Монолитные фундаменты под монолитные колонны

Обновлено: 06.05.2024

Рекомендовано к изданию решением технического совета Ленпромстройпроекта Госстроя СССР.

Приведены указания по проектированию различных типов фундаментов и их расчет с помощью ЭВМ.

Для инженерно-технических работников проектных организаций.

При пользовании Пособием необходимо учитывать утвержденные изменения строительных норм и правил и государственных стандартов, публикуемые в журнале «Бюллетень строительной техники» Госстроя СССР, «Сборнике изменений к строительным нормам и правилам» и информационном указателе «Государственные стандарты СССР» Госстандарта СССР.

Пособие разработано к СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции» и СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений».

В Пособии содержатся основные положения по проектированию монолитных и сборных фундаментов под железобетонные и стальные колонны, их расчет и конструирование; приводятся указания по выбору оптимального варианта проектирования фундаментов, расчет и проектирование анкерных болтов и приемы армирования фундаментов.

Для облегчения труда проектировщиков приведены графики и таблицы для определения размеров фундаментов, примеры расчета и конструирования различных типов фундаментов.

Пособие разработано Ленпромстройпроектом — канд. техн. наук М.Б.Липницкий, В.А.Егорова; совместно с ЦНИИпромзданий — кандидаты техн. наук Н.А.Ушаков, А.М.Туголуков, Ю.В.Фролов; ПИ-1 - канд. техн. наук А.Л.Шехтман, А.В.Шапиро; НИИЖБом — кандидаты техн. наук Н.Н.Коровин, М.Б.Краковский; НИИОснований — д-р техн. наук Е.А.Сорочан.

Замечания и предложения по содержанию Пособия просьба направлять по адресу: 186190, Ленинград, Ленинский пр., 160, Ленпромстройпроект.

1.1. Настоящее Пособие, разработанное к СНиП 2.03.01-084 и СНиП 2.02.01-83, распространяется на проектирование отдельных железобетонных фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений.

1.2. Проектирование оснований зданий и сооружений, то есть подбор размеров подошвы фундамента из расчета оснований, рекомендуется выполнять в соответствии со СНиП 2.02.01-83 и «Пособием по проектированию оснований зданий и сооружений» (к СНиП 2.02.01-83).

1.3. Нагрузки и воздействия на основания, передаваемые фундаментами сооружений, должны устанавливаться расчетом, как правило, исходя из рассмотрения совместной работы сооружения и основания или фундамента и основания. Учет нагрузок и воздействий в расчетах оснований рекомендуется выполнять в соответствии со СНиП 2.02.01-83 и «Пособием по проектированию оснований зданий и сооружений».

1.4. Проектирование фундаментов, эксплуатирующихся в агрессивной среде, производится с учетом требований СНиП 2.03.11-85.

1.5. Применяемые в строительстве железобетонные фундаменты могут быть представлены следующими типами:

монолитные с применением многооборачиваемой инвентарной опалубки (черт. 1, 2);

сборные железобетонные из одного блока (черт. 3);

сборно-монолитные (черт. 4, 5).

Основным типом фундаментов, устраиваемых под колонны, являются монолитные железобетонные фундаменты, включающие плитную часть ступенчатой формы и подколонник. Сопряжение сборных колонн с фундаментом осуществляется с помощью стакана (см. рис. 4.1, а), монолитных — соединением арматуры колонн с выпусками из фундамента (рис. 4.8, а), стальных — креплением башмака колонны к анкерным болтам, забетонированным в фундаменте (рис. 4.8, б).

Размеры в плане подошвы ( b, l ), ступеней ( b₁, l₁ ), подколонника ( l_uc, b_uc ) принимаются кратными 300 мм; высота ступеней ( h₁, h₂ ) — кратной 150 мм; высота фундамента ( h_f ) — кратной 300 мм, высота плитной части ( h ) — кратной 150 мм.

ТАБЛИЦА 4.22. ВЫСОТА СТУПЕНЕЙ ФУНДАМЕНТОВ, мм

Высота плитной части фундамента h , мм	h₁	h₂	h₃
300	300	–	–
450	450	–	–
600	300	300	–
750	300	450	–
900	300	300	300
1050	300	300	450
1200	300	450	450
1500	450	450	600

Модульные размеры фундамента следующие:

h_f	1500—12000
h	300, 450, 600, 750, 900, 1050, 1200, 1500, 1800
h₁, h₂, h₃	300, 450, 600
b	1500—6600
l	1500—8400
b₁, b₂	1500—6000
b_uc	900—2400
l_uc	900—3600
l₁, l₂	1500—7500

Высота ступеней принимается по табл. 4.22 в зависимости от высоты плитной части фундамента [1]. Вынос нижней ступени вычисляется по формуле c₁ = kh₁ , где k — коэффициент, принимаемый по табл. 4.23.

Руководство по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений промышленных предприятий

Форма фундамента и подколонника в плане принимается: при центральной нагрузке — квадратной, размерами b×b и b_uc×b_uc ; при внецентренной нагрузке — прямоугольной, размерами b×l и b_uc×l_uc , отношение b/l составляет 0,6–0,85.

Габариты фундаментов под типовые колонны прямоугольного сечения, например по сериям КЭ-01-49 и КЭ-01-55, для одноэтажных промышленных зданий принимаются по серии 1.412-1/77. Буквы в марках фундаментов обозначают: Ф — фундамент; А, Б, В и AT, БТ и ВТ — тип подколонников для рядовых фундаментов и под температурные швы (табл. 4.24), а числа характеризуют типоразмер подошвы плитной части фундамента и его типоразмер по высоте.

ТАБЛИЦА 4.23. КОЭФФИЦИЕНТ k

Давление на грунт, МПа	Значения k при классе бетона
	В10	В15	В20	В10	В15	В20	В10	В15	В20	В10	В15	В20

0,15	3	3	3	3	3	3	3	3	3	3	3	3
0,2	3	3	3	3	3	3	3	3	3	2,9	3	3
										3
0,25	3	3	3	3	3	3	3	3	3	2,5	2,8	3
										2,6	3
0,3	3	3	3	3	3	3	2,7	3	3	2,3	2,5	3
							2,8			2,4	2,6
0,35	2,8	3	3	2,7	3	3	2,4	2,7	3	2,1	2,3	2,7
	3			2,9			2,6	2,9		2,2	2,4	2,9
0,4	2,6	2,9	3	2,5	2,8	3	2,3	2,5	3	2	2,1	2,5
	2,7	3		2,7	3		2,4	2,7			2,2	2,6
0,45	2,4	2,7	3	2,3	2,6	3	2,1	2,3	2,8	1,9	2	2,3
	2,5	2,8		2,5	2,7		2,2	2,5	3		2,1	2,5
0,5	2,3	2,5	3	2,2	2,4	3	2	2,2	2,6	1,8	1,9	2,2
	2,4	2,7		2,3	2,6		2,1	2,3	2,8		2	2,3
0,55	2,2	2,4	2,8	2,1	2,3	2,7	1,9	2,1	2,5	1,7	1,8	2,1
	2,3	2,5	3,8	2,2	2,4	2,9	2	2,2	2,6		1,9	2,2

Примечание. Над чертой указано значение без учета крановых и ветровых нагрузок, под чертой — с учетом этих нагрузок.

ТАБЛИЦА 4.24. РАЗМЕРЫ ПОДКОЛОННОЙ ЧАСТИ ФУНДАМЕНТОВ

Размеры колонн, мм		Рядовой фундамент			Фундамент под температурный шов			Размеры стаканов, мм			Объем стакана, м 3
l_c	b_c	тип подколон- ника	размеры, мм		тип подколон- ника	размеры, им		h_g	l_g	b_g
l_c	b_c	тип подколон- ника	l_uc	b_uc	тип подколон- ника	l_uc	b_uc	h_g	l_g	b_g
400	400	А	900	300	AT	900	2100	800 900	500	500	0,22 0,25
500 600 600	500 400 600	Б	1200	1200	БТ	1200	2100	800 900 800	600 700 700	600 500 600	0,31 0,34 0,41
800 800	400 500	В	1200	1200	ВТ	1500	2100	900 900	900 900	500 600	0,44 0,52

По высоте приняты следующие размеры: тип 1 — 1,5 м; тип 2 — 1,8 м; тип 3 — 2,4 м; тип 4 — 3 м; тип 5 — 3,6 м и тип 6 — 4,2 м. В табл. 4.25 и 4.26 приводятся в качестве примера эскизы и размеры рядовых фундаментов и фундаментов под температурные швы. Эти фундаменты могут применяться при расчетном сопротивлении основания 0,15—0,6 МПа.

Все размеры фундаментов приняты кратными 300 мм. Применяется бетон класс В10 и В15. Армирование осуществляется плоскими сварными сетками из арматуры классов A-I, А-II и А-III. Защитный слой бетона принят толщиной 35 мм с одновременным устройством подготовки толщиной 100 мм из бетона В3,5.

ТАБЛИЦА 4.25. РАЗМЕРЫ РЯДОВЫХ ФУНДАМЕНТОВ

ТАБЛИЦА 4.26. РАЗМЕРЫ ФУНДАМЕНТОВ ПОД ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШВЫ

Эскиз	Марка фундамента	Размеры, мм						Объем бетона, м 3
Эскиз	Марка фундамента	b	l	b₁	h₁	h₁	h_f	Объем бетона, м 3
	ФАТ3-1 ФАТ3-2 ФАТ3-3 ФАТ3-4 ФАТ3-5 ФАТ3-6	1800	2100	–	300	–	1500 1800 2400 3000 3600 4200	3,4 4,0 5,1 6,2 7,4 8,5
	ФАТ6-1 ФАТ6-2 ФАТ6-3 ФАТ6-4 ФАТ6-5 ФАТ6-6	2400	2100	1500	300	300	1500 1800 2400 3000 3600 4200	4,2 4,7 5,9 7,0 8,1 9,3
	ФАТ7-1 ФАТ7-2 ФАТ7-3 ФАТ7-4 ФАТ7-5 ФАТ7-6	2700	2100	1800	300	300	1500 1800 2400 3000 3600 4200	4,5 5,1 6,2 7,4 8,5 9,6

Для опирания фундаментных балок предусмотрена подбетонка (рис. 4.9). Пример конструктивного решения фундамента приведен на рис. 4.10.

Габариты монолитных фундаментов под типовые колонны двухветвевого сечения, в частности для серии КЭ-01-52 одноэтажных промышленных зданий, принимаются по серии 1.412-2/77. Размеры подколонной части таких фундаментов приведены в табл. 4.27. Габариты плитной части имеют типоразмеры от 1 до 18, а также типоразмер 19, при котором размер подошвы составляет 6×5 м. По высоте фундаменты могут быть 1—6-го типа. Остальные параметры такие же, как и в серии 1.412-1/77.

Железобетонные фундаменты под типовые колонны прямоугольного сечения, например по сериям ИИ-04, ИИ-20 и 1.420-6 для многоэтажных производственных зданий, принимаются по серии 1.412-3/79.

ТАБЛИЦА 4.27. ТИПЫ И РАЗМЕРЫ ПОДКОЛОННИКОВ

Размеры колонн, мм		Рядовой фундамент			Фундамент под температурный шов			Размеры стаканов, мм			Объем стакана, м 3
l_c	b_c	тип подколон- ников	размеры, мм		тип подколон- ников	размеры, мм		h_g	l_g	b_g
			l_uc	b_uc		l_uc	b_uc
300	300	А	900	900	AT	900	2100	450 450	400	400	0,08 0,12
400	400							650 1050	500	500	0,18 0,29
600	400	Б	1200	1200	БТ	1200	2100	650 1050	700	500	0,25 0,40

Отличие в маркировке фундаментов по сравнению с другими сериями заключается в том, что после цифры, обозначающей типоразмер подошвы, приводится высота плитной части. Размеры подколонной части фундамента приведены в табл. 4.27. Габариты плитной части включают типоразмеры от 1 до 18 и типоразмер 19 (с размером подошвы 5,4×6 м). по высоте фундаменты могут быть 1—6-го типа. Остальные параметры такие же, как и в серии 1.412-1/77. Монолитные железобетонные фундаменты под железобетонные типовые фахверковые колонны прямоугольного сечения, в частности по шифрам 460-75, 13-74 и 1142-77, принимаются по серии 1.412.1-4. Размеры фундаментов приведены в табл. 4.28. Сопряжение колонны с фундаментом шарнирное. Фундаменты разработаны для давления 0,15- 0,6 МПа. Применяется бетон класса В10. Армирование осуществляется сварными сетками из арматуры классов A-I, А-II и А-III. Пример узла опирания колонны на фундамент дан на рис. 4.11.

Под колонны зданий применяются сборные фундаменты из одного или нескольких элементов. на рис. 4.12 приведены решения сборных фундаментов под колонны каркаса для многоэтажных общественных и производственных зданий из элементов серии 1.020-1. Элементы фундамента типа Ф применяются на естественном основании, типа ФС — для составных фундаментов (табл. 4.29). Толщина защитного слоя бетона нижней рабочей арматуры принимается 35 мм, а остальной арматуры — 30 мм. Глубина заделки колонны в фундамент должна быть не менее величин, приведенных в табл. 4.30.

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.

Заключение

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.

На крупномасштабных стройках часто прибегают к использованию колонн, которые берут на себя несущую 100%-ую нагрузку. Эти модули выполняют «роль» главного каркаса.

Важно при проектировании производить по максимуму точные вычисления (с минимальными расхождениями от расчетных единиц) по устройству и сборке фундаментов под колонны.

Что представляют собой фундаменты под колонну, каковы их виды и размеры, строительные расчеты и поэтапное устройство – далее подробно.

Особенности фундаментов под колонны

Фундамент под колонну — это первый и наиважнейший этап в начале любой масштабной стройки. От исполнения монтажных работ по его построению, зависит долговечность и прочность всего (в будущем построенного) сооружения.

На практике для обустраивания основания под колонны профессионалы выбирают фундаментные блоки «стаканного типа», маркированные:

1Ф – с сечением 30х30 (см);
2Ф – с сечением 40х40 (см).

Эти «модули» обеспечивают кроме полноценной поддержки сооружения, еще и заданную вертикальную постановку конструкции (по плану, проекту, чертежам).

Допустимы и другие блочные варианты, но их углубление, размеры должны определяться в каждом индивидуальном случае. Следует помнить, что блочные габариты возрастают с интервалом в 100 мм, полнота стенки башмака внизу должна быть не менее 200 мм.

С учетом порядка постановки колонн, блоки из железобетона могут иметь смещенный или центральный тип нагрузок. Во втором случае блоки имеют в основании плиту в виде квадрата, а в первом – прямоугольную (стороны с отношением 0,6).

Бетон, из которого создаются блоки для фундамента стаканного типа, имеет максимальную устойчивость к появлению трещин, это позволяет использовать конструкции в регионах с резко континентальным, холодным климатом.

Прочность и крепость материала выдерживает даже землетрясения до 9 баллов. В соответствии с ГОСТ 26633 в бетонную массу добавляется определенные присадки, повышающие качества прочности и стойкости конечного модуля.

В зависимости от гидрогеологических факторов, на точке монтажных работ выбирается класс влагонепроницаемости и морозостойкости – их показатели не должны быть менее W4 и F100 соответственно. Допускается минимальное водопоглощение бетоном, но не более 5% от всей массы конструкции.

Все здания и постройки разделяют на каркасные и бескаркасные, при этом объекты промышленного типа строят по первому варианту, а жилые дома по второму. Несущими модулями в каркасных домах/сооружениях считаются колонны, они бывают железобетонными или металлическими. На них во время строительных действий выкладывают плиты, перекрытия и другие необходимые модули.

В зависимости от колонного вида подбирают и тип фундаментной основы.

Размеры по ГОСТу

Маркирование железобетонных изделий, следуя ГОСТу 24476-80, должно иметь 2 или 3 группы (из букв или цифр). В них закодированы:

предназначение, функции;
габариты;
серия;
свойства.

Первая часть кодировки – тип/размер, к примеру, 1Ф это фундаментная основа для колонн с определенным сечением. Показатели из цифр (следующие) сообщают о длине/высоте модулей в дециметрах.

Часть вторая в маркировочном коде является показателем индекса несущей способности – от 1 до 3. Третья часть маркирования сообщает о гидрофобности бетона. Например, если бетонный модуль имеет класс водонепроницаемости (В2), у него не будет добавочных знаков, если нет, то появляется индекс П.

Фундамент под колонны ГК изготавливают строго в соответствии с регламентирующей документацией, по ГОСТу – Серией 1.020-1/83. Основание получается морозоустойчивым, износостойким (из утяжеленного бетона класса не ниже B 15 и арматурных прутков из стали).

Виды оснований для ж/б и металлических опор

В настоящее время пользуют два ведущих варианта обустройства фундамента для колонн из металла или железа/бетона – сборные и монолитные. Их структуры идентичны – из армированного железа/бетона. Данная модификация дает возможность фиксации нижней опорной части в требуемой постановке (в конкретном месте).

Различия между этими видами в использовании:

фундамент сборный выбирают для бетонированных колонн;
монолитный тип считается универсальным, подходит для монтажа железобетонных колонн (любой конструкции) и из металла.

В сфере строительства железобетонную форму под фундамент обозначают «стаканом». Он гарантирует ровное, одинаковое перераспределение нагрузок на всей плоскости опоры на почве.

Устройство основания

Для обустройства фундамента под железобетонные (ЖБ) колонны можно выбирать еще и следующие варианты:

сборный из ребер;
пустотелый;
пеньковый с подколонником.

Все вышеперечисленные типы подходят для промышленных комплексов, объектов. Подробнее про особенности проектирования и установки фундамента под колонны промышленного здания читайте здесь.

Основной составляющей всей системы фундамента для колонны из железобетона будет плита в виде прямоугольника. На ней «сидят» другие плиты малого размера. Плитные модули составляют «пирамидку» из ступенек, верхняя ее часть оканчивается стаканообразной формой под опору. В монолитном варианте данный «механизм» предстает в виде цельного, одного блока. В сборном – в виде составляющих отдельных модульных плит (внизу большая, далее по уменьшению).

Чтобы смонтировать металлические колонны отдают предпочтение «цельным» фундаментным основаниям из железобетона. Такой каркас «собран» в виде армированной крепкой конструкции. В верхней его части расположены анкерные болты в строгой последовательности (по размерам).

Особенность этого типа в том, что нужна максимальная точность в разметке мест стыковки – постановке болтов. Технология сборки фундамента для колонн из металла аналогична с заливкой монолитной основы, но взамен «стакана», постановка и фиксация ведется на анкерные болты. После монтажа крепежные элементы заливают бетонной смесью.

Кроме закрепления на анкеры из металла, колонны можно еще соединять с фундаментным стаканом методом сварки арматуры подколонника.

Расчеты для проекта

Чтобы конструкция у фундамента была долговечной и прочной, следует провести верные расчеты, создать проект, где будут предусмотрены состав почв, климатические особенности, высота и тяжесть здания, все нагрузки, идущие на фундамент от колонн.

Инженерно-геологические проверки устанавливают:

уровень расположения подземных вод;
глубину промерзаний (сезонных);
состав грунтов, их твердость, качества.

Используют нормативы-таблицы. Например, для состава грунта (песчаного со средн./крупн.) будут соответствовать величины:

e=0.65, ρ=1,8 т/м 3 ;
Е=30 MПа, ϕ=35°;
С=1 кПа.

Глубину фундаментного размещения находят с учетом самой большой глубины вымерзания по формуле (5.4 CП 22.13330.2016):

kh это коэфф. для построек с возможностью отопления;
dfn – глубина промерзаний.

Предварительные размеры фундаментного основания находят по формуле:

N – нагрузка по вертикали, она получается при вычислении каркаса строения;
R0 – сопротивление грунтов — выбирают в справочных данных СНиП 2.02.01-83;
ȳ –средний вес удельный фундаментной основы;
d – величина глубины.

Все расчеты ведутся с применением показателей таблиц, использованием нужных формул (по тех. литературе, ГОСТ, СП). Для зданий с высотой более чем три этажа совершают усложненные расчеты, учитывая краевую нагрузку.

Для расчета необходимы данные по нагрузке, которую будет оказывать колонна:

вертикальная вместе с массой стен и перекрытий всего здания и крыши;
ветровая и осадковая – по региональным данным (в табл.);
при крутящихся моментах (2-х плоскостная);
поперечная, напирающая на фундамент от колонн.

По полученным данным исчисляют значения опорных столбов для колонн.

Правила крепления

Для прочного и надежного крепления колонны к фундаменту используют два популярных, удобных типа фиксации. Первый – при помощи болтов, для стальных деталей.

Здесь уже в фундаментном блоке предусмотрены и поставлены болты из крепкого металла для прорезей (крепежа) у основания колонны, это очень практично. Второй тип в виде технологии вставки колонной основы в предназначенное углубление, с дальнейшей обязательной фиксирующей заливкой смесью из бетона.

Этапы монтажа

Цена стаканных готовых блоков приемлема, но доставка и монтаж (тяжелой системы) имеет высокую стоимость. Специалисты рекомендуют делать все работы на строительном объекте непосредственно, заказав бетономешалки с готовой смесью.

Обустройство монолитного фундамента (из железобетона) лучше доверить специалистам. Работы выполняют по этапам:

Подготавливают котлованы необходимого размера и глубины.
На выровненное дно насыпают подушку из гравия с песком, трамбуют.
Заливают узкую прослойку «подбетонку» цементную, которая исключит потерю бетонных составляющих.
Собирают армирующий каркас для стакана. Арматуру, которая подлежит сварке – сваривают, если нет пометок «для сварки», то пруты прочно связывают.
По периметру армирования монтируют опалубку.
Затем совершают заливку бетонной смесью, профи рекомендует обязательно использовать вибратор для полного освобождения массы от образующихся пузырей воздуха. Если этот нюанс упустить, то возможно (со временем) появление трещин (на фундаменте) из-за давления здания, перекрытий и стен.
Период для застывания бетонной смеси 3-4 дня. Затем разбирают опалубку.

100%-ную прочность фундамент наберет через 30 дней. После этого приступают к обратной засыпке и монтажу колонн.

Стальных

При возведении стальных колонн, вместо пустой ниши во внутренней части башмака создают сразу монолитный стакан, куда уже «замурованы» анкеры из стойкой, крепкой стали. Обращают внимание на рихтовку, ее проводят в процессе работ или после.

Работы выполняют, после совершения расчетов, пошагово:

колонны поднимают специальными техустройствами;
«подносят» к стыковочным точкам с анкерами;
выверяют и проводят фиксацию.

Работы относятся к повышенной сложности, их следует доверять опытным специалистам-строителям.

Армирование подколонников

Армирование помогает избежать досрочного разрушения конструкций, гарантирует дополнительную прочность. Фундаментный подколонник это традиционный модуль основания столбчатого типа, который называют «стаканом». Он фиксируется к нижней (подошвенной) части фундамента, и считается его верхней частью.

Армирование подколонника фундамента под колонну из металла дает возможность сооружению:

держать максимальные нагрузки;
повышать (значительно) прочность, надежность;
увеличивать долговечность, износостойкость.

Армирование данного типа проводится для построек различного назначения. Сборку выполняют двумя способами – сварными сетками или моностержнями. Последние располагают с одинаковым промежутком в поперечном или продольном направлении.

Стержни из арматуры должны быть одной длины, а диаметр соответствовать 10 мм. Если сторона подошвы имеет длину более 3 м, то диаметр должен быть 12 мм. Правильный шаг прутков до 10 см, но не более 20 см.

Толщина слоя бетона для плитной зоны варьирует от 40 мм (в том числе наличие подготовки из бетона под «подошвой») до 70 мм (без нее).

Порядок армирования подколонников схож с армированием колонн (с квадратным/прямоугольным сечением). Арматура в вертикальном положении устанавливается по углам, и собирается между собой. Затем она в виде каркаса объединяется с перпендикулярными стержнями, создавая прочную конструкцию («в клеточку»).

Неверно созданные расчеты и монтаж своими руками (без опыта) могут отрицательно сказаться на прочности всего здания.

Заключение

Колонны здания должны иметь прочное и жесткое основание для максимального надежного «упора». Это гарантирует стойкость не только самим колоннам, но и строению целиком. Сложные вычисления, подсчеты, чертежи и времязатратный монтаж фундамента под колонны лучше поручить профессионалам со стажем, во избежание ошибок и погрешностей.

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.

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.

Читайте также: