Стык колонны с фундаментом
Обновлено: 01.05.2024
Устойчивость, надежность и долговечность сборных зданий сооружений во многом зависят от качества выполнения рабочих стыков сборных элементов и конструкций и их замоноличивания.
В зависимости от количества и вида сопрягаемых элементов соединения делятся на стыки, узлы и швы. Соединение между собой в одном месте двух конструктивных элементов (например, колонны с фундаментом) называется стыком, а трех и более элементов - узлом. Примером последнего может служить соединение колонны, ригеля и плит перекрытий в многоэтажных каркасных зданиях. Швом называют место контурного соединения (соприкасания) между отдельными конструктивными элементами, например плитами покрытий, стеновыми панелями и др.
В зависимости от места сборки конструкций стыки и узлы бывают заводские, укрупнительные и монтажные. Укрупнительные соединения выполняются на площадках укрупнительной сборки, монтажные - при монтаже конструкций на объекте.
По виду расчетной нагрузки и конструктивному решению стыки и узлы подразделяются на несущие и ненесущие. Несущие соединения могут быть шарнирными и жесткими. По способу закрепления конструкций между собой соединения делятся на «сухие», замоноличенные и смешанные.
Соединения с помощью сварки, болтов или заклепок относятся к (сухим). Замоноличенными называются соединения, где промежутки между конструктивными элементами заделываются бетоном, раствором, пластическими массами и другими материалами. При устройстве таких соединений в большинстве случаем, необходима установка опалубки для укладки замоноличивающего материала и выдерживания его в определенных условиях до набора требуемых свойств.
Смешанные соединения наиболее сложные. В них конструктивные элементы первоначально свариваются или соединяются болтами (заклепками), а затем замоноличиваются. Чтобы предотвратить коррозию, на металлические элементы соединений наносят до замоноличивания антикоррозионные покрытия.
Соединения сборных железобетонных колонн одноэтажных промышленных зданий с фундаментами стаканного типа замоноличивают бетоном после выверки и закрепления колонн с помощью монтажных приспособлений (рис. 6.25). Для обеспечения возможности последующего извлечения клиновых вкладышей последние до бетонирования закрывают кожухами, которые снимают после начала схватывания бетона. Класс бетона принимается по проекту, но не ниже В15. Клиновые вкладыши извлекают после достижения бетоном прочности, указанной в ППР, а в случае отсутствия указаний - при 70 % проектной прочности. Гнезда от вкладышей заделывают бетоном. Вместо клиновых вкладышей возможна установка бетонных или стальных клиньев.
Стык подкрановых железобетонных балок с колоннами обеспечивается соединением сваркой закладных деталей (рис. 6.25, б). Сварку выполняет дипломированный сварщик в соответствии с проектом: длина шва, высота катета шва. Это - рабочий стык, воспринимающий все расчетные нагрузки.
После этого звено бетонщиков замоноличивает стык мелкозернистым бетоном на быстротвердеющем расширяющемся цементе.
Для замоноличивания стыка бетоном устанавливают инвентарную опалубку, состоящую из трех щитов-накладок (две боковые и одна передняя) и зажимных скоб, Собранная опалубка закрепляется на стыке зажимными винтами. Распалубку производят при наборе бетоном 50 % проектной прочности.
Стык железобетонной фермы или балки выполняется на сварке (рис. 6.25, в). Предварительно строительная конструкция закрепляется анкерными болтами в голове колонны, а после окончательной выверки положения конструкций опорный лист фермы сваривается с закладной деталью на колонне двумя боковыми швами.
Плиты покрытия соединяются со стропильными конструкциями (балки, фермы) путем приварки закладных деталей ребер плиты в местах опирания к закладным деталям верхнего пояса стропильных конструкций. Первая смонтированная плита приваривается в четырех опорных местах, а последующие - не менее чем в трех. Швы замоноличивают бетоном или раствором марки, указанной в проекте, но не ниже М50. Для предотвращения вытекания раствора или цементного молока в нижней части шва прокладывают жгут из кровельного материала (рубероид, пергамент и др.).
При возведении каркаса многоэтажных зданий существенно повышаются требования к точности сборки конструкций и значительно уменьшаются допуски. Для их возведения свободный метод монтажа, применяемый для одноэтажных промышленных зданий, не используется. При сборке многоэтажных зданий используются специальные механические устройства - кондукторы: одиночные, групповые (рис. 6.32, 6.33), а также высокоточные системы рамно-шарнирных индикаторов на 8. 12 колонн (РШИ) (рис. 6.34). Системы РШИ позволяют исключить операцию выверки колонны. После постановки колонны в гнездо РШИ выполняется рабочий стык. Точность установки колонны обеспечивается инструментальной выверкой всей системы РШИ и жесткостью ее каркаса.
 |
| Рис. 6.32. Одиночный кондуктор для установки колонны на колонну |
 |
| Рис. 6.33. Последовательность монтажа элементов каркаса с применением одиночного кондуктора: а - установка кондуктора; б - установка колонн; в - укладка ригелей 1-го этажа; г - укладка рядовых плит перекрытий 1-го этажа; д - снятие кондуктора; е - укладка ригелей 2-го этажа; ж - укладка связевых плит 2-го этажа; з - укладка плит перекрытий 2-го этажа; 1 - одиночный кондуктор; 2 - оголовок нижестоящей колонны; 3 - колонна; 4 - хомут; 5 - ригель; 6 - передвижные подмости; 7 - плита перекрытия; 8 - связевая плита |
 |
| Рис. 6.34. Схема рамно-шарнирного индикатора: а - план; б - вид сбоку; 1 - монтируемая колонна; 2 - трос для закрепления колонн; 3 - колонна; 4 - поворотный хомут; 5 - продольная тяга; 6 - узел продольного перемещения; 7 - натяжное устройство хомута; 8 - поперечная тяга; 9 - подвижной упор хомута; 10 - узел поперечного перемещения; 11 - тормозные узлы крепления рамы; 12 - поворотная люлька; 13 - настил; 14 - лестница; 15 - ограждение; 16 - плавающая рама; 17 - шариковые опоры; 18 - стойки подмостей; 19 - опорная лапа; 20 - фланцевый стык |
Сопряжения (узлы) отдельных элементов каркаса показаны на рис. 6.35. Технология выполнения сопряжений следующая.
Стыковка колонн по высоте (ярусам) производится путем соединения выпусков продольной арматуры колонн встык с помощью ванной сварки, установки на арматурные стержни спиральной арматуры, хомута и последующего замоноличивания бетоном не ниже В25.
 |
| Рис. 6.35. Узлы сопряжения каркаса многоэтажного здания: а - стык колонны на накладках; б - то же, с ванной сваркой рабочих стержней (выпусков); в - соединение ригеля с колонной с ванной сваркой арматурных выпусков и проходных стержней; г - замоноличивание стыка; д - соединение на накладках со сваркой закладных деталей |
Замоноличивание стыка выполняется с помощью опалубки и осуществляется двумя способами в зависимости от типа опалубки. При использовании инвентарной стальной опалубки замоноличивание выполняется в два этапа. На первом этапе производят зачеканку полости между стыкуемыми оголовками жестким мелкозернистым бетоном, на втором - устанавливают вокруг стыка инвентарную опалубку, состоящую из двух Г-образных частей и соединяемую на болтах. Бетонную смесь подают через боковые карманы и уплотняют. После завершения работы оставшийся в карманах бетон срезают заподлицо с гранями колонны с помощью забивной стальной задвижки. Опалубку снимают после набора бетоном не менее 30 % проектной прочности.
При рамно-связевой схеме зданий жесткость соединения ригелей с колоннами достигается следующим образом. Сваривают между собой закладные детали в нижней части и арматурные выпуски в верхней части ригеля. Зазор в нижней зоне стыка между ригелем и колонной зачеканивают жестким бетоном или раствором. Затем на узел устанавливают и закрепляют инвентарную металлическую опалубку и оставшуюся полость заполняют бетоном класса не ниже В15.
Соединение плит перекрытий с ригелем и между собой обеспечивается привариванием закладных деталей на нижней части ребер в местах опирания и в верхней части опорных полок ригеля с последующим замоноличиванием швов между плитами и вокруг колонн бетоном. Межколонные и крайние плиты, расположенные вдоль стен здания, приваривают к ригелям в четырех местах и соединяют между собой по верху концов продольных ребер стальными накладками.
Остальные плиты, кроме одной последней плиты пролета, приваривают в двух (при опирании на полки) или в трех (при опирании на верх ригеля) местах.
Конструктивные решения стыков колонн по высоте могут быть со стальными оголовками и без оголовков.
Стык колонн со стальными оголовками выполняют в следующем порядке. После выверки и закрепления соединяемых частей к стальным оголовкам колонн приваривают арматурные накладки. Затем зазор между торцами колонн зачеканивают и к накладкам приваривают по периметру арматурную сетку.
Наружные стеновые панели в каркасных зданиях могут быть самонесущие или навесные. Самонесущие панели опираются друг на друга. Вертикальные нагрузки передаются на рандбалки, горизонтальные - на колонны через привариваемые к ним крепежные уголки или стержни с накладками. Навесные панели после установки на опорные столики приваривают сверху и снизу к соединительным деталям колонн (рис. 6.25, д; е).
Горизонтальные и вертикальные швы стеновых панелей заделывают цементным раствором. При повышенных эксплуатационных требованиях швы герметизируют снаружи упругой прокладкой и мастикой. Замоноличивание швов выполняют в следующем порядке. Перед монтажом очередной верхней панели расстилают раствор по горизонтальной поверхности ниже установленной смежной панели. После установки и закрепления верхней панели навешивают опалубку на вертикальный стык и заливают его раствором. С внутренней стороны швы между панелями расшиваются или затираются цементным раствором.
Герметизацию и защитное покрытие наружных швов выполняют с навесных люлек.
Источник: Технология строительных процессов. Снарский В.И.
Одной из основных задач при проектировании стальных рамных каркасов многопролётных зданий является закрепление колонны в фундаменте, обеспечивающее восприятие поперечной и продольной сил, а также изгибающего момента расчетной величины при основном и особом сочетании нагрузок.
В соответствии с расчётной схемой металлического каркаса многопролётного здания имеется в узлах соединения колонны с фундаментом либо шарнирное, либо жёсткое сопряжение (рис.1).
Рис.1. Узел соединения колонны с фундаментом
При анализе проектной документации нескольких зданий для Пензы и Пензенской области выявлено, что соединение металлической колонны из прокатного двутавра с железобетонным столбчатым фундаментом осуществляется через металлическую базу из плиты базы и четырёх анкерных болтов (рис. 2). Причём анализируемые проекты имели здания с несколькими пролетами и высотой не менее трёх этажей. Соединения несущих балок с колонной осуществлено по шарнирной схеме. Естественно, что при определении усилий в элементах поперечной рамы необходимо было вводить жёсткое соединение фундамента с колонной в виде жёсткого закрепления, так как в противном случае система становится статически изменяемой (при шарнирном соединении колонн с фундаментом). В рабочей же документации показывается узел соединения колонны с фундаментом через плоскую плиту и четыре анкерных болта.
Рис. 2. Соединение колонн с железобетонным фундаментом
Вместе с тем базы колонн имеют закрепления нижнего конца в фундаменте либо шарнирное, либо жёсткое. Причём если колонны центрально сжаты, то крепления их к фундаментам можно осуществлять непосредственно за опорную плиту болтами, чаще всего двумя и иногда четырьмя, которые условно можно назвать монтажными. При этом такое закрепление называют шарнирным, так как на плиту базы не действует изгибающий момент (М=0). Анкерные болты должны воспринимать изгибающие моменты и работать, как правило, на растяжение, что приводит к тому, что база проектируется с наличием распределительных траверс по схеме на рис.3, то есть жёсткой.
Рис. 3. Жёстко опёртая база внецентренно-сжатой колонны
Напряжение под плитой базы колонны определяется в зависимости от величины значений N и M по формуле:
,
где В — ширина плиты базы, а L — длина базы.
Значения этих напряжений могут быть разные в виде схем (рис.4):
Рис.4 Эпюры нагружения
Анализируя оба варианта эпюр нагружения, можно сказать, что по первому варианту болты не работают на растяжение и их условно можно назвать монтажными, так как они работают на сжатие.
По второму варианту контактная зона плиты с фундаментом не может воспринимать растягивающие напряжения и растягивающие усилия, воспринимаемые анкерными болтами. Сила, которую воспринимают анкерные болты, определяется из условия статического равновесия системы по формуле:
,
где M и N — расчётные усилия для фундаментной плиты; — сила, которую воспринимают анкерные болты; a — расстояние от центра тяжести плиты базы до центра тяжести эпюры сжатых напряжений под плитой базы; y — расстояние от анкерных болтов до центра тяжести эпюры сжатых напряжений.
Чем меньше будет значение продольной силы и больше значение изгибающего момента, тем больше будет значение силы . Выполняя соединение колонны с плитой базы по рисунку 1 это соединение в технической литературе [1], [2], [3] всегда считалось шарнирно опёртым. Тем не менее, имеется техническое решение по типовой серии 1.423.3–8 вып.2, когда базу колонн проектируют без траверс для бескаркасных зданий, в зданиях с подвесным транспортом и с мостовыми кранами общего назначения грузоподъемностью до 5 тс. Такая плита базы должна быть рассчитана на изгиб по схеме на рис.5.
Рис.5 Схема грузовой площади при расчёте плиты базы на изгиб от отпора фундамента на плиту
Расчет плиты ведут по следующей методике, описанной в [5]:
Толщину опорной плиты следует определять расчетом на изгиб пластинки по формуле
(1)
где Мmax — наибольший из изгибающих моментов М, действующих на разных участках опорной плиты и определяемых по формулам:
1) для консольного участка плиты
(2)
2) для участка плиты, опертого на четыре стороны в направлении короткой и длинной сторон соответственно
(3)
3) для участка плиты, опертого по трем сторонам
(4)
для участка плиты, опертого на две стороны, сходящиеся под углом, по формуле (4), принимая при этом d1 — диагональ прямоугольника, а размер а1 в таблице Е.2 [5]- расстояние от вершины угла до диагонали. Здесь с — вылет консольного участка плиты;
α1, α2, α3 — коэффициенты, зависящие от условий опирания и отношения размеров сторон участка плиты и принимаемые согласно таблице Е.2 [5]; q — реактивный отпор фундамента под рассматриваемым участком плиты на единицу площади плиты.
При этом площадь стальной опорной плиты должна удовлетворять требованиям расчета на прочность фундамента. Передача расчетного усилия на опорную плиту может осуществляться через фрезерованный торец или через сварные швы конструкции, опирающейся на плиту [5].
В связи с этим необходимо рассчитать сварной шов, прикрепляющий плиту базы к сплошной колонне, применяя для этого формулу:
, (5)
где — момент сопротивления расчётного сечения сварного соединения по металлическому шву.
Данная формула применяется, если значение ; то есть расчёт ведётся по металлу шва, а не по металлу границы сплавления (см. [5]).
Только если толщина плиты и сварные соединения колонны с плитой удовлетворяют вышеуказанным расчётам, можно считать соединение колонн с фундаментом по рисунку 1 условно жёстким и в расчётах опорный узел принимать жёстким. При проверке несущей способности уже изготовленных рам с устройством соединения колонн с фундаментом по типу рис. 1 без траверс нельзя считать соединения жесткими.
1. Металлические конструкции. Под ред. Н. С. Стрелецкого, М., 1961.
2. Муханов К. К. Металлические конструкции. М. Строиздат, 1967.
3. Васильев А. А. Металлические конструкции. М. Строиздат, 1975.
4. Металлические конструкции. Справочник проектировщика, Т. 2. Под ред. В. В. Кузнецова, М., 2011.
5. СП. 16. 13330. 2011. Стальные конструкции. Актуализированная редакция. СНиП II-23–81*. М., 2011.
Основные термины (генерируются автоматически): плита базы, болт, изгибающий момент, узел соединения колонны, фундамент, баз колонн, опорная плита, продольная сила, соединение колонн, центр тяжести эпюры.
Похожие статьи
Анализ методов статического расчета безбалочных.
, (6). где IВ и IН — моменты инерции верхней и нижней колонн соответственно
Колонны каркаса моделировались стержневыми элементами, а плита перекрытия пластинчатыми
Рис. 4. Эпюры Му перекрытия связевого каркаса: а — надколонная полоса; б — средняя полоса.
Расчет сопряжения стенки цилиндрического резервуара с днищем.
Коэффициенты rij уравнений определяются статическим способом по единичным эпюрам изгибающих моментов, а свободные члены Rip — по грузовой эпюре.
Расчёт узла сопряжения колонн с фундаментом.
Сопряжение пластинчатых элементов по шарнирной схеме
Создана модель когда плита опирается по контуру на балки (предполагаемые стены заменили балками), нагрузка приложена — 1т и собственный вес, после расчёта по эпюре моментов видно
Шаг узлов я обычно принимаю 0.5–0.6м и вертикальную жесткость 1E6. Всего хорошего.
Анализ методов статического расчета безбалочных.
, (6). где IВ и IН — моменты инерции верхней и нижней колонн соответственно
Колонны каркаса моделировались стержневыми элементами, а плита перекрытия пластинчатыми
Рис. 4. Эпюры Му перекрытия связевого каркаса: а — надколонная полоса; б — средняя полоса.
Способ восстановления несущей способности симметричных.
Посредством консолей осуществляется соединение элементов каркаса здания.
Поэтому колонна с трещинами в консолях является аварийной. Если произошло отклонение колонны в процессе эксплуатации здания и сопровождается неравномерной осадкой фундаментов, то.
Расчет сопряжения стенки цилиндрического резервуара с днищем.
Коэффициенты rij уравнений определяются статическим способом по единичным эпюрам изгибающих моментов, а свободные члены Rip — по грузовой эпюре.
Расчёт узла сопряжения колонн с фундаментом.
Экспериментальное исследование по восстановлению консолей.
Соединение рычагов с центратором и рычагов с опорной балкой выполнено на болтах через опорные пластины, что повышает технологичность монтажа и простоту
На этапе 1765,8гН (18 т) произошло обрушение защитного слоя вдоль боковой грани консоли колонны.
Сопряжение пластинчатых элементов по шарнирной схеме
Создана модель когда плита опирается по контуру на балки (предполагаемые стены заменили балками), нагрузка приложена — 1т и собственный вес, после расчёта по эпюре моментов видно
Шаг узлов я обычно принимаю 0.5–0.6м и вертикальную жесткость 1E6. Всего хорошего.
Совместная работа железобетонных плит перекрытий и стальных.
При этом на участке положительных моментов железобетонные плиты выполняют функцию
Только соединение досок гвоздями, которые воспринимают силы сдвига, обеспечивает
При этом в случае одинаковых наибольших напряжениях в нижнем поясе угол эпюры напряжений и.
Способ восстановления несущей способности симметричных.
Посредством консолей осуществляется соединение элементов каркаса здания.
Поэтому колонна с трещинами в консолях является аварийной. Если произошло отклонение колонны в процессе эксплуатации здания и сопровождается неравномерной осадкой фундаментов, то.
Эффективность использования трубобетонных и стальных колонн.
На узлы рассчитываемой фундаментной плиты накладывались связи, запрещающие линейные перемещения по направлению горизонтальных осей Х и Y; − колонны для двух вариантов расчета ТБК и стальные высотой 8, 6 и 4 м (рисунок 4).
Экспериментальное исследование по восстановлению консолей.
Соединение рычагов с центратором и рычагов с опорной балкой выполнено на болтах через опорные пластины, что повышает технологичность монтажа и простоту
На этапе 1765,8гН (18 т) произошло обрушение защитного слоя вдоль боковой грани консоли колонны.
Особенности расчета сборно-монолитных перекрытий каркасных.
Причем, ширина таких плит будет равна половине расстояния между разбивочными осями в продольном направлении (шаг колонн), а длина — расстоянию между разбивочными осями в поперечном направлении (пролет здания). Т. е. надколонные плиты несъемной опалубки.
Совместная работа железобетонных плит перекрытий и стальных.
При этом на участке положительных моментов железобетонные плиты выполняют функцию
Только соединение досок гвоздями, которые воспринимают силы сдвига, обеспечивает
При этом в случае одинаковых наибольших напряжениях в нижнем поясе угол эпюры напряжений и.
Эффективность использования трубобетонных и стальных колонн.
На узлы рассчитываемой фундаментной плиты накладывались связи, запрещающие линейные перемещения по направлению горизонтальных осей Х и Y; − колонны для двух вариантов расчета ТБК и стальные высотой 8, 6 и 4 м (рисунок 4).
Особенности расчета сборно-монолитных перекрытий каркасных.
Причем, ширина таких плит будет равна половине расстояния между разбивочными осями в продольном направлении (шаг колонн), а длина — расстоянию между разбивочными осями в поперечном направлении (пролет здания). Т. е. надколонные плиты несъемной опалубки.
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.
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:
-
Одиночные столбчатые, применяемые преимущественно для отдельно стоящих опор или колонн. , которые обустраиваются под несущими стенами здания. Они могут быть сплошными или сборными из железобетонных блоков. под отдельно стоящие опоры. Принимаются в тех случаях, когда такие опоры закладываются в слабых грунтах, требующих значительного увеличения размеров фундамента.
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.
Как и обещала, в этом выпуске я расскажу о стыковке рабочей арматуры в колоннах.
Сначала хочу поговорить о стыковке внахлестку. Если вы выбрали именно этот способ, то нужно всегда помнить, что увязывать расположение арматуры должен проектировщик, а не строители. Если в проекте не будет оговорено положение и форма выпусков арматуры, их отогнут случайным образом или не отогнут вовсе. А после бетонирования колонны гнуть выпуски без нагрева арматуры (а это запрещено нормами) невозможно. В итоге, кое-как торчащая арматура может, во-первых, помешать укладке арматуры балок (если таковые имеются), а во-вторых, и это хуже, помешать нормально установить арматуру выше стоящей колонны.
Как нужно показывать изгибаемый стержень на чертеже? Например, у нас колонна высотой 2900 мм, толщина перекрытия 180 мм, арматура класса А400С диаметром 16 мм, бетон класса В25.
Объясню по пунктам:
- Чтобы в вышестоящей колонне арматура стала на то же место, что и в нижестоящей (особенно угловая), нужно изогнуть выпуск минимум на 20 мм. Не на 16 мм, обратите внимание! Т.к. 16 мм – это номинальный диаметр, по факту он больше за счет выступов на арматуре. Если гнуть больше, чем на 20мм, с запасом, тогда стержни будет сложно подвязать друг к другу.
- 2920 мм + 160 мм = сумма высоты этажа и толщины перекрытия, в данном случае место гиба стержня находится в толще перекрытия. 1300 мм – это длина нахлестки арматуры для стержня диаметром 16 мм в бетоне класса В25 (в данном случае, это одна длина нахлестки – об проблеме выбора длины нахлестки я писала в прошлом выпуске).
- R=48 – это радиус загиба стержня. Рабочую арматуру строители обязаны гнуть с помощью специальных устройств, без нагрева стержней, обеспечивая при гибке требуемый радиус загиба, который проектировщик должен заказать в проекте. Если на этом не делать ударения в проекте, то строители точно сами инициативу проявлять не будут. Для арматуры класса А400С (А III) минимальный радиус загиба стержней можно узнать из Руководства по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (таблица 33): для стержней диаметром меньше 20 мм радиус загиба равен 3d, для диаметра 20 мм и более – 4d, где d – диаметр стержня.
Иногда, особенно при наличии балок перекрытия, необходимо указывать в проекте не только форму стержня, но и положение выпусков – как они должны быть повернуты, чтобы разминуться с верхней арматурой балки. Сейчас объясню на примере. Есть у нас колонна, армируемая 8 стержнями (на рисунке – голубым цветом) и балка с нижней арматурой (желтым) из трех стержней (от колонны до колонны) и верхней арматурой (синим) из трех стержней над колонной – вся арматура диаметром 16 мм. Зеленым показана рабочая арматура колонны следующего этажа.
Теперь посмотрим, что же будет, если мы не дадим информацию с сечения 3-3 на чертеже? Для нижней арматуры ситуация особо не изменится (см. сечение 1-1). Стержни над колонной мы все равно прерываем – их можно подогнуть и развернуть как угодно, лишь бы в бетоне были. А вот верхней арматуре можно чувствительно навредить. Допустим, выпуски не будут развернуты, как следует, и займут место верхней арматуры балки. Куда ей деваться? Разорвать нельзя – это верхняя арматура, ей не хватит длины анкеровки. Отодвинуть от края? Тогда защитный слой для рабочей арматуры будет больше допустимого, да и в углах хомутов арматуры не окажется – плохо.
А если не дать вообще информацию о том, что арматуру колонны нужно гнуть, и как именно нужно гнуть? Тогда «зеленым» стержням колонны следующего этажа вообще деваться некуда будет.
Вывод: очень важно дать в проекте информацию о форме стержней и их положении в пространстве.
Еще желательно указывать о стыковке сварных швов вразбежку – чтобы в сечении было не более 50% сварных швов.
Еще для общего развития советую найти и почитать СТО 02495307-001-2007 «Сварные соединения арматурных стержней в монолитных железобетонных колоннах зданий и сооружений». Я понимаю, что это стандарт организации и ссылаться на него не корректно, но в нем много хороших решений и отличных идей, опробованных на практике, например вот таких:
Читайте также: