Узел сопряжения колонны с фундаментом

Обновлено: 28.04.2024

где l - длина колонны, отдельного участка ее или высота этажа;
μ - коэффициент расчетной длины.

Коэффициенты расчетной длины μ колонн и стоек постоянного сечения следует принимать в зависимости от условий закрепления их концов и вида нагрузки.

В приложении есть чертеж колонны с базой.
Помогите понять какой тип закрепления внизу имеет эта колонна. Шарнирное или защемленное.

Я расчет производил, считая μ=0.7. Но мне сказали что при таком виде закрепления, колонна имеет шарнирное закрепление внизу μ=1. Внятных комментариев на этот счет получить не удалось, поэтому прошу вашей помощи.

Чтобы внятно комментировать, нужно видеть чертеж. У меня например сейчас Автокад -2006. Вы наверно могли бы сохранять публично выставляемые dwg-чертежи в более старых версиях (это же легко), особенно выставляемые в субботу - вряд ли у всех дома Автокады 2010.

Сашка, теоретически данное сопряжение базы колонны и фундамента может воспринимать момент в плоскости стенки колонны, в плоскости полок, естественно - нет. Однако принято считать, что "жестким" сопряжением является база с количеством фундаментных болтов не менее 4, причем оси болтов не должны совпадать с осями колонны, дабы система база-фундамент могла воспринимать моменты.

Автор темы забыл преписать - препод мой купленный курсовой гнобит.
Поясниловка наверняка также хорошо выполнена. Приложите ее пожалуйста. А то чертежи выкладывают курсовых, ПЗ нет.

Решение базы спорное. Обычно наоборот, болты ставят перпендикулярно плоскости стенки, чтобы узел был шарнирным в обоих направлениях, может быть Вы это и хотели сделать?
Тем более что, судя по чертежу, у Вас вертикальные связи стоят в каждом ряду колонн вдоль и поперек. Зачем Вам коэффициент мю=0,7 ?

Положение ВС будет лучше читаться на плане, если их там же и обозначить.

Внятного ответа стоит поискать, а иносказательно: "природа не терпит пустоты" - колонна под нагрузкой будет стремиться повернуться относительно вертикальной оси и "уходить из под нагрузки". Попробуйте представить, как она будет работать. Вам самому то узел нравится?
Естественно, все сказанное - сугубо личное мнение.
Удачи!

Вот даже не знаю что сказать. Хотел бы грубостью на грубость ответить. В каком месте вы решили что он куплен? Ну так чисто ради интереса, я думал экстрасенсы сейчас в отпуске. Я понимаю что есть стереотипы, но ими думать плохо.
В пояснительной записке действительно есть необходимость? Или только для удовлетворения любопытства?

Да, проект не куплен. Врать мне смысла нет. Я пришел узнать решение своей проблемы. И "хорошо" это в смысле совсем плохо? Какие косяки?

Положение ВС будет лучше читаться на плане, если их там же и обозначить.

Это первый курсовой по МК, поэтому конструктивное решение принималось на основе того что дал преподаватель (см. ссылки) и опыта предыдущих поколений. Любая инициатива наказуема тем, что "не как у меня". В Кудишине, который нам рекомендовали, рассматривается данная тема вскользь, а в каких СНИПах, кроме 23-81 пока не знаю.

μ нужно для определения расчетной длины стержня и последующего подбора сечения. Я рассчитывал, да и не только я, что это жесткое сопряжение. Просто мне не повезло.

Видите ли, Саша, каждое инженерное решение как правило обосновано его целесообразностью. При установке ВС в каждой раме расчетная длина колонны уже равна 1. В этом случае нет нужды еще и базу колонны защемлять в фундаменте.
Да и сечения колонн у Вас "равноустойчивые" в двух плоскостях, что в первом варианте, что во втором.
Теперь, даже если гипотетически защемить колонну из двутавра двумя болтами, в перпендикулярном направлении все равно мю=1 и гибкость именно в этой плоскости будет определяющей проверкой для сечения.
То есть, иначе говоря, если идти "от противного" в вашем случае защемление просто не нужно, а следовательно базы колонн запроектированы конструктивно на двух болтах, т.е. шарнирно.
Вот если бы у Вас отсутствовали ВС в одном из напрвлений - тогда имел бы смысл делать базу с защемлением. Тогда потребовались бы расчетные болты в направлении момента. Тогда и профили колонн Вы бы приняли не "колонного" типа, а широкополочные или балочные.
Так что не следует отмахиваться фразами типа "мне не повезло". Наверное, следовало задуматься над расчетной схемой Вашего сооружения, хотя бы пока и учебного, не правда ли? Уточнить задание на курсовой у преподавателя?

Случай из преподавательской жизни, мне знакомая рассказала (правда):
препод: сколько будет
2 + 3
2
?

студент: 3
препод: .
студент: двойки сократились.
препод:

Сашка, Вы молодец, одно то, что вы на форуме и пытаетесь узнать для себя что-то новое - уже говорит о многом, по крайней мере для меня!

and.rey, Вы слишком много хотите от студента и его 1 курсового, критика должна быть здоровой и поучительной, а не критичной (ИМХО).

Условие закрепления внизу можно принять и как защемленное - болты гарантируют жесткость (неподатливость) узла до момента примерно 3 т*м, чего вполне достаточно для расчета на устойчивость. Кроме того, этому (неповороту нижнего узла при сжатии) способствует и пригруз, т.е. само сжатие - база имеет конкретные габариты в плане.
Т.е., казалось бы, в плоскости болтов мю=0,7.
Но в этой плоскости момент при статрасчете будет 0 (от любой комбинации нагрузок), а при расчете на устойчивость момент не будет определен. Таким образом момент нигде не будет задан, ни в расчете базы, ни в назначении подливки, ни в расчете фундаментов. А это значит, что защемление в ЦЕЛОМ не гарантируется. Ну и соответственно мю=1. В обе стороны.

Связи устанавливаются для снятия моментов с колон и узлов сопряжений с балками, смысл жесткого защемления пропадает.
Узел базы колонны на чертеже шарнирный.
Фундаменты столбчатые очень маленькие
Для первого курса проект выполнен на отлично.
А на четвертом курсе небоскреб в чикаго будете проектировать.

Жаль разочаровывать, но это не первый курс, а всего лишь первый курсовой по МК. Я даже не представляю где на первом курсе может быть курсовой по МК.
Уже на четвертом, но небоскреб пока не проектировал.

Всем спасибо за ответы.
Так и не понял что же имел виду ИБП.

Да, первый в первом семестре, второй во втором, на 4-м курсе, было дело.
Учись студент!
Задававай преподам все вопросы которые хочется задавать!
Не бойся! Чтобы потом не бояться!
Чем больше поймешь сейчас - тем легче будет потом, когда не дай бог станешь проектировщиком - не дай бог потому что из этой профессии теперь пытаются слепить что угодно - бабло рулит, но крайним будет проектировщик - 5 лет колонии поселения это максимально но и этого поверь хватит чтобы испортить себе все.

ИБП сказал о том что связь не дает элементам изгибаться, так как в первую очередь сама включается в работу и воспринимает усилия передавая их на фундамент - исключая изгиб основного элемента(колонны, пояса фермы, балки), не то чтобы изгиб был вреден для конструкций - их считают и с ним, но связи добавляют в схему "интеллекта" как синаспсы в мозг, благодаря им - увеличивается срок службы конструкций - схема меньше деформируется, изнашивается, благодаря им материал распределяется по схеме более "правильно" - больше его там где большие усилия, иначе схема будет уходить от оптимальной по совокупности факторов: польза, прочность, красота - хотя насчет красоты не все так просто.

Жаль разочаровывать, но это не первый курс, а всего лишь первый курсовой по МК. Я даже не представляю где на первом курсе может быть курсовой по МК. Уже на четвертом, но небоскреб пока не проектировал.

Первый курсовой по МК выполнен на компьютере. В автокаде. С использованием слоев. С использованием СПДС (остатков блоков СПДС). Это вы сами рисовали? С самого начала? Я не верю. В любом случае вы взяли чужой проект, чужой файл. А куплен он был или нет - это без разницы. Вы его сами полностью не делали.

Давайте разберемся. Что значит взять чужой проект? Что значит полностью не делать? Если я правильно вас понял, то это копипаст объектов из чужого проекта в свой? Нет, в данном случае всё было начерчено с нуля. И я не вижу в этом ничего сверхъестественного. Если я "плаваю" в таких предметах как МК, это не значит что я бесконечно тупой и ни на что не способен, просто я могу больше соображать в другой сфере.

Я использую технологии везде (в т.ч. и AutoCAD), где только возможно и в этом нет ничего сверхъестественного. Знаю несколько языков программирования, в т.ч. и LISP. К пониманию некоторых вещей ещё не пришел, но я знаю как устроен AutoCAD и стараюсь использовать его возможности по-максимуму. Например, использование командной строки как калькулятора. (* 26346 476)

Тут просто попросили выложить в старом формате автокада, поэтому пришлось разбить СПДС объекты на всякий случай.

Поэтому ваши предположения беспочвенны.
И некоторые проекты я всё чаще черчу в объёме, разбивая на видовых экранах.
И наверняка я тут такой далеко не единственный.
Да, и ещё больше года назад я сам обучал некоторых преподавателей AutoCAD.

Использование вычислительных программных комплексов играют первостепенную роль в развитии методик расчёта [1], а так же экономической эффективности проектирования [2]. Однако при их использовании могут возникнуть ряд проблем, одной из такой проблемы можно считать метод сопряжения пластичных элементов по шарнирной схеме, группа учёных Пензенского государственного университета архитектуры и строительства занимается решением данной проблемой. Существует множество способов, как решать данную проблему, изложим некоторые из них.

Как создать шарнирное опирание монолитной ж/б плиты на стену (Фундаментные блоки или кирпичную)? 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 что это жёсткая заделка, а как сделать шарнирное опирание?" — «можно сделать, на мой взгляд, проще.

1-й вариант — задать кирпичную стену с ее характеристиками (жесткость-см. СНиП «Каменные и армокаменные конструкции») в виде КЭ как балки-стенки (т.е 20–30).

2-й вариант — сдвинуть перекрытие на 5см по отношению к примыкающим узлам стены и ввести 55КЭ с нулевыми жесткостями по UX UY UZ (в этом случае при необходимости можно учесть жесткость раствора шва кладки). Шаг узлов я обычно принимаю 0.5–0.6м и вертикальную жесткость 1E6.

Необходимо быть внимательным при выборе КЭ для балок-стенок. Их ориентация в общей системе координат. При необходимости можно через узлы провести вертикальные стержни фиктивной жесткости. При динамических расчетах надо заменить балки-стенки на оболочки.

Для моделирования сопряжение кирпичной стены А, с монолитной плитой. По логике вещей жесткие узлы оставлять нельзя, так как в случае появления несущей кирпичной стены (в виде балки-стенки), если на нижележащем этаже такой стенки нет, то возникает ситуация:

Стена может передавать усилия на плиту, а «удержать» плиту от прогиба нет. Получается некая односторонняя связь, кнопки для которой нет.

В итоге для практических расчетов как с этим поступать? Шарнирное опирание задавать не надо, так как, если посмотреть и сравнить результаты с шарнирами в узлах и без них, то получатся две совершенно одинаковые картины с мизерными моментами в кирпичной стене, то есть они будут практически отсутствовать.

Это происходит, так как модуль упругости бетона во много раз больше модуля кирпича, отсюда и получается шарнир, так как плита во много раз жестче кирпичной стены.

Для решения данной проблемы команда авторов создала несколько расчетных схем на которых и будут представлены варианты возможного моделирования сопряжения пластинчатых элементов по шарнирной схеме.

Общий вид расчетной схемы, где q- единичная распределенная нагрузка, представлен на рисунке 1.

$Описание: D:\Documents and Settings\Admin\Мои документы\Мои рисунки\NoPi_XnjjzE.jpg$

Рис.1. Общий вид расчётной схемы

$Описание: D:\Documents and Settings\Admin\Рабочий стол\Сохр\киске2(1).jpg$

Рис.2. В расчетной схеме используется жесткая заделка

$Описание: D:\Documents and Settings\Admin\Мои документы\Мои рисунки\4UCdpPTGNMk.jpg$

Рис. 3. Объединение и перемешивание смежных узлов

$Описание: D:\Documents and Settings\Admin\Мои документы\Мои рисунки\33.bmp$

Рис. 4. Моделирование шарнирного соединения с помощью введения дополнительных стержневых элементов с жесткостью эквивалентной жесткости стены, где1 — Плита перекрытия; 2 — Введенные стержневые элементы; 3 — Стены

$Описание: D:\Documents and Settings\Admin\Мои документы\Мои рисунки\LzaZwhTJTvw.jpg$

Рис. 5. Моделирование шарнирных сопряжений осуществляется путем задания жесткости крайним элементам плиты перекрытия втри раза большей, чем у самой плиты, где 1- EI₁ =2750000 (т/м 2 ); 2- EI₂=2750000 (т/м 2 ); 3-EI₃=2750 (т/м 2 ); EI₁=EI₂=3EI₃

$Описание: D:\Documents and Settings\Admin\Мои документы\Мои рисунки\LzaZwhTJTvw.jpg$

Рис. 6. Где 1- EI₁ =2750000(т/м 2 ); 2- EI₂ =2750000(т/м 2 ); 3-EI₃= 2750000000 (т/м 2 ); EI₁=EI₂=EI₃

Был произведен расчет, по которому получены характерные эпюры напряжений и деформаций данных расчетных схем. Их анализ будет проводиться в следующих статьях.

1. Арискин М. В., Гуляев Д. В., Гарькин И. Н., Агеева И. Ю. Современные тенденции развития проектирования в строительстве [Текст] // Молодой учёный (№ 10(45) Октябрь 2012 г.) С.31–33.

2. Арискин М. В., Гуляев Д. В., Гарькин И. Н, Агеева И. Ю.. Экономическая эффективность проектирования в комплексе Аllplan по сравнению с существующими CAD-системами [Текст] // Молодой ученый. — 2013. — № 5. — С. 32–35.

Основные термины (генерируются автоматически): кирпичная стена, расчетная схема, шарнирное опирание, жесткая заделка, общий вид, плита, шарнирная схема.

Приведены исследования влияния податливости узлов баз колонн на напряженно-деформированное состояние каркаса. Цель исследования — определить влияние фактической работы опорных узлов колонн на напряженно-деформированное состояние каркаса. Цель достигалась путем моделирования работы узлов сопряжения колонн с фундаментами в программе IdeaStatica и статическим расчётом пространственного каркаса здания в программе SCAD Office. За контролируемые параметры приняты сопротивление узла изгибу, начальная вращательная жесткость узла и вращательная деформация узла. В результате расчёта определено, что фактическая работа каркаса здания существенно отличается от заложенной в проекте идеализированной расчетной схемы.

Ключевые слова: расчетная схема, пластический шарнир, перераспределение усилий, деформации, закручивание каркаса, расчетные длины.

Необходимость учета податливости узлов при статическом расчете каркаса обусловлена тем, что в ряде случаев конструкции узлов сопряжения элементов не в полной мере или сосем не реализует идеализированную модель узла, принятую в проекте, в связи с чем и каркас работает по-другому.

В данной работе представлены результаты исследования влияния податливости узлов баз колонн на напряженно-деформированное состояние каркаса промышленного здания. В качестве модели исследования принято реально существующее здание, проектная документация которого получила положительное заключение экспертизы. Здание одноэтажное каркасного типа, прямоугольной формы в плане с габаритными размерами по наружным осям 36,35х119,5 м. Каркас стальной, двухпролетный: 24 и 12 метров, рамно-связевого типа. Шаг колонн в продольном направлении составляет 6,0 м. Колонны каркаса выполнены сплошного сечения из двутавров 30Ш1 и 40 Ш1 по СТО АСЧМ-93. Несущими конструкциями покрытия являются стропильные фермы с поясами из швеллеров и стропильные балки сечением из двутавров 50Ш1. Узлы сопряжения ригелей с колоннами приняты шарнирными и соответствуют по конструктивному решению шарнирным. Геометрическая неизменяемость и жесткость каркаса в поперечном направлении обеспечивается жесткими узлами сопряжения стоек рам с фундаментами. В продольном направлении геометрическая неизменяемость и жесткость каркаса обеспечивается совместной работой жесткого диска покрытия и системой связей по колоннам. Расчетная схема каркаса представлена на рис. 1.

Здание обслуживается тремя подвесными электрическими кранами грузоподъемностью 6,3 т: двумя кранами в осях А-Б/10–21 и одним краном в осях Б-В/10–21.

Рис. 1. Расчетная схема исследуемого каркаса

Целью данного исследования является определение влияния податливости опорных узлов баз колонн на напряженно-деформированное состояние каркаса.

Задачами исследования являются:

− создать расчетную модель здания;

− вычислить жесткости узлов баз колонн;

− классифицировать полученные жесткости узлов по категориям: жесткий, полужесткий или шарнирный;

− выполнить расчет каркаса с учетом фактического состояния узлов баз колонн;

− определить расчетные длины колонн и напряжения в них.

Исследования выполнялись на моделях узлов в программном комплексе IdeaStatica, а также на расчётной схеме каркаса в программном комплексе SAP2000. Конструкция опорного узла по осям А и Б колонн принята по рисунку 2.

Для моделирования были приняты следующие параметры:

геометрические характеристики элементов узла приняты по рис. 2.
опорная плита из стали С345–5;
колонна каркаса и ребра жесткости из стали С245;
анкерные болты из стали Ст3пс2 Ø36 мм, заделка анкерных болтов — химические анкеры на глубину 400 мм;
геометрические характеристики элементов каркаса и их прочностные параметры приняты согласно проектной документации.
в исследовании рассмотрено расчетное сочетание нагрузок, которое приводит к максимальным поперечным деформациям каркаса: два подвесных крана в осях А-Б/10–21 расположены на оси 11, один подвесной кран в осях Б-В/10–21 расположен в на оси 20.

Рис. 2. Конструкция базы колонны

Для расчета каркаса при опорных узлах с конечной жесткостью определим жесткость баз колонн для принятого в п. 6 расчетного сочетания усилий. Жесткости узлов определены моделированием узлов в программе IDEA StatiCa и представлены в таблице 1.

Жесткости узлов баз колонн

№п/п

Поперечная ось

Mj, Rd

Sj,ini

Φc

Sj,R

Sj,P

Sjs

Класс

[kNm]

[]

[mrad]

[]

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 М_max — 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.

Разновидности

Состоит столбчатый фундамент из плитной части из 1–5 ступеней и подколонника, полнотелого или полого – стакана. Вид его зависит от типа и материала колонны.

Колонна – деталь несущей конструкции. Она воспринимает нагрузку между этажами и на уровне фундамента. Может служить декоративной деталью. Колонны выпускают стандартных размеров и изготавливают на заказ.

Различают 2 вида:

Колонна непрерывно взаимодействует с основанием, нарушение положения хотя бы одной опоры приводит к обрушению дома. Поэтому под колонны не рекомендуется использовать сваи.

Монолитный – готовое сооружение, в которых столбы установлены по определенной схеме. Колонны закрепляют на фундамент болтами.
Сборный – каждое основание производится отдельно, на строительной площадке или на заводе, и отдельно устанавливается. Сверху опоры бетонируют, чтобы избежать появления расщелин.

Материал для столбчатого фундамента выбирают исходя из нагрузки и материала колонны:

Бетонные основания – а точнее, железобетонные. Выполняются из тяжелого бетона и упрочняются специальной арматурой. Под металлические колонны ставят только монолитный бетонный, под кирпичные допускается сборный вариант.
Кирпичные – выдерживают меньшую нагрузку и используются для малоэтажных зданий.
Деревянные – подходят только для деревянных или каркасных зданий.
В частном строительстве встречаются опоры из бетонных или асбестовых труб.

Подготовка к возведению

Подготовка включает:

планировку – опоры монтируют по углам, на участках примыкания и пересечения стен, на протяжении несущей стены через 3–6 м и под каждой колонной;
разметку и выемку земли на необходимую глубину;
если глубина залегания велика, то на дно ям укладывают песчаную или бетонную подложку;
сооружение опалубки.

Глубина залегания и высота бетонной подложки определяется весом здания и рыхлостью почвы.

Инструменты и материалы

Для строительства нужны:

доска или фанера для опалубки;
песок, битый кирпич, гравий для подушки;
бетон марки М300, М400, М600;
рубероид или другой пленочный материал для гидроизоляции;
анкерный крепеж для металлических колонн.

Для работы понадобятся следующие инструменты и приспособления:

капроновый шнур и деревянные колья для разметки;
совковая и штыковая лопаты;
отвес, строительный уровень, рулетка;
ручная трамбовка.

Если бетон изготавливают самостоятельно, то нужна бетономешалка или емкость для размешивания раствора.

Как рассчитать?

Исходными данными для расчета служит нагрузка, которую оказывает колонна, и результаты инженерно-геологических исследований.

К первым относятся:

Вертикальная нагрузка – вес колонны и величина нагрузка, передаваемая на нее стенами и кровлей.
Изгибающий момент.
Поперечная – приходящаяся на опору от базы колонны.
Нагрузка при действии крутящих моментов в 2 плоскостях.
Полная ветровая и снеговая – рассчитывается по погодным данным региона.

К инженерно-геологическим данным относятся:

свойства грунта;
уровень грунтовых вод;
глубина промерзания грунта.

По полученным данным рассчитывают величину опорных столбов для колонн.

Пример расчета под монолитную колонну

Вычисляют глубину залегания и сечение основания. В простых случаях параметр определяет максимальная глубина промерзания.

Для более точных вычислений используют формулу: df=kh*dfn, где:

kh – коэффициент, принимаемый для фундамента отапливаемого дома;
dfn – глубина промерзания.

Размеры основания рассчитывают по формуле: А=N/(R0-ȳd), где:

N – вертикальная нагрузка, ее получают при расчетах каркаса здания;
R0 – сопротивление грунта — величина представлена в справочнике СНиП 2.02.01-83;
ȳ – средний удельный вес фундамента;
d – глубина.

Для зданий выше 3 этажей расчет производят более сложные, с учетом краевой нагрузки.

Пример расчета под металлическую колонну

Материал не влияет на методику вычислений. Учитывать нужно глубину заглубления самой колонны. Поэтому используется та же самая методика расчета.

Для удобства исчислений непрофессионалам лучше воспользоваться онлайн-калькуляторами в Интернете.

В них указаны все требуемые параметры для вычислений. Расчет производится автоматически.

Этапы строительства под монолитную колонну

При возведении частного коттеджа или дачи строительстве сооружают монолитный фундамент. Чтобы сэкономить материалы, опорные столбы выполняются в виде ступеней. Высота и число ступеней зависит от нагрузки.

Для основания выкапывают яму необходимого размера и укладывают на дно слой песка и щебня толщиной в 20 см. Если глубина фундамента большая, устраивают бетонную подушку. Затем возводят опалубку из фанеры или дерева.

Если размеры основания значительные, используют стальную опалубку. Асбестоцементные или бетонные трубы могут применяться как несъемная опалубка.

Армирование опор

Армирование выполняется по мере возведения фундамента. Используют для этого прутки диаметром в 12–16 мм, связанные или сваренные в готовые каркасы.

В качестве горизонтальных элементов используется стальная сетка с размерами ячеек от 5–6 мм, но не более 12 мм:

После утрамбовки песчаной-гравийной подушки, заливают не менее 10 см бетона и опускают в яму подготовленную конструкцию.
Сечение каркаса лишь чуть меньше сечения скважины. Каркас входит плотно.
Середину столба не армируют, так как нагрузка здесь минимальна.
Выпуски арматуры загибают горизонтально – по 30–40 см. Если подколонник делают кирпичный, хотя бы один арматурный прут нужно заанкерить в кирпичной кладке.

Величина подколонника может совпадать с сечением столба. Если требуется именно стакан, сооружают опалубку сложной формы.

Изготовление каркаса можно посмотреть в этом видео:

Монтаж башмака

Чтобы равномерно распределить нагрузку от здания, рекомендуют делать башмак – расширение нижней части скважины:

Изготавливают опалубку, диаметр которой в 1,5 раза больше, чем сечение будущих столбов и устанавливают на песчаную подушку.
Заливают бетоном марки М300–М400 только башмак.
Бетон застывает не менее 10 дней.

После схватывания раствора продолжают возведение фундамента.

Установка колонн

Начинают работу с сооружения армирующего каркаса:

Монолитная колонна армируется прутками. При большом сечении прутки дополнительно усиливаются горизонтальными хомутами.
Для опалубки используют деревянные доски нужной длины. Их скрепляют хомутами. Рекомендуется изнутри простелить опалубку рубероидом, чтобы позднее ее легче было снять. Поверхность колонны будет гладкой.
Для заливки используют бетон марки М200 или выше. Чтобы удалить воздух, раствор протыкают металлическим штырем. Опалубку снимают только после полного высыхания.

Оптимальная температура строительства – выше +15 С. Если здание сооружают зимой, в бетон добавляют пластифицирующие добавки с тем, чтобы ускорить застывание.

Ростверк

Под железобетонные колонны возводят монолитный ростверк, по сути, это бетонная лента, усиленная стальными прутками. Используется при строительстве каркасных и панельных зданий, деревянных срубов:

Изготавливают опалубку необходимых размеров.
Укладывают арматуру. Для усиления плитной части используют арматурную сетку, которую размещают в 2 слоя. Между ними должен быть изолирующий слой бетона – не менее 20 см, поэтому заливку выполняют в 2 стадии.
Горизонтальные сетки соединяют вертикальными фрагментами прутков. Длина минимально возможная, чтобы каркас со временем не утратил устойчивости.

Связывание каркаса выполняется в опалубке или на основании, а не на земле.

Этапы строительства под металлическую (стальную) колонну

Металлическое колонны монтируют в стаканные основания или анкерным способом. Порядок действий сходный, но исключает некоторые этапы:

Размечают положение скважин и роют ямы необходимой глубины.
На дно укладывают песчано-гравийную подушку. Сооружают опалубку. Армируют конструкцию прутками и сеткой, описанным выше способом.
Подготовленные скважины заливают бетоном марки не ниже М300. Перед заливкой в полости устанавливают геодезические уровни и высотные знаки. Они служат указателями места размещения стальной опоры.
В поверхности бетонных оснований вмонтируют анкерные болты для фиксации. На них и крепится металлическая колонна. Между собой их связывают балками.

Опирание может выполняться и другим методом. Вместо анкеров на поверхность опоры монтируют металлические плиты и заполняют бетонной смесью. Уровень заливки ниже 5–8 см проектной отметки подошвы. В полученное углубление устанавливают колонну.

Установку на анкера можно посмотреть в этом видео:

Ошибки при строительстве и способы их избежать

Сооружение фундамента – довольно сложная работа, требующая расчета и квалификации. Начинающие строители чаще всего допускают следующие ошибки:

неправильно рассчитывают распределение нагрузки, при этом фундамент начинает проседать, а стены здания трескаться;
неверно определяют глубину залегания – слишком большая величина ведет только к расходу материалов, а вот недостаточная – к деформации стен;
устанавливают опоры на разную глубину;
используют материал низкого качества – марка бетона должен быть не ниже М200;
неверно оценивают сопротивление грунта – необходима консультация специалиста;
не центрируют каркас при монтаже – особенно разрушительно это сказывается на ростверке;
собирают каркас на грунте – центрирование автоматически исключается;
соединяют прутки и сетку на углах сваркой – это запрещается.

Опорные основания и колонны – вертикальные элементы. Во время сооружения опалубки, армирования, крепления столбов необходимо постоянно проверять вертикальность.

Много важной и полезной информации о столбчатом фундаменте найдете здесь.

Заключение

Столбчатый фундамент под колонны используется в целях экономии. Для каркасного здания и на твердых грунтах он успешно заменяет ленточный или плиточный. Но чтобы такое сооружение прослужило долго и не стало причиной разрушения дома, необходимо тщательно рассчитать нагрузку.

Читайте также: