назначения, а также различные предприятия энергетической отрасли.
Такие здания часто возводятся на фундаментах каркасного типа, где основную нагрузку принимает на себя металлическая колонна, установленная внутри специальной бетонной чаши или углубления.
Все фундаменты под стальные колонны отличаются особенной конструкцией, ведь изначально создается прямоугольная или квадратная бетонная подушка с углублением, где с помощью анкеров устанавливается и фиксируется колонна.
Кроме зданий с анкерными соединительными элементами, также в таких основаниях можно предусмотреть:
- трубопроводы различного типа и диаметра;
- канализационные системы с анкерными крепежами;
- электрические сети;
- специальные поддерживающие элементы и конструкции.
Учитывая высокие требования по прочности к таким конструкциям, все расчеты и дальнейшее возведение проводится максимально точно, контроль качества на каждом этапе возведения, а строительные материалы полностью соответствуют нормам.
Монолитный фундамент под металлическую колонну
Устройство монолитного основания под металлическую стальную колонну
Как правило, при строительстве таких фундаментов редко используются сборные конструкции, ведь тогда приходится делать дополнительные расчеты несущих способностей зданий.
В таких случаях лучше монолитный бетонный фундамент, ведь он и прочнее, и быстрее заливается. Этапы возведения монолитной подушки для колонны приблизительно следующие:
- Расчет максимально допустимых нагрузок на подошву.
- Проведение разметки мест установки колонн, подготовка почвы.
- Рытье котлована на заданную глубину и соответствующих размеров.
- Подготовка внешней опалубки. Она делается с досок или влагостойкой фанеры, в большинстве случаев несъемная.
- Выравнивание внутренней поверхности котлована, формирование песчано-гравийной подушки.
- Создание основного армирующего пояса по периметру подушки в горизонтальном и вертикальном направлениях.
- Заливка котлована бетоном. В это время заблаговременно устанавливаются геодезические уровни и высотные знаки. Они используются при дальнейшем монтаже колонн, а также при ремонте фундамента через просадку.
Как правило, при возведении колонных фундаментов делаются различные высотные отметки, они наносятся на внешний слой бетона, также указывается уровень расположения анкерных соединений, закладочных элементов и других монтажных аксессуаров.
Анкерные соединения
Конструктивная схема с указанием нахождения анкерных соединений
В зависимости от типа выбранной колонны, анкерные соединения подбираются в индивидуальном порядке. Установки и фиксация колонны выполняется с помощью больших болтов или анкеров, которые затем привариваются к арматурному слою и надежно удерживают колонну в вертикальном положении.
Отличительная особенность монтажа соединительных элементов в том, что после их закрепления фундамент разбивают. Если после этого отклонения болтов не произошло, то монтаж считают выполненным правильно, а если есть отклонения центров на расстояние от 2 мм, тогда анкера заменяют.
Расчет фундаментов под колонны
Схема установки стальных колонн на фундаменты
Такие основания всегда рассчитываются под конкретное геодезическое обеспечение. Для правильного обеспечения геодезических параметров проводится контроль вертикальных и горизонтальных высотных положений болтовых соединений. Для таких целей отлично подходят готовые шаблоны или специальный кондуктор.
Шаблоны – это металлические или деревянные рамки конкретных размеров, в которых уже есть готовые гнезда под будущие анкера. Они соединяются по опалубке с осями монолитного фундамента, закрепляются.
Шаблоны должны быть установлены абсолютно ровно, поэтому проводится дополнительное измерение вертикали с помощью строительного уровня или нивелира. В некоторых случаях оправданным будет использование сварочных работ, когда шаблоны жестко устанавливают на арматуру монолитной бетонной подушки.
Расчет опорной площади
При выборе фундамента важно правильно определить минимально допустимую площадь его опоры на грунт. Ее можно вычислить по формуле S= γn · F / (γc · Rо), где:
- γc – коэффициент эксплуатационных условий;
- γn – коэффициент запаса надежности, принимаемый равным 1,2;
- F – полная (суммарная) нагрузка на грунт.
Коэффициент эксплуатационных условий (условий работы) зависит от характера грунта и сооружения. Так, на глинистых почвах для кирпичных конструкций он принимается равным 1,0, а для деревянных – 1,1.
В случае песчаного грунта: γc равен 1,2 при больших и длинных строениях, жестких небольших домах; 1,3 – для любых маленьких построек; 1,4 – для больших не жестких домов.
Вес сооружения
Основу расчета составляет нагрузка, возникающая от веса всех элементов сооружения, включая сам фундамент. Конечно, подсчитать точно массу всех конструктивных деталей достаточно сложно, а потому принимаются средние значения удельного веса, отнесенного к единице площади поверхности.
Стеновые конструкции:
- каркасные дома с утеплителем при толщине стены 15 см – 32-55 кг/м²;
- бревенчатый и брусчатый сруб – 72-95 кг/м²;
- кирпичная кладка толщиной 15 см – 210-260 кг/м²;
- стены из железобетонных панелей толщиной 15 см – 305-360 кг/м².
Перекрытия:
- чердак, деревянное перекрытие, пористый утеплитель – 75-100 кг/м²;
- то же, но с плотным утеплителем – 140-190 кг/кв.м;
- напольное перекрытие (цокольное), деревянные балки – 110-280 кг/м²;
- перекрытие бетонными плитами – 500 кг/м².
Крыша:
- металлическая кровля из листа – 22-30 кг/кв.м;
- рубероид, толь – 30-52 кг/кв.м;
- шифер – 40-54 кг/кв.м;
- керамическая черепица – 60-75 кг/кв.м.
Расчет веса сооружения с учетом приведенных удельных весов сводится к определению площади соответствующего элемента и перемножении ее на данный показатель. В частности, для получения площади стен надо знать периметр дома и высоту стен. При расчете кровли необходимо учитывать угол ската.
Вес фундамента и снеговая нагрузка
Площадь опоры сооружения определяется на уровне подошвы, а значит, в суммарной нагрузке на грунт необходимо учитывать еще и вес фундамента. Методика расчета зависит от его типа:
- Ленточный фундамент. Прежде всего, определяется заглубление (Нф), которое должно быть ниже уровня промерзания. Например, при уровне 1,3 м нормальное заглубление составляет 1,7 м. Затем, определяется периметр ленты (Р), как 2(а+в), где а и в – длина и ширина дома, соответственно. Ширина ленты (bл) выбирается с учетом толщины стены. В среднем она составляет 0,5 м. Соответственно, объем ленточного фундамента V=P x bл х Нф. Умножив его на плотность армированного бетона (в среднем 2400 кг/м³), получим расчетный вес ленточного фундамента.
- Столбчатый фундамент. Расчет ведется на каждую опору. Вес одного столба определится, как произведение плотности бетона на объем заливки (V=SxНф, где S – площадь столба). Кроме того, обязательно учитывается вес ростверка, который рассчитывается аналогично ленточному фундаменту.
- Для определения веса монолитной бетонной плиты вычисляется ее объем (V=SxНф, где S – площадь плиты). Заглубление обычно составляет порядка 40-50 см.
Рекомендуем: Устройство фундамента из плит ЖБИ в частном доме. Виды, какие выбрать, как укладывать?
В зимнее время нагрузка на грунт может значительно увеличиться за счет скопления снега на кровле. Принято считать, что при скате кровли с углом более 60 градусов, снег не накапливается, и снеговую нагрузку можно не учитывать.
При меньшем угле наклона крыши учитывать ее необходимо. Многолетние наблюдения дают такие параметры этой нагрузки:
- северные районы – 180-195 кг/м²;
- средняя полоса РФ – 95-105 кг/м²;
- южные регионы – до 55 кг/м².
После определения всех указанных весовых параметров можно приступить к расчету минимальной площади подошвы по вышеприведенной формуле. Полная нагрузка на грунт (F) определится, как сумма веса стен, перекрытий, кровли, фундамента и снеговой нагрузки.
При расчете столбного и свайного фундамента суммарная нагрузка делится на количество опор, т.к. ростверк равномерно распределяет ее на опоры.
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.
Различают 2 вида:
Металлическая – состоит из оголовка, к которому крепят ригели и балки, стержня и базы – части, соприкасающейся с фундаментом. Бывают сплошные и сквозные колонны – решетчатые, перфорированные. Последние меньше весят и проще в монтаже. Изготавливают конструкции из балок и прокатного профиля.
- Железобетонная – производится из армированного бетона марки М300, М400, М600. Конструкция типовая. При малом сечении она выдерживает высокую несущую нагрузку и в отличие от металлической не боится воды. Форма круглая, квадратная и прямоугольная. Круглая чаще встречается у декоративных элементов.
Колонна непрерывно взаимодействует с основанием, нарушение положения хотя бы одной опоры приводит к обрушению дома. Поэтому под колонны не рекомендуется использовать сваи.
Столбчатый фундамент бывает 2 видов:
- 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.
Схема закладки
Попробуем разобраться, как выполнить армирование столбчатого фундамента своими руками. Предположим, что размеры и количество материала мы определили, подготовили все необходимое для работы.
В каждый котлован под опорный столб устанавливаем четыре рифленых прута диаметром в 1 см. Если предстоит заливать опоры с круглым сечением, рекомендуется использовать шесть восьмимиллиметровых прутков.
Опорную подошву для каждого столба усиливают сварной сеточкой, изготовленной из арматуры сечением 6 – 8 мм, уложенной в два ряда, при этом толщина закраин подошвы должна составлять не менее пятнадцати сантиметров.
В отдельных случаях, если заливаются опорные элементы с переменным сечением в виде ступеней, армирование выполняется двумя и более каркасами, соединенными в единую конструкцию вязальной проволокой.
Грибовидные столбы подвергаются двойному армированию. Первый слой металлических прутьев выгибается в виде отдельных элементов в форме «L», при этом вертикальная часть равняется показателю высоту опоры, а выгнутая сторона подрезается под размер диаметра.
Заложенные в подготовленную скважину элементы корректируются таким образом, чтобы их горизонтальные части радиально расходились от центральной точки к периферии подошвы столба.
После этого в скважину монтируется обычная каркасная заготовка, выполняется бетонирование. В результате получается достаточно прочный и устойчивый к выдавливанию столб.
По аналогичной схеме монтируется каркас из арматуры при устройстве ростверка. В будущую железобетонную балку закладываются арматурные прутья сечением 1 см по два – три штуки. На угловых участках фундамента прутья загибаются минимум на двадцать сантиметров, выполняются соединения сваркой или вязальной проволокой. Таким же образом ростверковая каркасная основа связывается с прутьями опорных столбов, и после этого можно приступать к подаче бетонной смеси.
Необходимость армирования
Внешне твердый и прочный бетонный столб, оказавшись в фундаментной конструкции и подвергнутый нагрузочным воздействиям, превращается в колкую субстанцию.
Имея огромный запас прочности, бетонный столб разрушается за долго до набора предельной прочности, и причиной этого является неравномерное распределение нагрузки от сооружения.
Чтобы избежать этого, рекомендуется выполнять армирование столбов фундамента. Данная мера позволит:
- максимальную часть особо важных напряжений переносить в глубокие бетонные слои и распределять их главным образом не на камень, а на арматурный каркас;
- металлические арматурные прутья отлично соединяют основные элементы фундаментной конструкции – опорные столбы и ростверок;
- эксплуатационный период армированных столбов увеличивается в разы по сравнению с простыми бетонными опорами.
Правила вязки
Вязать арматуру для силового каркаса можно несколькими способами:
- Ручная вязка стальным крючком и кусачками.
- Полуавтоматическая вязка специальным крючком, который может находится в реверсивном движении.
- Автоматический способ с применением пистолета или шуруповерта с насадкой для вязания проволоки.
Занимаясь частным домостроением, собственник может заказать готовый армокаркас на специализированном предприятии.
Несмотря на высокое качество сборки готовой конструкции, при этом возникают дополнительные расходы, связанные с ее доставкой на стройплощадку. Поэтому строителю целесообразно разобраться с технологией и самому выполнить все работы.
Подготовка
Мероприятия, которые следует выполнить перед началом вязки:
- Расчет суммарных нагрузок на фундамент.
- Разработка чертежа и рабочего эскиза армокаркаса.
- Выбор оптимальной марки арматурных стержней (от класса стали и диаметра стержней зависит допустимый угол изгиба).
- Определение потребности в количестве арматуры (расчет проводится по схеме вязки).
- Подготовка инструментов для вязания.
Укладка арматурной сетки
При укладке силовой конструкции для плиты соблюдают следующие требования:
- Арматуру укладывают в двух направления, формируя квадратные ячейки с максимальным размером 300 на 300 мм. Шаг ячейки уменьшается под несущими стенами. В центральной части размер ячейки может быть максимально большим (до 0,3% армирования).
- Фрагменты сетки размещают предельно близко к нижней и верхней граням, учитывая 30 мм защитного слоя.
- Стержни сеток по торцам соединяют между собой П-образными хомутами.
- В местах стен и колонн оставляют выпуск вертикально арматуры для усиления конструкции.
Технологические этапы и схема вязки армирующего каркаса
Порядок действий зависит от метода вязания элементов. Алгоритм операций при ручной вязке будет следующим:
- Укладывают продольные и поперечные арматурные стержни на рабочей площадке.
- Нарезают заготовки длинной от 15 до 20 см из вязальной проволоки.
- Сгибают заготовки по центру.
- В узле стыковки арматурных стержней диагонально размещают согнутую проволоку.
- В сформированную петлю продевают крючок.
- Втягивают концы проволоки в петлю.
- Проворачивают крючок, добиваясь необходимой силы затяжки.
Особенности процесса и инструмент
Нюансы вязания армокаркаса:
- При толщине монолитной плиты от 150 мм формируют силовую конструкцию из двух ярусов решетки, соединенных между собой вертикальными прутками.
- При толщине плиты менее 150 мм размер ячейки может быть в пределах от 200 на 200 до 400 на 400 мм.
- Для жесткого соединения элементов используют отожженную проволоку.
Выбор инструмента для вязания силовой конструкции подбирается индивидуально:
- Для разового монтажа используют вязальный крючок (покупной или самодельный), кусачки, круглогубцы. Если есть возможность, применяют реверсивный инструмент.
- Для изготовления армокаркаса в промышленных масштабах используют автоматический пистолет.
