Армирование столбчатого фундамента под монолитную колонну

Фундамент под колонны — одна из разновидностей железобетонных оснований. Железобетонная колонна, или металлическая, — это основной элемент в конструкции сборного каркасного строения. На колонну опираются фермы свода — железобетонные или металлические. Также на колонну крепится вся обшивка строения, то есть профнастил, плиты из бетона и сэндвич панели.

Правила выполнения армирования столбчатого фундамента

Столбчатая фундаментная основа – неоднократно проверенный и достаточно выгодный вариант под строительство малоэтажных сооружений из древесного материала или объектов каркасного типа. Основным препятствием при устройстве фундамента из столбов считается высокий уровень грунтовых вод или потребность в обустройстве подвального помещения. Несущая конструкция представлена системой бетонных столбов, расположенных под точками пересечений и примыканий стен и под угловыми участками. Несущие способности оставляют желать лучшего, и для увеличения этого показателя в обязательном порядке выполняется армирование столбчатого фундамента.

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.

Насыпное основание

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:

  1. Деформациям – рассчитываются в любом случае. В расчётах учитывается совокупное действие нагрузок и влияние внешних факторов (например, грунтовых вод, способных ослабить прочность грунта).
  2. 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.

На подпорные стенки действует горизонтальное давление грунта

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.

Верховодка может доставлять немало неприятностей строителям

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.

Механическое укрепление стенок котлованаУстановка паркеров под инъекционное укрепление грунтаЦементация грунтаИглофильтровое водопонижение на стройплощадке

Заглубление подошвы фундамента

На выбор глубины заложения фундамента промышленного здания влияют:

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.

Карта промерзания грунтов

Анкерные соединения

Конструктивная схема с указанием нахождения анкерных соединений В зависимости от типа выбранной колонны, анкерные соединения подбираются в индивидуальном порядке. Установки и фиксация колонны выполняется с помощью больших болтов или анкеров, которые затем привариваются к арматурному слою и надежно удерживают колонну в вертикальном положении.

Отличительная особенность монтажа соединительных элементов в том, что после их закрепления фундамент разбивают. Если после этого отклонения болтов не произошло, то монтаж считают выполненным правильно, а если есть отклонения центров на расстояние от 2 мм, тогда анкера заменяют.

Читайте также:  Построить фундамент подвал своими руками

Схема армирования фундамента

Прежде чем приступить к армированию, необходимо выполнить схему. При ее составлении важно принять во внимание тип основы и размещение его составляющих. Особенно стоит учесть наличие прутьев в местах стыков и в углах. Именно нагрузка будет максимальной. Для армирования желательно использовать прутья, которые можно согнуть буквой Г. После этого основа получится прочнее.

В чертежах следует указать установку арматурных стержней в металлическом каркасе. Важно указать размещение как поперечных, так и продольных элементов. Желательно обратиться за помощью к СНиП. Только в этом случае больше вероятности того, что армирование будет выполнено в соответствии со всеми нормами.

Что такое пучение грунта и как оно влияет на выбор фундамента

Самые сложные для строительства это глинистые грунты. Они плохо отводят воду, и она скапливается в небольших полостях. При замерзании она значительно увеличивает объем почвы. Увеличиваясь в объеме почва давит на все, что в ней находится, включая и фундамент. Это явление называется пучением (почва вспучивается), а грунты, а которых они явно выражены — пучинистыми.

Что такое пучение грунта и как оно влияет на выбор фундамента

Силы пучения прикладываются как снизу, пытаясь вытолкнуть столб, так и с боков, пытаясь сдвинуть опору в сторону. Именно по этой причине в глинистых — пучинистых — грунтах лучше делать столбы монолитными с армированием.

Что такое пучение грунта и как оно влияет на выбор фундамента
Что такое пучение грунта и как оно влияет на выбор фундамента

Как действуют силы пучения на столбчатый фундамент

Что такое пучение грунта и как оно влияет на выбор фундамента
Что такое пучение грунта и как оно влияет на выбор фундамента

Также чтобы столбы не выталкивало вверх, нижнюю часть делают расширенной. Эту область называют пяткой и по размерам она обычно в два раза превышает размеры самого столба, а ее высота равна 1/3 сечения столба. Например, под столб 40 см делают пятку 80*80 см, высотой 13 см или около того.

Что такое пучение грунта и как оно влияет на выбор фундамента
Что такое пучение грунта и как оно влияет на выбор фундамента

Швы между блоками/кирпичами/камнями в сборных столбах далеко не всегда способны противостоять боковым нагрузкам, потому для уменьшения влияния сил пучения на сборных столбчатых фундаментах их делают со скошенными стенками. Это повышает их надежность в пучинистых грунтах. На нормальных грунтах столбы складывают с ровными стенками.

Что такое пучение грунта и как оно влияет на выбор фундамента
Что такое пучение грунта и как оно влияет на выбор фундамента

Сборный столбчатый фундамент делают со скошенными стенками

Что такое пучение грунта и как оно влияет на выбор фундамента
Что такое пучение грунта и как оно влияет на выбор фундамента

Советы армирование ленточного фундамента

Если говорить о том, каким должно согласно строительных норм быть правильное расположение арматуры в ленточном фундаменте – учитывают ряд правил.

  • Сам напуск должен быть как минимум 5 см.
  • На самих соединениях углов перпендикулярно уложенные пруты обязательно связывают. Никогда не стоит использовать отдельные блоки. Оптимально, если сами углы будут выполнены из загнутой под нужным углом арматуры. Это позволит обеспечить необходимую степень надежности. Но тут необходимо загибать ее на специальных станках, своими силами этого не сделать.
  • Само соединение соединяют при помощи специально соединительной проволоки. Используют специальные строительные крюки или пистолеты. Главное затягивать проволоку так плотно, чтобы не оставлять свободного места под хомутом. Прикоснитесь к нему и если он ходит ходуном, то затянут недостаточно плотно.
  • Сам перехлест должен равняться как минимум 40-50 диаметров выбранной арматуры. Не должно быть разбежки в стыковке, предусмотренной просветом.
  • Каркас должен стоять ровно. Плюс ко всему всегда надо позаботиться и о защитном слое из бетона для арматурной сетки.

Все это наглядно показывает, насколько просто можно сделать армирующий ленточный фундамент. Если сделать все согласно правил, то сроки службы, как самого фундамента, так и всего дома, иного строения, увеличивается в разы.

Анкерные соединения

В зависимости от типа выбранной колонны, анкерные соединения подбираются в индивидуальном порядке. Установки и фиксация колонны выполняется с помощью больших болтов или анкеров, которые затем привариваются к арматурному слою и надежно удерживают колонну в вертикальном положении.

Отличительная особенность монтажа соединительных элементов в том, что после их закрепления фундамент разбивают. Если после этого отклонения болтов не произошло, то монтаж считают выполненным правильно, а если есть отклонения центров на расстояние от 2 мм, тогда анкера заменяют.

Расчет диаметра арматуры

Расчеты, связанные с монолитной плитой, достаточно сложны и требуют особых знаний. Далеко не каждый конструктор может их правильно выполнить. Для индивидуального строительства можно руководствоваться минимальными значениями, принимаемыми по пособию «Армирование элементов монолитных железобетонных зданий».

Читайте также:  Как правильно частями залить ленточный фундамент самостоятельно

Требования для монолитной плиты представлены в приложении 1, раздел 1. Общая площадь сечения рабочей арматуры в одном направлении принимается не менее 0,3% от общего сечения фундамента. Минимальный диаметр стержней назначается 10 мм при стороне плиты менее 3 м и 12 мм при большей длине стороны. Диметр вертикальных стержней должен составлять не менее 6 мм, но также необходимо учитывать условия свариваемости. Максимальный размер рабочего армирования 40 мм, на практике чаще используют 12, 14 и 16 мм.

Пример расчета

В качестве исходных данных имеется железобетонная плита 6 на 6 м. Толщина для частного дома принимается 200 мм. Необходимо правильно армировать конструкцию. В примере не рассмотрено усиление железобетона на участках опирания стен.

Определение диаметров

В первую очередь определяется, что сетки будут укладываться в два ряда, поскольку толщина конструкции больше 150 мм. Далее производится расчет требуемой площади стальных прутьев.

  • Площадь поперечного сечения фундамента = 6 м * 0,2 м = 1,2 м²;
  • Минимальная площадь всей арматуры = 1,2 м² * 0,3% = 0,0036 м² = 36 см²;
  • Минимальная площадь арматуры в одном направлении для одного ряда = 36 см²/2 = 18 см².

Далее необходимо воспользоваться сортаментом арматурных стержней, который приведен в ГОСТ 5781-82*. В этом документе приведена площадь сечения одного прута. Для удобства можно найти расширенную версию сортамента. По нему определяется, что для данного сечения в одной сетке необходимо использовать один из следующих вариантов:

  • 16 стержней диаметром 12 мм;
  • 12 стержней диаметром 14 мм;
  • 9 стержней диаметром 16 мм;
  • 8 стержней диаметром 18 мм;
  • 6 стержней диаметром 20 мм.

Выбираем вариант с двенадцатым диаметром. Чтобы правильно разложить элементы необходима схема. Чертеж поможет рассчитать шаг прутов. Для стороны длинной 6 м шаг 16-ти стержней получается примерно 400 мм. Назначаем максимальное расстояние 300 мм исходя из условия СП

Вертикальное армирование для надежности принимается 8 мм с шагом 300 мм.

Расчет количества

Для того, чтобы не ошибиться при закупке материалов, необходимо заранее рассчитать их количество. Если имеется схема плиты, сделать это не сложно. При вычислении длин стержней необходимо учитывать толщину защитного слоя бетона 20-30 мм с каждой стороны.

Расчет рабочего армирования.

  • Длина одного стержня = 6000 — 30*2 = 5940 мм;
  • Количество стержней в одном направлении = 5940/300 = 19,8, принимаем 20 шт;
  • Количество стержней в обоих направлениях для верхней и нижней сетки = 20*2*2 = 80 шт;
  • Длина одного стержня для П-образных хомутов = 200 мм + (200 мм * 2)*2 = 1 м;
  • Количество стержней для П-образных хомутов = 20*2 = 40 шт;
  • Общая длинна арматуры диаметром 12 мм = 80*5,94 м +40*1 м = 515,2 м;
  • Масса стержней диаметром 12 мм = 515,2*0,888 кг (находится по сортаменту) = 457,5 кг.

Расчет вертикального армирования.

  • Длина одного стержня = 200 — 20*2 = 140 мм;
  • Количество стержней = кол-во горизонтальных прутов в одном направлении*кол-во прутов в другом = 20*20 = 400 шт;
  • Общая длина стержней диаметром 8 мм = 400*0,14 = 56 м;
  • Масса стержней диаметром 8 мм = 56*0,395 = 22,12 кг.

Все получившиеся значения удобно свести в таблицу.

Диаметр Длина Масса
12 мм 515,2 м 457,5 кг
8 мм 56 м 22,12 кг

При расчете расходов стоит учитывать стандартную длину одного прута – 11,7 м, это означает, что, например, стержней 8 диаметра понадобится 5-6 штук с небольшим запасом. А при большой длине рабочей арматуры требуется увеличить суммарную длину на 10-15% для соединения стержней внахлест.

Грамотный выбор диаметра, шага и соблюдение технологии монтажа обеспечат надежность и долговечность фундамента при минимально возможных затратах.

Монтаж фундаментов стаканного типа

Многоэтажные каркасно-панельные дома возводятся на специальных столбчатых основаниях. Они отличаются от монолитных, которые устраиваются для малоэтажных зданий.

В промышленном строительстве для них возводится фундамент стаканного типа, представляющий собой сборную конструкцию. Она устроена так: заводской железобетонный стакан устанавливается в яму, а в нем располагается армированная колонна.

Все элементы поставляются в готовом виде, что сокращает сроки работ.

Как выглядит стакан?

Стакан, в народе называемый «башмаком», имеет особенную форму. Практически всегда это — ступенчатый квадрат с широким основанием и узкой верхней частью.

Размеры фундамента под колонну рассчитываются индивидуально для каждого объекта. Однако они контролируются ГОСТ 24476-80 и имеют стандартное минимальное значение 1200 мм, максимальное — 2100 мм.

Читайте также:  Какие бывают виды фундаментов. Как залить ленточный.

Для них берут железобетонные колонны с поперечным сечением 300 мм и 400 мм.

Основания данного типа имеют следующие преимущества:

  • высокая грузоподъемность;
  • низкий класс водопроницаемости;
  • быстрый монтаж при помощи тяжелой техники.

Устройство стаканных фундаментов

Сегодня сборные фундаменты под колонны устраиваются в качестве оснований для производственных цехов, хозяйственных строений, подземных паркингов. Наиболее часто — для возведения многоэтажных производственных зданий каркасного типа. Важно: монтаж стаканного фундамента возможен лишь на грунтах, устойчивых к просадке и имеющих низкую степень пучинистости.

Фундамент состоит из следующих элементов:

  1. Плита (основание).
  2. Подколонник (стакан).

Отличительные параметры оснований стаканного типа

Монтаж фундаментов стаканного типа

В зависимости от нагрузки и свойств грунта выполняется расчет фундамента. Конструкции отличаются следующими параметрами:

  • высота подколонника;
  • количество плит-оснований (1 или 2);
  • способ стыковки колонны с «башмаком».

Последний параметр зависит от материала столба. Например, фундаменты под металлические колонны отличаются креплением столба к стакану по сравнению с железобетонным столбом. Соединение ж/б колонны с «башмаком» происходит при помощи бетона марок М200, М300. Так принято строить в России.

Опыт других стран

В других странах строители используют свои способы крепления. Например, в Венгрии колонну соединяют с «башмаком» при помощи выпущенных прутьев арматуры и бетона.

В США используют сварку выпусков металлических стержней или крепление анкерными болтами. Для болтов между основанием и стаканом устанавливается стальная плита, выполняющая роль прокладки.

В Японии основой для башмака служит песчаная подушка, заключенная в ж/б обойму соответствующего размера.

Монтаж пошагово

Если устраиваются сборные фундаменты под металлические колонны, крепление осуществляется только анкерными болтами. Применяются специальные анкерные болты, изготовленные по ГОСТ Их расположение должно соответствовать проектным расчетам, допускается отклонение ±2 мм.

Монтаж осуществляется под контролем следующих параметров:

  • совмещение осей стакана с разбивочными осями;
  • отсутствие отклонений в выравнивающем слое из песка и в опорах;
  • фундамент должен примыкать к основанию всей площадью подошвы.

Последовательность монтажа:

  1. Подготовка ямы.
  2. Создание песчаной или гравийной подушки, ее трамбовка.
  3. Установка стаканного основания при помощи подъемного крана.
  4. Размещение колонны (требуется подъемный кран) и ее фиксация в «башмаке».

Монтаж осуществляется по расположению осей, которые обозначаются при помощи рисок по краям стакана. Эти риски наносятся перед началом работ несмываемой краской. Разбивочные оси обозначаются при помощи струн и отвеса, или проволоки и гвоздей. Во время установки «башмака» следует следить, чтобы оси на подошве и стакане совпадали с разбивочными осями.

Сборка и бетонирование столба

Сборку стоек столбчатого фундамента необходимо внимательно контролировать по высоте после монтажа каждого ряда, в этом помогут грамотно натянутые шнуры обноски, от которых рулеткой можно произвести необходимые замеры. Если железобетонную сваю можно «подрубить» до необходимой высоты и выровнять все оголовки в одну горизонтальную линию, то, например, с кирпичом так просто не справиться. Те же проблемы возникают и с фундаментами из ЖБ блоков. Внутри сборного кирпичного столба, положенного в полтора или два кирпича, образуется колодец, который следует заармировать стальным стержнем и залить бетоном.

Деревянные столбы изготавливают чаще всего из дубовых брёвен диаметром около 200–250 мм, которые обжигают на слабом огне до обугливания, обрабатывают дёгтем, битумом или отработанными маслами. Готовые стулья устанавливают в шурфы или открытые котлованы и фиксируют обратной засыпкой.

Бутобетонные фундаменты собирают попеременной укладкой камня (диаметр не более 25 см, прочность на сжатие не менее марки крупного заполнителя) и бетона. Сначала укладывают бетон слоем 30–35 см, затем на него кладут камни и утапливают их до полного погружения. Ориентировочное соотношение бетон/бут должно составлять не более 3:1. Минимальная ширина бутового фундамента составляет 500 мм.

Для удобства заливки бетона в узкие скважины, с опалубкой или без неё, есть смысл предварительно изготовить из листового металла загрузочную воронку диаметром 700–800 мм. Бетон укладывают в опалубку слоями в 30–35 см и подвергают вибрированию или штыкованию. После завершения бетонирования изделие укрывается полиэтиленом и до момента снятия опалубки (около 5 дней) нуждается в уходе — увлажнение, обогрев и прочее. По прочности на сжатие наиболее подходящим будет бетон класса В15 и более, с крупным заполнителем фракцией до 70 мм. Для самостоятельного приготовления бетонной смеси стоит принять за основу соотношение 1:3:5:0,5 (цемент, песок, щебень, вода). Все основные моменты, касающиеся бетонирования фундаментов, были нами изложены в статье «Ленточный фундамент. Часть 3: бетонирование, заключительные операции».