Столбчатый фундамент промышленного здания с металлическим каркасом

Обновлено: 02.05.2024

В зданиях без мостовых кранов устраивают колонны без консолей, а в зданиях с мостовыми кранами — колонны с консолями, на которые опирают подкрановые балки. По расположению в плане различают колонны крайних и средних рядов: первые устанавливают также в рядах, примыкающих к продольным температурным швам.

Железобетонные колонны могут иметь прямоугольное и двутавровое сечения, а также быть двухветвевыми. По сравнению с колоннами прямоугольного сечения двухветвевые колонны имеют повышенную жесткость, но они более трудоемки в изготовлении. Применяют их в здании с высотой более 10.8 м.

В зданиях, оборудованных более чем двумя мостовыми кранами в пролете, по условиям безопасности обслуживающего персонала предусматривают сквозные проходные галереи вдоль подкрановых путей. В этих случаях применяют двухветвевые колонны с лазами, расположенными в уровне верха подкрановых балок.

Ветви колонн сквозного сечения связаны распорками через 1.5-3.0 м по высоте.

В железобетонных колоннах предусматривают стальные закладные элементы, с помощью которых крепят стропильные конструкции, подкрановые балки, стеновые панели (в колоннах крайних рядов) и вертикальные связи. В У1естах опирания стропильных конструкций и подкрановых балок укладывают стальные листы: крепят их анкерными болтами. При

безанкерном креплении стропильных конструкций к колоннам в головки их заделывают стальные пластины.

Для повышения устойчивости зданий в продольном направлении предусматривают систему вертикальных связей между колоннами и в покрытиях. В зданиях без мостовых кранов и с подвесным транспортом межколонные связи ставят только при высоте помещений более 9.6 м. В целях снижения усилий в элементах каркаса от температурных и других воздействий вертикальные связи располагают в середине температурных блоков в каждом ряду колонн.

Рядовые колонны соединяют с связевыми колоннами распорками, размещаемыми по верху колонн, а в зданиях с мостовыми кранами — подкрановыми балками. Связи выполняют из уголков или швеллеров и крепят к колоннам с помощью косынок на сварке.

Фундамент для колонн

Особенность этой категории основы заключается в том, что она устанавливается под отдельными элементами строения (непосредственно под колонной).

Устройство такой основы состоит из одно- или многоступенчатого башмака, а также стакана, в который помещается колонна. Для армирования необходимо использовать сваренную стальную сетку.

Монолитная основа

Данный тип основания для колонны имеет монолитную структуру. Для его заливки в земле выкапывается яма необходимых размеров, и монтируется опалубка. Высота каждой ступени не должна быть меньше 300 миллиметров. Монолитный вариант более прост и надежен в монтаже и эксплуатации

Важно, чтобы все грани отдельных ступеней были симметричными. Полная глубина такого фундамента (до стакана для колонны) может составлять от 1,2 до трех метров

Сборная основа

Устройство такого основания проще изготавливать. Для этого делается опалубка, и заливается бетонная плита необходимых размеров. Толщина изделия не должна быть меньше 30 сантиметров. Элементы не нуждаются в дополнительной фиксации. Вес отдельной колонны, а также элементов конструкции здания, закрепленных на ней, не позволит им смещаться. Посмотрите видео, как установить колонну на основание.

Колонна может крепиться несколькими способами. Первый – в специальный паз, отлитый во время создания плиты (с последующей подливкой цементного раствора после установки опоры). Второй – крепление к закладным (металлические балки, уголки, или швеллеры), залитых бетоном.

Если на промышленном предприятии используются металлические колонны, тогда они крепятся особенным способом. Во время заливки основания к армирующему слою крепятся шпильки с нарезанной резьбой. После застывания к конструкции подсоединяется металлическая опора. Она фиксируется либо при помощи сварки, либо винтовым методом к приваренной пластине внизу столба.

Создавая основание для вертикальных элементов здания, важно выдерживать идеально прямой угол (90 градусов). В этом случае все элементы здания будут надежно закреплены на своих местах

Особенности конструкции

Обычный столбчатый фундамент представляет собой конструкцию в виде отдельных столбов, чаще прямоугольной формы, которые устанавливаются под такими несущими элементами здания, как колонны или стойки. Традиционный ленточный фундамент устраивается в виде протяженной ленты, на которую опираются несущие стены. Если совместить эти два типа фундаментов, то получится конструкция, похожая на свайный фундамент с ростверком, объединяющим сваи. Однако столбчато-ленточный фундамент имеет принципиальные отличия от свайного, которые заключаются в следующем:

Cвайные фундаменты используются преимущественно в грунтовых условиях со слабыми грунтами, имеющими невысокую несущую способность. Функция сваи заключается в том, что она должна пройти сквозь слой слабого грунта и найти опору в слое с высокой несущей способностью. Чтобы найти этот слой делают геологическое исследование. Поэтому длина свай может достигать 10-ти и более метров. Столбчато-ленточные фундаменты применяются в грунтовых условиях с нормальной несущей способностью основания, при этом заглубление столбов в грунт должно составлять величину, которая всего лишь на 200—250 мм превышает глубину сезонного промерзания грунта, то есть в пределах 1,5 – 2,0 метров.
Сваи передают нагрузку от здания через нижнюю и боковую поверхность. В отличие от свай, столбы в столбчато-ленточном фундаменте передают нагрузку только через подошву.
Поперечное сечение свай в большинстве случаев гораздо меньше, чем поперечное сечение подошвы столбов.
Свайные фундаменты могут применяться практически для любых зданий и сооружений, ленточно-столбчатые фундаменты используются преимущественно для легких строений – одно и двухэтажных жилых домов – каркасных и каркасно-щитовых, деревянных из бруса или бревна, из СИП-панелей, для домов из газобетона, газобетонных и пенобетонных блоков, бань, гаражей, заборов и т.п.

Единственное общее у этих двух типов фундаментов – это ростверк или лента, которые связывают отдельные опорные элементы конструкции. При этом в ленточно-столбчатом фундаменте лента выполняет те же функции, что и ростверк в свайном – играет роль многопролетной балки на опорах, передающей нагрузку от стен здания на столбы, которые в свою очередь передают нагрузку на грунт. В этом и кроется одно распространенное заблуждение: ленту в ленточно-столбчатом фундаменте считают элементом, который передает часть нагрузки на грунт наряду со столбами.

С тем, что лента в столбчато-ленточном фундаменте играет роль висячего ростверка, связан и характер ее армирования. Лента армируется пространственным каркасом, в котором и верхние и нижние арматурные стержни рабочие.

Монтаж монолитного ростверка

Для заливки бетонного раствора необходимо смонтировать качественную опалубку

Для заливки бетонного раствора необходимо смонтировать качественную опалубку. Начинают с нижних удерживающих щитов. Для этого необходимо нарезать доски, равные шагу между колоннами фундамента. Для их крепления рекомендуется вбить в грунт удерживающие колья. Доски опалубки укладывают на колья вровень с верхним краем столбов.

Боковые щиты опалубки крепят по краям и надежно фиксируют. Боковые планки опалубки можно устелить рубероидом.

Следующим этапом проводят армирование всей конструкции. Здесь стандартно используют армопояс из горизонтальных прутьев сечением 12-16 мм и продольных элементов сечением 6-8 мм

Важно в местах столбов связать арматуру с выступающими из колонн прутьями

Заливку раствора для ростверка нужно проводить в один этап. Поэтому лучше заказать строительный миксер или бетономешалку нужного объема. При заливке бетона необходимо трамбовать раствор через каждые 30 см. Общая толщина (высота) ростверка, как правило, не превышает 60 см.

Через 7-10 дней при условии хорошей сухой погоды бетон считается полностью застывшим. Теперь можно снимать опалубку и давать фундаменту устояться. Все поверхности ростверка также покрывают гидроизоляционными материалами.

После полного высыхания конструкции необходимо провести обратную засыпку котлована с трамбовкой грунта вокруг колонн. Котлован засыпают вровень с отметкой надземной части колонн фундамента. Для декорирования опорных столбов и снижения уровня теплопотерь можно использовать декоративную обшивку столбов сайдингом или же произвести кладку природного камня.

Особенности фундамента под железобетонные колонны

Основания под столпы из железобетона выбираются исходя из положительных и отрицательных характеристик каждого вида в отдельности. В указанном случае самым оптимальным будет использование стаканного основания, имеющего следующие положительные характеристики:

Они надежны;
Имеют повышенную прочность.

В строительстве применяется два вида оснований:

Этапы строительства

Соблюдение правил при строительстве фундамента под железобетонные колонны, способствует увеличению срока службы конструкции, качества.

Столпы устанавливаются в грунт на глубину не меньше 70 сантиметров;
На участке строительства почва не должна быть подвижной или подвергаться температурному пучению;
Грунтовые воды должны залегать не менее, чем на 1,5 метра вглубь;
Рекомендуется выравнивать площадку, чтобы она не имела резких наклонов и поворотов;
Чтобы обеспечить прочность фундамента, ростверк должен быть смонтирован из железобетона. Конечно, устройство ростверка потребует финансовых затрат, но это сделает каркас более долговечным;
Для стен рекомендуется использовать строительные материалы, относящиеся к легким: пеноблоки, брус, панели, бревно.

Предварительное проектирование позволяет сделать основание крепким, но должны соблюдаться нормы:

Сечение колонн – 20х20 см. Практика показывает использование столпов с сечением 25х25см;
Рекомендуется делать башмак под каждую колонну. Это значит расширить нижнюю часть скважины под сваю. В результате получают распределение и снижение нагрузки от здания;
Колонны размещать на расстоянии от 1 до 2 метров. При этом столпы должны находиться по углам строения, в местах стыка стен, под выступами: камин, печь.

Для увеличения прочности столпы армируют прутами с сечением от 12 до 16 мм. В зависимости от материала для ростверка, регулируется высота арматуры:

Для деревянной связки прутья не должны достигать верхней части 1-2 см;
Когда планируется железобетонный ростверк, то арматура должна выступать на 40 см.

Работать с арматурой следует только после того, как бетон наберет нужной прочности.

Монтаж башмака

Как уже было сказано, в скважинах рекомендуется делать увеличение нижней части для создания башмака. На песчано-щебневой подушке устанавливается опалубка из фанеры. Высота 20-30 см. Диаметр подготавливаемой опалубки должна быть в 1,5 раза больше, чем диаметр будущих столпов. Теперь в подготовленную емкость заливается раствор. В течение 10 дней бетон застывает, при условии, что стоит теплая сухая погода.

Монтаж колонн

Следующим шагом идет монтаж непосредственно опалубки под столпы. Деревянные доски необходимой длины скрепляют хомутами. Внутренние стенки рекомендуется укрыть рубероидом. В результате выполненных мероприятий стены колонн получаются гладкие, а главное, что при снятии опалубки отсутствуют повреждения.

Теперь установить арматуру и можно заливать раствор бетона марки 200М. Если строительство происходит в зимний период, то лучше добавить пластифицирующие добавки, улучшающие застывание раствора. Специалисты рекомендуют такие работы проводить, когда температура воздуха держится выше 15 градусов тепла. С помощью металлического штыря из жидкого бетона удаляется воздух. При температуре внешнего воздуха 20 градусов и сухой погоде, раствор застывает в течение 7 дней.

Необходимо дождаться полного высыхания и только тогда снимать опалубку. Теперь по всей высоте колонн и башмака наносят гидроизоляцию.

Ростверк

Самый надежной считается монолитная конструкция. Но есть и другие варианты связки фундамента и здания:

Крепление с помощью швеллера или двутавра. В этом случае элемент укладывается полкой вниз и крепится с помощью болтов. Такой связке не страшны большие нагрузки;
Железобетонный или монолитный ростверк. Для его сооружения потребуется опалубка и установка армирующей конструкции. Как правило, монолитный ростверк применяется для панельного дома, каркасного строительства, деревянного сруба;0
Деревянный ростверк. Использование бруса считается самым дешевым вариантом для связки столбчатого фундамента.

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.

В отличие от гражданских зданий, конструкциям промышленных приходится испытывать не только статические нагрузки (от собственного веса и массы оборудования), но и динамические, вибрационные. Соответственно, фундаменты промышленных зданий должны иметь большой запас прочности и проектироваться не только на основании гидрометеорологических и геолого-геодезических изысканий, но и с учётом технологических и эксплуатационных особенностей сооружения.

При том, что способов осуществления задачи обычно имеется несколько, во время проектирования возможные вариации сравнивают и выбирают тот, который обеспечит наиболее выгодные технико-экономические показатели.

Выбор, определяемый расчётом

На выбор конструктива фундамента при проектировании промышленных зданий сначала влияет тип основания, на который ему предстоит опираться. Оно может быть как естественным, так и искусственным (насыпным) и иметь разные несущие способности.

Согласно с результатами полученных изысканий, определяется тип и конструкционные особенности фундамента, материал его исполнения, размеры в сечении и глубина заложения.

Примечание! Если нужно разрабатывается перечень мероприятий, которые помогают уменьшить зависимость сооружения в процессе эксплуатации от протекающих в грунтовых основаниях деформационных процессов.

Предельные состояния грунтов

Естественные и насыпные основания обязательно просчитываются по двум видам предельного состояния:

Деформациям – рассчитываются в любом случае. В расчётах учитывается совокупное действие нагрузок и влияние внешних факторов (например, грунтовых вод, способных ослабить прочность грунта).
Несущей способности. Такие расчёты производятся, когда есть опасность воздействия горизонтальных нагрузок – например, сейсмических, либо здание находится на скальном основании или в непосредственной близости с откосом и сместить положение фундамента невозможно. При проектировании подпорных стенок такой расчёт выполняется обязательно.

Кроме того, при проектировании необходимо предусматривать вероятность изменения гидрогеологии участка застройки не только в процессе исполнения работ, но и в будущем, при использовании здания. Проблемы могут вызваны:

естественными колебаниями отметки зеркала подземных вод, как сезонных, так и многолетних;
образованием верховодки (локализации поверхностной воды в пустотах грунта выше УГВ);
техногенными изменениями, влияющими на уровень залегания подземной воды;
степенью её агрессивности как по отношению к грунту, так и к материалам заглубляемых конструкций.

Гидрогеология

Возможные изменения гидрогеологической обстановки и вероятности подтопления на участке застройки должны оцениваться в процессе инженерных изысканий. Во всяком случае, для зданий I и II класса (жилые и общественные), это обязательно. При неблагоприятном развитии событий, проект сразу же предусматривает работы по укреплению грунта, дренажу и водопонижению, либо усиленной гидроизоляции (о способах гидроизоляции фундаментов читайте в статье).

На заметку! При закладке фундаментов ниже пьезометрического уровня (в случае с напорными водами), необходимо принять меры, предупреждающие их прорыв. Это чревато вспучиванием днища котлована и всплытием уже установленных конструкций.

Примечание: нормативные данные по глубине промерзания получают путём извлечения усреднённого показателя из суммы данных не менее чем за 10 зимних сезонов. Наблюдения производятся на площадке с ровным рельефом, очищенной от снежного покрова. Такие данные, как и сведения об уровнях грунтовых вод, отражаются на карте.

Вернуться к оглавлению

Фундаменты каркасных зданий

Тип фундамента определяется строением стен здания. Если это сборный железобетонный каркас, в котором вертикальными несущими элементами являются колонны, то для их установки применяются фундаменты стаканного типа (ГОСТ 24476*80).

Особенности устройства стакана под колонну

Их строение начинается от простого блока с выемкой, в которую вставляется и замоноличивается колонна, до башмака со стаканом, в основании которого имеется опорная подошва в виде одной или двух плит.

Примечание: первый вариант применяется для колонн сечением 300*300 мм (тип 1Ф), второй – для колонн 400*400 мм (тип 2Ф).

Фундамент под колонну, как и сама колонна, может быть и монолитным. В данный момент он представляет собой симметричную конструкцию ступенчатой формы с двумя или тремя выступами и подколонной выемкой. Если колонна тоже монолитная, то вместо подколонника в центре плиты при заливке устанавливают выпуски арматуры.

Донышко выемки, в которую устанавливается колонна, обычно делается на 5 см ниже, чтобы иметь возможность нивелировать отклонения от размеров путём добавления пескоцементного раствора. Верх подколонника чаще всего проектируется в одном уровне с планировочной отметкой грунта, составляющей -150 мм.
Высота такого фундамента определяется высотой подколонной части, и находится в рамках 1200 -3000 мм (через каждые 300 мм). Высота ступеней при этом остаётся неизменной. Фундаменты с высокими подколонниками применяют при закладке здания с подвалом, так как их подошва должна находиться ниже уровня пола помещения.
Их усиление производится сварной стальной сеткой с ячейкой 200*200 мм (защитный слой бетона не менее 35 мм) и горячекатанной арматурой с периодическим профилем класса А-II. Подколонная часть армируется аналогично колонне, которая будет в неё устанавливаться.

При заливке стаканов на объекте, для монолита применяются бетоны класса В15-В20. Обычно его используют под стальные вертикальные конструкции. Тогда подколонники делают без стакана, а вместо выемки в сплошном теле фундаментного башмака имеются анкерные болты для крепления колонны.

Фундаменты стальных колонн могут заглубляться и ниже трёхметровой отметки. Тогда могут применяться сборные подколонники (серия 1.411.1-3). Их нижние концы фиксируют на башмаке фундамента, а в верхней части подколонника предусматривают крепления под вертикальный элемент каркаса.

Монолитный фундаментный стакан может быть двойным в тех случаях, когда необходимо установить две смежные колонны. При этом одна из них вполне может быть стальной, а другая железобетонной.

Вернуться к оглавлению

Фундаменты для опоры сплошных стен

В зданиях, где основные нагрузки от веса здания воспринимает не каркас, а сплошные стены из блоков или кирпича, фундаменты представляют собой сборную или монолитную ленту. Лента может опираться как на грунт, так и на точечные опоры – столбы или сваи (в этом случае опорную ленту называют ростверком (о строительстве фундамента с ростверком рассказано в нашей статье)).

Сборная и монолитная лента

Лента может быть монолитной, но в целях сокращения сроков строительства на крупных промышленных объектах чаще проектируют сборные фундаменты. Они собираются из неармированных бетонных или железобетонных блоков, плит, подушек, а также укрупнённых или доборных элементов.

Плиты (подушки) укладываются плашмя в качестве основания и служат для увеличения площади опорной подошвы. Под ними должно быть предварительно выровненное песчаное основание, либо, если грунт нестабильный, выполняется бетонная подготовка. Блоки используют в качестве стен для вывода ленты на поверхность грунта.

Сборный фундамент может быть не только сплошным, но и прерывистым. Укладка блоков с разрывами до 90 см помогает сократить расход материала в тех случаях, когда грунт на участке имеет отличную несущую способность. Сокращаются расходы на оплату труда, и соответственно снижается себестоимость конструкции.

При устройстве ленты на просадочном грунте, поверх подушек — прежде чем монтировать блоки, устраивают шов толщиной до 5 см с заложенной в него прослойкой арматуры. Ещё один слой монолита, но уже толщиной до 15 см, предусматривают и поверх самого фундамента.

Подушку фундамента делают не из подушек, а монолитом, стенку так же собирают из блоков. Чаще всего такое строение необходимо, когда здание имеет подвал. В этом случае блоки выполняют функции только стенового материала, а монолит воспринимает нагрузки от веса здания и распределяет их на грунт.

Полностью монолитная лента имеет форму тавра с расширенной прямоугольной или ступенчатой подошвой. Она заливается по опалубке, установленной либо на уплотнённое насыпное основание, либо на жёсткий подготовительный слой из тощего бетона (подбетонку).

Перед бетонированием в опалубку предварительно монтируется объёмный арматурный каркас.

Столбы и фундаментные балки

Если основание вполне прочное, а здание одноэтажное и больших нагрузок не создаст, вместо более дорогой сплошной ленты проектируют фундаменты столбчатого типа.

Это монолитные бетонные столбы, расположенные в местах пересечения и примыкания стен, а также в промежутках между ними, с минимальным расстоянием 3 м (максимум 6 м).

Все опоры связываются между собой фундаментными балками – железобетонными или металлическими, которым и предстоит воспринимать нагрузку от веса стен.

Чтобы уменьшить их деформацию, под балками может быть устроена подсыпка из песка или шлака, толщина которой может достигать полуметра.

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.

Сейчас при возведении оснований под металлические колонны стали практиковать анкерные соединения, установленные в колодцах. Такие углубления заделываются в последнюю очередь, ведь головка болта измеряется геодезическими приборами, уточняется его положение и горизонтальное расположение.

Все монолитные подушки соединяются с колоннами с помощью мощных анкеров, ведь нагрузки на подушку огромные через большое расстояние между колоннами. Поэтому, кроме соединений, дополнительно используют специальные строительные обвязки и соединение конструкций в верхнем положении на ростверке. Обвязки состоят:

Металлического каркаса для фиксации болтовых шаблонов.
Металлических шаблонов. Их применяют для непосредственной фиксации конструкций, монтажа анкеров и болтовых соединений.

Также можно на бетонное основание устанавливать металлические рамки, обхваты и фиксаторы, соединять их между собой. После того, как все армирующие элементы между собой соединены, конструкция заливается бетоном и оставляется на месяц сохнуть. При этом все шаблоны и кондукторы демонтируются.

Как делается расчет колонного фундамента

Монолитный столбчатый фундамент под металлическую колонну

Как правило, расчет фундамента для металлической колонны подразумевает, способен ли грунт выдержать расчетную нагрузку фундамента, с которой он будет воздействовать на квадратном сантиметре площади, и сбор всех данных о будущем строительстве. Фактически, нужно получить полную информацию о здании, грунтах и грунтовых водах, провести сбор и систематизацию полученных данных и уже на их основании передать строителям готовый проект. Для этого нужно:

получить от архитектора проект будущего здания, спецификацию строительных материалов и коммуникаций;
рассчитать полную площадь опоры;
сделать сбор всех параметров, систематизировать их и получить фактическое расчетное давление здания в целом.

Как узнать нагрузку, которая будет создавать само здание? Для этого нужно получить подробные данные о самом здании, сделать сбор массы и характеристик всех материалов, которые могут использоваться при его возведении, а также проектируемых коммуникаций, будущей мебели, количества снега на крыше. Такой расчет состоит из нескольких частей:

Расчет перекрытий зданий и стальных колонн. Сначала нужно узнать массу самой металлической колонны, ведь она также, хоть и незначительно, создает давление на грунт. Для этого требуется посчитать объем конструкции. Делается это по геометрической формуле вычисления объема цилиндра. Так получится объем, который затем умножается на плотность металла для получения массы стальной колонны.
Затем нужно узнать массу перекрытий. Как правило, это фабричные изделия и каждый производитель уже указывает их массу. Поэтому, достаточно связаться с поставщиками.
Бывают случаи, когда на металлические колонны устанавливается ростверковая конструкция. Ее массу также не проблема рассчитать, ведь для этого достаточно знать, какое количество бетона или готовых бетонных конструкций пойдет на строительство ростверка.
Расчет массы стен. Тут многое зависит от материала, ведь кирпич весит меньше, чем бетон, но больше, чем пеноблоки. Соответственно, стоит провести сбор данных обо всех строительных материалах, используемых при строительстве здания.
Расчет крыши. Сюда входит спецификация материалов, из которых сделано чердачное помещение, а также спецификация всех материалов крыши, вплоть до внешнего покрытия. При проектировании сооружения архитектор предоставляет подробную спецификацию, поэтому посчитать суммарную массу конструкций не составит труда.
После суммирования всех полученных данных будет вычислена цифра, которая характеризует максимально допустимую нагрузку на опоры фундамента.

Чтобы узнать, какая сила давит на единицу площади опоры, нужно знать ее габаритные размеры. Если стальной столб имеет квадратное сечение 50 х 50 см, то площадь опоры будет составлять 2500 см². Тогда давление, которое будет воздействовать на единицу площади грунта, вычисляется методом деления массы здания на площадь одной опоры.

Но всегда существует правило: большее количество опор не будет лишним, поэтому часто проектировщики устанавливают опоры с интервалом приблизительно 1,5 – 3 м. Это делается с целью предоставления необходимого резерва прочности на конструкции, связанные с несанкционированной достройкой, обустройством помещений или установкой тяжелого промышленного оборудования. Как правило, при расчетах предоставляют обязательный 50% резерв прочности на каждую опору.

Использование анкеров при укладке опор

Фундамент под металлическую колонну укладывается с применением анкерных болтов. Эти анкера укладывают прямо в саму опору. Укладка должна происходить под строгим контролем и с точной разбивкой. Допустимое отклонение около 2 мм.

Все анкера устанавливаются на осях и крепятся на самом верху опалубки. Важным этапом является контроль над установкой таких болтов. Должна контролироваться высота положения. Для этого используют шаблон или кондуктор. Он помогает правильно установить все болты. Шаблон – специальная рама, которая сделана из металла или дерева. В ней находятся специальные гнезда для прикрепления болтов. Также на ней находятся специальные риски, с помощью которых она крепится на опалубке к осям по всей опоре.

Не так давно анкерные болты начали помещать в колодцы, которые оставляют в конструкции и заделываются уже после всей установки. Анкера больших размеров и со значительным весом укладывают в опорах под очень высокие постройки (их используют под колонны промышленных зданий). Чтобы их удержать, делают некие приспособления. При установке таких устройств используют каркасы, которые используют для поддержки шаблонов с анкерными устройствами в необходимом положении при заливании бетонной смеси, и шаблоны, которые используют для прикрепления анкеров.

Устройство анкера очень сложное в установке. Крепления производятся с высокой точностью и делаются очень надежно. При укладке именно замеры и разметка считается самой сложной задачей. Для надежности и большей точности изготавливают специальные шаблоны, которые называют кондукторами. Это по своей сути такие приспособления в виде рам, которые делают из металлических отрезков. На этой раме точно проведены оси, сделаны отверстия для разметки будущих креплений. Если в работе будут использовать легкие болты, то такой кондуктор можно изготовить из дерева.

Особенности фундамента под металлические колонны

Есть здания, в которых требования к прочности увеличены. Это строения, относящиеся к объектам промышленного назначения, энергетики.

Как правило, здесь используется столбчатый фундамент под металлическую колонну каркасного типа, когда нагрузка от здания приходится на металлические столпы, устанавливаемые внутри чаши, выполненной из бетона. Особенность фундаментов под колонны из стали заключается в том, что предварительно подготавливается подушка, внутри которой делается углубление. Сюда и будет крепиться колонная, путем анкерной фиксации.

Этапы строительства

Применение металлических столпов не предполагает наличие сборных конструкций. В противном случае пришлось бы делать дополнительный расчет несущих характеристик строения.

Оптимальный вариант – это использование монолитного фундамента из бетона. Указанный вид основания прочнее, быстро заливается. Строительный процесс разделяют на следующие этапы:

Предварительно рассчитывают максимально допустимые нагрузки, оказываемые на подушку основания;
Проводится разметка точек, где будут установлены колонны. Затем проводятся земляные работы;
Роется скважина. Длина и размер котлована зависит от сечения металлической колонны и расчетной глубины;
Теперь нужно сделать внешнюю опалубку. Для этого берутся доски, рекомендуется использовать фанеру с влагостойким покрытием. Как правило, такая опалубка несъемная;
Делается подушка из песка и гравия. Предварительно поверхность грунта выравнивается, затем засыпают песок. Слой не больше 15 см, тщательно трамбуется. Сверху засыпается щебень. Слой не больше 20-25 см. Также тщательно трамбуется и выравнивается по горизонтали;
Следующим этапом идет создание армирующего пояса, который будет основным. Металлические прутья устанавливаются по периметру подушки. Арматуру располагают как по вертикали, так и по горизонтали;
Теперь подготовленный котлован заполняют бетонным раствором

Важно использовать бетон марки 200М. Перед тем, как запускать раствор необходимо установить геодезические уровни, а также высотные знаки

Это будут указатели, где будут размещаться металлические колонны. Также эти указатели помогут при проведении ремонтных работ фундамента, из-за просадки.

Внутри углублений устанавливаются анкерные соединения, с помощью которых происходит крепление стальных элементов. Но и здесь есть свои особенности.

Надежность и прочность крепления проверяется следующим образом: после того, как анкера привариваются к арматурному слою, бетонное основание разбивают и смотрят на состояние болтов. Если последние остались на месте, значит, монтаж проведен правильно и можно продолжать строительство. В случае, когда конструкция отклонилась от центра даже на 2 миллиметра, возникает необходимость замены анкерных болтов. Проверку проводят после каждой установки. В противном случае возведенная конструкция будет неустойчивой и может привести к разрушению здания.

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.

Основные характеристики кранов

При проектировании новых сооружений основные
характеристики кранов следует принимать по стандартам типов, основных
параметров и размеров (пока такие стандарты имеются только для специальных
кранов с гибким подвесом траверсы и для нескольких видов (металлургических
кранов) или по техническим условиям заводов подъемно-транспортного оборудования
(ЗПТО), выпускающих краны: общего назначения — табл. и специальные — табл. . При
реконструкции эти характеристики следует принимать по паспортным данным
установленных кранов. Характеристики ранее выпускавшихся кранов приведены также
в Справочнике по кранам. Т. 2. Характеристики кранов, крановые механизмы, их
узлы и детали, техническая эксплуатация (Л., 1973).

При возведении не только жилых и производственных зданий, но и эстакад, а также иных сооружений нередко основными элементами, несущими на себе нагрузку, являются колонны.

Они бывают различными по характеристикам и способу производства, но одно их объединяет — такие конструкции становятся основой каркаса, держащего на себе остальные детали.

Чтобы колонны гарантировали надежность дома, их необходимо монтировать строго по проекту, допуская лишь незначительные отклонения от предварительно рассчитанных величин.

Из-за этого при выполнении стадии проектирования, а затем его практического воплощения огромное внимание стоит уделять сооружению фундаментов.

Устройство

Обычно в качестве основания металлических колонн применяют монолитный железобетон. Его каркасом становится армированная конструкция, завершением которой вверху установлены в строго определенной последовательности анкерные болты.

Сама по себе технология заливки подобного фундамента аналогична той, которая выполняется при монтаже железобетонных опор, но вместо стакана предусмотрено оборудование анкерных болтов, устанавливаемых посредством применения кондуктора.

На заметку. Дополнительной особенностью является чрезвычайная точность разметки, по которой происходит установка крепежа.

При проектировании часто применяют типовые серии готовых оснований:

Артикул	Назначение
1.012.1-3.97	Для стальных колонн инженерных сооружений и производственных зданий
1.812.1-5с	Для металлических колонн в зданиях сельскохозяйственного назначения (при строительстве в опасных с точки зрения сейсмичности регионах)
1.412-1	Для типовых прямоугольных колонн одноэтажных производственных сооружений

Виды и состав

Все столбчатые основания делятся на две категории:

Обратите внимание! При выборе материала руководствуются предполагаемыми нагрузками, поэтому металлические колонны крепят лишь на монолитное основание.

Критерии выбора типа основания

Вариант фундамента рассчитывают, руководствуясь свойствами грунта. Существует четыре группы оснований:

ленточное (чрезвычайно прочное, легкое в монтаже, его применяют для крупных сооружений, выполняя одномоментный залив бетона);
сплошное (выполняется монолитная непрерывная заливка, хотя такой вариант редко используется под колонны, особенно металлические);
свайное (применяют железобетонные столбы редко при монтаже колонн, поскольку получаются слабые крепления);
столбчатое (это идеальный способ монтажа колонн, фундамент получается устойчивый).

Для крепления колонн необходимы особо прочные материалы, позволяющие придать максимальную устойчивость конструкции. Нарушение этого параметра на любой опоре грозит обрушением всего сооружения. По этой причине нежелательно использовать сваи, невзирая на то, что они являются долговечным материалом. При креплении металлических колонн уместно изготавливать столбчатый фундамент, когда этому не противоречат специфические показатели почвы.

Здания, в которых предполагается общественное времяпровождение, практически всегда монтируют на стальных колоннах, покрывая их антикоррозионными средствами. В качестве фундамента допускается использование ленточной заливки, которая хорошо выдерживает значительное внешнее давление. Однако сначала требуется скрупулезно изучить грунт, поскольку для торфяника такой вариант основания не подходит.

На заметку. Чтобы монтировать столбы поверх ленточного основания, требуется заранее рассчитывать как анкерные устройства, так и схему прокладки канализации, инженерных трубопроводов, электропроводки. Такие нюансы нужно непременно учитывать.

Расчеты перед началом укладки опоры

Подробный расчет колонного основания выполнить достаточно трудно, поскольку необходимо учитывать одновременно множество параметров. Естественно, самостоятельно подобные вычисления невозможно произвести, требуется хорошая практика и специальное образование. Перед началом такой работы требуется получить такие сведения:

нюансы климатических условий, характерные для региона расположения строительной площадки, ветровые нагрузки, их тип, периодичность и мощность атмосферных осадков;
детальная геодезическая карта, содержащая скважинный анализ, чтобы стала ясной структура грунта, толщина прочных и слабых пород (еще необходимо иметь данные, касающиеся грунтовых вод);
масса сооружения (чем тяжелее строение, тем более мощные нужны колонны);
тип колонны, степень ее сжатия и растяжения, несущие характеристики;
марка бетона, его эксплуатационные характеристики;
конфигурация будущего сооружения, его высота, материал перекрытий и несущих стен.

Технология возведения

Перед возведением любого фундамента проводятся земельные работы (расчистка, копка, устройство дренирующей подушки).
Перед заливкой бетонной смеси также требуется соорудить качественную опалубку. Ее монтаж начинают делать снизу, закрепляя удерживающие щиты. Предварительно необходимо заготовить доски, длина которых соответствует расстоянию между колоннами. Чтобы их закрепить, вбивают удерживающие колья.

Способы крепления столбов

Установку стальных опор осуществляют различными методами:

Важно! Каким бы ни был выбранный метод монтажа, главное внимание уделяют точности расчета колонн, соответствию их стандартам, высококачественному креплению.

Использование анкеров при установке

При изготовлении фундамента него монтируются анкерные болты. Их укладывают непосредственно в опору. Такая закладка происходит непременно при строгом наблюдении, после выполнения точной разбивки. Максимально допустимое отклонение составляет 2 мм.

Каждый анкер крепится на осях в верхней части опалубки. Весьма ответственный момент — контроль установки. Обязательно следят за высотой положения болтов, использую для этого кондуктор либо шаблон. В качестве шаблона используют специальную деревянную или металлическую раму. В ней присутствуют гнезда, специальные риски, благодаря которым изделие прикручивают к осям на опоре поверх опалубки.

Чтобы сохранить обязательное вертикальное положение анкеров, их выверяют уровнем, а затем приваривают непосредственно к арматуре. Далее все заливают бетоном.

Непременно контролируют, насколько устойчивы болты, а также опалубка, затем организуют высотное расположение схемы.

Недавно строители начали помещать анкерные болты в колодцы, оставляемые внутри конструкции, а после заделываемые, когда финиширует этап установки колонны.

Большие анкера, имеющие значительную массу, укладывают внутри опор при существенной высоте здания. Чтобы их там удержать, организуют специальные приспособления в виде каркасов, способных выполнять поддержку шаблонов в требуемом положении до момента заливания раствором бетона.

Анкера невероятно сложно монтировать. Крепления выпускают высокоточными, они изготовлены очень надежно. Наиболее трудная задача — выполнить точную разметку по замерам.

Для надежности, чтобы гарантировать точность установки, используют кондукторы. Эти шаблоны по сути аналогичны рамным приспособлениям, которые выполняют из отрезков металла. На раме максимально точно проведены линии осей, выполнены отверстия, через которые проводят разметку установки анкеров. Если предполагается применять легкие болты, кондуктор делают деревянным.

Из видео узнаете о монтаже металлических колонн на анкера:

Кондуктор-шаблон крепежа анкерных соединений

Во время заливки основания под стальные опоры применяют специальный кондуктор. Благодаря этому приспособлению удается контролировать высоту и глубину крепления анкерных болтов. Фактически это своеобразный шаблон для монтажа анкеров.

Обычно изделие выполняют из металла, нанося на его верхней поверхности риски, служащие для совмещения отверстий с осями, а затем последующей проверке точности установки теодолитом. В плите выполнены крепежные отверстия, диаметр которых идентичен тому, что у болтов.

Непосредственно перед заливкой смеси анкера приваривают к каркасу арматуры, а потом до момента набора бетоном технической твердости, выполняется проверка точности расположения болтов. Завершающая стадия — контроль жесткости, как самой опалубки, так и закрепленных анкеров. После такой контрольной операции уточняется показатель расположения по высоте и в плане.

Справка. При промышленном строительстве стальные конструкции мощные, поэтому для их крепления применяют усиленные анкера. Их размеры значительно отличаются от тех анкерных соединений, которые используются в жилищном домостроении.

Монтаж тяжелых болтов делают, устанавливая в требуемом положении шаблон перед заливкой бетоном фундамента. Для гарантированной фиксации этих шаблонов применяют дополнительный крепеж каркасными стойками, благодаря чему конструкция получает большую жесткость.

Когда бетонная смесь уже залита, снимают шаблоны анкеров, оставляя на месте каркас. Организуя эту стадию работ, пристальное внимание уделяют точному размещению анкеров, причем непременно контролируют все параметры: вертикальность монтажа, глубина заложения и высота выступающей части. Хотя это наиболее трудоемкое мероприятие, но без него невозможно гарантировать точность установки фундамента.

Чтобы облегчить действия, применяют различные эталонные образцы кондукторов. Их сваривают из стального швеллера большого размера, наносят на площадку координаты осей. Благодаря материалу шаблон имеет жесткость и значительную массу. В требуемых точках просверливают отверстия, соответствующие диаметру анкеров. При использовании легких болтов достаточно для кондуктора применять деревянный брус.

Заключение

В любой постройке фундамент — важный элемент, ему требуется особое внимание. Поэтому изучение процесса изготовления основания требуется как строителям, так и заказчикам. Ведь понимая технологию, проще делать индивидуальные замечания, чтобы в итоге получить нужный результат.

Надёжность силового замыкания конструкций каркаса в производственных зданиях цехов зависит от способа соединения фундаментов с колоннами.

Особенно это важно для многоэтажных и многопролётных зданий, а также для строительных объектов, возводимых на проблемных грунтах.

Значение имеет и характер производственных процессов, которые будут проводиться в будущем цехе.

Общие вопросы проектирования

При разработке конструкций оснований производственных построек учитываются следующие факторы:

Тип здания.
Характер несущего каркаса.
Геологические и гидрогеологические условия площадки строительства.
Возможности средств механизации, используемых для проведения строительных работ.

В зданиях цехов, предназначенных для выполнения производственных операций на тяжёлом оборудовании, часто предусматривают развитое подземное хозяйство (приямки, тоннели, колодцы). Поэтому конструкции оснований должны учитывать глубину подземных коммуникаций, которая может достигать 6…8 м.

Кроме того, сетка колонн в таких зданиях может составлять 36×12 м, при грузоподъёмности мостовых кранов до 50 т., что предопределяет повышенные нагрузки и напряжения изгиба, которые проявляются в случае внецентренного нагружения.

Важно! В ходе проектирования должны учитываться вопросы защиты оснований от агрессивного воздействия жидкостей, которые проникают в нижележащие грунты, а также разрушающее воздействие блуждающих токов.

При промышленном строительстве типовых объектов стремятся применять сборные или монолитные конструкции, размеры которых согласовываются с габаритами колонн, ферм, балок, а также других монтажных единиц.

Разновидности оснований

Распространение получили следующие типы оснований:

Справка. Выбор в пользу того или иного типа основания производится только после оценки физико-механических показателей грунта, близости подпочвенных вод и характера основных производственных процессов в будущем цехе.

Размеры

В случае осевого приложения главных технологических усилий основания под колонны выполняют квадратными в плане. Область применения таких фундаментов – здания, не имеющие мостовых кранов (или кран-балок), когда эксцентриситет приложения нагрузки практически отсутствует.

Площадь основания и габаритные размеры определяют, исходя из величины предельных действующих усилий и расчётного сопротивления грунта, который находится в основании. Во всех случаях давление на основание под фундаментом ниже, чем в стволе колонны. Поэтому размеры подошвы (даже при скальных грунтах) получаются значительно больше поперечного сечения колонн, а сам фундамент несколько расширяется книзу.

Материалом для оснований столбчатого типа обычно служит железобетон. Крайне редко, при малых размерах площади промышленного здания и небольших нагрузках, фундаменты могут предусматриваться неармированными. Обычно форма фундамента представляет собой усечённую пирамиду с углом при основании не менее 600, однако по ГОСТ 24476-80 допускается оформление и в виде ступенчатых прямоугольных элементов.

Если по каким-то соображениям угол наклона пирамиды менее 450, требуется проведение дополнительных расчётов на скалывание бетона и его возможный изгиб по основанию уступа от давления нижележащего грунта.

На заметку. При размерах основания до 1500 мм его обустраивают в форме плиты высотой не менее 450 мм, а, если его глубина достигает 3000 мм, предусматривают два или три уступа.

Если эксцентричность нагрузки на колонны возрастает, то размеры фундамента в опасном направлении увеличивают таким образом, чтобы соотношение сторон прямоугольника находилось в диапазоне 3:1. Поперечное сечение (либо размеры ступеней) принимаются аналогичными как для зданий, не имеющих внецентренных нагрузок.

Присоединение железобетонных столбов

Выбор способа крепления определяется условиями заглубления основания в грунт. Ограничения сводятся к следующим:

При наличии подземных сооружений – до глубины, не менее чем на 500 мм превышающей отметку пола подвала или тоннеля.
Если по плану предусмотрены местные заглубления (например, приямки под технологическое оборудование), а также в случаях, когда эксплуатационные характеристики грунтов в месте строительства промышленного здания резко различаются между собой, фундаменты закладываются на разных уровнях.
Основания под сборные железобетонные колонны устраиваются в виде стаканов. Верхняя часть таких стаканов выполняется с зазором 50…75 мм от соответствующего сечения колонны, глубина – не менее 150% от сечения колонны. Толщина стенки стаканов не должна быть менее 200 мм. Толщина днища стакана определяется по результатам расчётов на продавливание днища массой колонны.

После установки нижней части колонны зазор заполняется массой бетона (марки от В20 до В25), при подготовке которого используется мелкий щебень или гравий. Когда стакан заполнен, котлован досыпается грунтом; уровень такой засыпки должен совпадать с уровнем подготовки под полы в цехе.

Для возможности пропуска рядом с колонной подземных трубопроводов, кабелей или инженерных каналов верх фундамента обычно находится на глубине не менее 500 мм от уровня пола.

Обратите внимание! Приведенная технология крепления используется как для цельных одноступенчатых оснований, так и для сборных, которые составляются из отдельных элементов.

Крепление к основаниям специального типа

Такие фундаменты принимаются под колонны переходных рядов: там, где друг к другу примыкают пролёты различной величины или с разными параметрами грузоподъёмности кранового оборудования. Специальные фундаменты предусматривают также и в сечениях с температурными швами, когда парные колонны устраиваются в обоих направлениях.

Установка парных колонн обеспечивает независимость их деформаций при изменении температуры несущих конструкций, что часто наблюдается в цехах горячей обработки металлов, металлургических термических и т.п. Основания парных опор в температурных швах всегда устраиваются общими с отдельными стаканами для каждой колонны.

Особый способ крепления предусматривается для соединения фундаментов со стальными колоннами. При опирании такой колонны на основание верхняя его плоскость устанавливается на 10…15 мм ниже, чем основание металлического опорного стакана, а в тело фундамента заделываются не менее четырёх анкерных болтов по ГОСТ 24379.1-2012 диаметром 24…80 мм.

Для изготовления болтов используют стали ст3пс ГОСТ 380-2005, сталь 20 по ГОСТ 1050-2013, а, при ожидающихся сезонных перепадах внешних температур – сталь 10Г2С ГОСТ4543-2016. При монтаже анкерные болты вводятся в зазоры между стаканом и образующей стержня болта, после чего закрепляются при помощи гаек. Остающиеся зазоры подливаются цементным раствором.

Справка. Предварительная затяжка крепежа должна составлять не менее 70% от проектных значений статических усилий на анкерные болты, и не менее 110%, если металлическая колонна будет работать в условиях динамических нагрузок.

Заключение

После завершения монтажных операций в местах соединений обустраиваются приямки, перекрываемые съёмными плитами; это необходимо для удобства демонтажа конструкции в будущем.

Читайте также: