Фундаменти під колони і їх розрахунок

Всі споруди і будівлі бувають двох типів - каркасні і безкаркасні. Як правило, всі промислові будівлі є каркасними, але бувають винятки.

У промислових будівлях обсяг бетону, що йде на будівництво фундаменту, займає чималу частину від загальної кількості бетону.

Тому при будівництві необхідно правильно вибрати конструкцію фундаменту.

Найбільш підходящим варіантом під каркасні будівлі є застосування колон або ригелів, на які в наступному навішуються стінні панелі і перекриття.

Колони бувають двох видів: залізобетонні та металеві. Залежно від умов експлуатації вибирають фундаменти, які встановлюються під колони. Визначення вибору залежить від попереднього розрахунку.

У разі застосування залізобетонних колон під них влаштовують фундаменти стаканного типу, які складаються з окремих або складових блоків.

При зведенні високого фундаменту (більше 35 см.) Будують його ступенями, при цьому монолітний фундамент має горизонтальну поверхню, а збірний фундамент має похилу поверхню.

Блоки збірних фундаментів укладаються на насип з щебеню або піску товщиною в 100 міліметрів в разі сухих ґрунтів, і з бетону марки М50 при вологих ґрунтах. Розрахунок товщини фундаментної подушки проводиться з урахуванням типу грунту і маси самої будови.

Як правило, в фундаментному блоці влаштовують поглиблення усіченої форми, що б можна було сперти на нього одну або дві колони. Для спорудження збірного фундаменту застосовують два ряди прямокутних плоских залізобетонних плит і подколоннік із залізобетону ступінчастою форми.

Для досягнення більш гарною міцності і стійкості фундаменту, всі збірні елементи фундаменту скріплюють зварюванням закладних металевих деталей і укладають в розчині.

Залежно від розрахунку несучої здатності фундаменту і переданої навантаження на нього визначаються розміри фундаменту і його площа підошви. Розрахунок розмірів металевих закладних виробляють обовязково.

Раніше при будівництві промислових будівель поглиблення підошви фундаменту становило 1,8 м від рівня чистої підлоги. У разі такого поглиблення верх підошви фундаменту знаходився на рівні 0,75 - 1,2 м від підлоги.

Тому при монтажі наземної частини конструкції можна було спостерігати великі відвали виритого ґрунту. Ускладнювалась робота механізмів, монтаж наземної частини і розкладка.

Не було також можливості засипати котлован і почати підготовку під підлоги до закінчення монтажу колон і ригелів. Все це знижувало темпи робіт і підвищувало вартість будівництва.

У наш час незалежно від умови грунту відмітка верхнього обріза фундаменту розташовується на 150 мм нижче рівня чистої підлоги.

З урахуванням гідрогеологічних вимог для закладення фундаменту на необхідну глибину застосовують подушки, що встановлюються під підошву фундаменту, або сама верхня ступінь фундаменту подовжується.

У всіх варіантах довжина колон залишається незмінною, а сама конструкція фундаментного блоку може бути і складовою.

При влаштуванні такого фундаменту для виведення його верхнього обріза на рівень 150 мм витрачається більша кількість бетону, але це з іншого боку компенсується тим, що зменшується довжина колон і прольотів фундаментних балок.

Це дає невелику економію і значне збільшення надійності і міцності. Але як би не старалися, бувають випадки, коли рівень закладення фундаменту досягає навіть 6 м і більше.

Було прийнято ряд конструктивних рішень при будівництві фундаменту:

• Колони однакової висоти, а саму висоту фундаменту змінювали;
• Фундамент залишався незмінним, а змінювалася висота колон;
• Висота фундаменту і колон залишалася незмінною, а застосовувалися вставки і подколонніка в місцях зміни рівня закладення фундаменту.

Залежно від типу зєднання каркаса колон з фундаментом бувають два види сполучення: у вигляді жорсткого і шарнірного сполучення.

У разі жорсткого зєднання застосовуються склянки, влаштовані в фундаменті, в які вставляються колони, або колони кріплять до фундаменту за допомогою анкерних болтів. Розрахунок всіх елементів просто обовязковий.

У случає шарнірного зєднання колони кріпляться до верхньої частини фундаменту за допомогою зєднання сферичних поверхонь, що знаходяться на торці колони і верху фундаменту.Розрахунок параметрів сферичної поверхні проводять тільки з урахуванням розмірів самих колон.

У спорудження фундаменту під металеву колону входять:

• Виготовлення фундаменту з порожниною;
• Розрахунок розташування фундаменту з урахуванням геодезичних особливостей;
• Проектування його розміщення і вибір заповнює порожнини матеріалу, яким спираються на грунт.

В процесі виготовляють металеві оболонки, які щільно западають один в одного, зварюють фланці з отворами, у яких такі, які фіксують зуби, приварюють малим підставою до колони зовнішню конусоподібні оболочку.Кстаті, металеву оболонку, а точніше сказати її розміри, так само необхідно точно розрахувати.

До внутрішньої оболонці приварюють стрижні з арматури.

Поздовжні стрижні охоплюють кільцевими з відстанню між ними 100-400 мм, тим самим утворюючи основу сталевого каркаса.

У процесі його освіти також виконують конус з щебеню по центру кожної колони, на який в подальшому надаватися арматурний конус разом зі сталевою внутрішньою оболонкою в вершині.

Далі закріплюють патрубок на сталевому каркасі, тимчасово зєднують опалубку з арматурним каркасом.

Після установки кондуктора арматурний каркас з внутрішньою оболонкою разом з опалубкою рихтують в просторі, фіксують їх в потрібному положенні і підєднують шланг бетононасоса в горловину внутрішньої оболонки арматурного каркаса і з використанням вібрування бетонують конусний фундамент.

Після того як бетон набере потрібну міцність, встановлюється сталева колона. На внутрішню оболонку фундаменту надаватися зовнішня металева конусна оболонка колони, і поєднуються фіксують зуби з фланцевими отворами, після цього фрикційні шпильки фланців затягують.

У підсумку виходять конусні фундаменти під сталеві колони, із заповненою порожниною щебенем і з вершиною, де розташовується конусна оболонка. Таким чином, виконаний бизвиверочний спосіб монтажу колони.

Для зменшення зусиль в кільцевої арматури фундаменту виконується засипка порожнини щебенем, який забезпечує хорошу шорсткість в зоні зіткнення залізобетонного пустотілого фундаменту з порожниною. З цією метою нижній торець фундаменту і його утворює будуються перпендикулярно. Обовязково проводиться розрахунок.

Варто звернути увагу на рихтування фундаменту. Так як від цього буде залежати ступінь рівномірності опади колон і всієї будівлі. Рихтування фундаменту можна проводити як в самому процесі виготовлення фундаменту, так і після виготовлення фундаменту в разі низького рівня якості.

Також рихтування можна проводити після довготривалої експлуатації будівлі і в випадках просідання колон.

Для рихтування фундаменту необхідно спочатку провести нівелювання конусних фундаментів і потім визначити необхідну величину рихтування окремих конусних фундаментов.Іменно нівелювання дасть можливість точно зробити розрахунок величини рихтування.

В процесі рихтування застосовується піщана пульпа або розчин з піску з добавкою глини, або іншого пластифікатора. На підготовчому етапі прочищається патрубок і канал в прилеглому шарі засипки з щебеню.

За допомогою загостреного пробійника необхідної довжини і відбійного молотка руйнують бетон, шляхом свердління або пробоя.А ось тут розрахунок необовязковий.

Для підвищення зручності використання в подальшому патрубка раціонально його прочистити через 1 - 2 години після бетонування.

Для піддомкрачування фундаменту на потрібну висоту патрубок зєднують зі шлангом, і піщана пульпа закачується в щебеневу засипку.

У разі такої рихтування досягається підйомна сила в 100 т на площу фундаменту в 10 м². Таким чином, може бути створена підйомна сила, яка піднімає будівлю будь-яких габаритів і маси.

Коли рихтують весь каркас просевшего будівлі, фундамент цілком не відкопується, так як тиск пульпи дозволяє подолати не тільки масу будівлі, але і грунту біля пазухи фундаменту. В цьому випадку відкопується тільки патрубок. Правда, доведеться зробити точний розрахунок пульпи.

Просторова рихтування зібраної конструкції проводиться після того, як встановлена опалубка і її зєднання з внутрішньої конусної оболонкою і конусоподібні каркасом.

Після того, як буде засипаний пазух фундаменту, демонтовані опалубка і кондуктор, а також після затвердіння бетону проводиться безвиверочний монтаж колони.

У момент опускання колони поєднують зуби-фіксатори з фіксують отворами. В кінці після закриття зазору, колона фіксується фрикційними шпильками фланців.

Після того, як змонтовані колони простір між фланцями і верхньою частиною фундаменту заповнюється бетоном.

Цим досягається послаблення навантаження на внутрішню конусну оболонку і конусний каркас, шляхом передачі частини стискає сили на бетон фундаменту. Разом з цим нижня частина колони служить для запобігання корозії.

На практиці ж фундамент сталевий колони працює за наступним принципом. Стискаюча сила передається зверху в низ. Таким чином, сила стиснення спочатку діє на зовнішню оболонку через торець фланця, потім на внутрішню оболонку.

Далі на засипку з щебеню і в кінцевому підсумку рівномірно розподіляється по підошві фундаменту на основу з грунту.

процес рихтування

У тому випадку, якщо колони будівлі осіли або у них нерівномірне осідання, проводиться рихтування.

При рихтування до патрубків приєднується шланг від бетононасоса і далі під тиском закачується пластична пульпа з піску з добавкою глини, або іншого пластифікатора.

Колона трохи піддомкрачувати за рахунок видавлювання пульпою залізобетонного фундаменту.

Застосовуючи на практиці даний варіант можна досягти наступних економічних показників:

• Зменшення витрати металу на 10-15%;
• Зменшення витрати бетону на 20-30% -.
• Зменшення трудомісткості виготовлення і монтажу фундаменту;
• Забезпечується рихтування на випадок просідання колон, для більш зручної експлуатації будівлі.

Розрахунок колонного фундаменту

Розрахунок монолітного фундаменту під колону означає, що потрібно дізнатися чи витримає земля те навантаження, з якою фундамент буде тиснути на неї. Фактично це розрахунок колонного фундаменту означає дізнатися тиск всієї будови на грунт, а точніше на один квадратний сантиметр грунту.

Зробити розрахунок не важко, для цього потрібно:

• Дізнатися повну масу будови;
• Дізнатися повну площу опори;
• На основі двох попередніх обчислень дізнатися фактичне чиниться тиск.

Щоб дізнатися масу будинку, потрібно дізнатися масу всіх його складових частин. Почати слід з перекриття на колони фундаменту і з самих колон. Спочатку потрібно дізнатися масу колони, так як вона теж робить якийсь тиск, хоч і маленьке.

Для цього потрібно провести розрахунок її обсягу. Зробити це можна за звичайною геометричній формулою, тобто довжина, помножена на ширину і помножена на висоту.

Так ми дізнаємося обсяг. Щоб дізнатися масу потрібно обсяг помножити на щільність. Щільність середньостатистичного цементного розчину дорівнює 2,5 тонни на метр кубічний. Після того, як проведено таким чином розрахунок, визначається, що одна колона у нас вийшла вагою 1000 кілограмів.

Далі потрібно дізнатися масу перемички. Якщо вона робилася зі збірних залізобетонних плит, то це не складе труднощів. Потрібно просто кількість плит, які були використані помножити на масу однієї плити, в свою чергу масу можна дізнатися в тій компанії, де плити закуповувалися.

Тому проводити розрахунок перемички тут не обовязково.

Якщо ж ростверк є монолітним, то його масу можна обчислити таким чином:

• Шляхом часткового обчислення;
• Розрахунковим способом.
  

  Висновок армування з фундаменту для колон

Перший спосіб полягає в тому, щоб обчислити масу якогось малого обсягу, а з цього розрахувати масу всього перекриття, або ростверку. Робиться це так.

Якщо фундамент заливався самостійно, то легко можна зробити розрахунок щільності розчину.

Нехай при виготовленні розчину використовувалося одна частина цементу, шість частин води і три частини піску. Дане співвідношення не вірно, воно взято для зручності розрахунків.

За різних довідниках можна дізнатися щільність цементу піску і води. Наприклад, між іншим, що щільність цементу рівною 2000 кілограм на метр кубічний, а щільність піску 1500 кілограмів на метр кубічний, щільність води дорівнює 1000 кілограм на метр кубічний.

Тепер потрібно дізнатися який обсяг в одному метрі кубічному займає кожен елемент. Наприклад, пісок займає 30 відсотків, так як за все частин у нас було десять і три з них пісок. Тоді вода буде займати 60 відсотків і 10 відсотків цемент.

Це означає, що в одному метрі кубічному буде 0,1 метра кубічного цементу, 0,3 метра кубічного піску і 0,6 метра кубічного води.

Виходячи з цього, отримаємо, що весь метр кубічний буде важити рівно стільки, скільки важить 0,3 метра кубічного піску, 0,1 метр кубічний цементу і 0,6 метра кубічного води.

Тому потрібно зясувати їх масу. Так як ми вже визначилися з щільністю і тільки що дізналися обсяги, масу обчислити не складає ніяких труднощів:

• Пісок - 0,3м.куб х 1500 кг. / М.куб = 450 кілограм;
• Вода - 0,6м.куб х 1000 кг. / М.куб = 600 кілограм;
•  Цемент - 0,1м.куб х 2000 кг. / М.куб = 200 кілограм;

І того отримаємо, що один квадратний метр має вагу в 450 кг + 600 кг + 200 кг = 1250 кілограм.

Слід нагадати, що ці дані неточні, а нормальний бетонний розчин повинен мати щільність близько 2500 кілограм на метр кубічний.

Однак розрахунки потрібно проводити, так як така щільність не присутній і може змінюватися, а особливо це стосується тих випадків, коли розчин готувався самостійно.

Отже, тепер ми отримали масу одного метра кубічного. Щоб розрахуватися всієї маси потрібно обчислити обсяг за все перекриття або ростверку.

Для цього всю його довжину потрібно помножити на ширину і висоту. Так отримаємо обсяг.

Тепер весь цей обсяг потрібно помножити на масу одного метра кубічного. Покладемо, що весь обсяг вийшов близько 10 кубічних метрів, тоді вся маса дорівнює 10х1250 = 12500 кілограм.

Другий спосіб застосовується тоді, коли точно відома щільність застосовуваного бетону. Далі проводиться розрахунок, так само як і в першому способі, тобто спочатку потрібно знайти обєм всього ростверку, а потім помножити його на цю щільність.

На даний момент нам стало відомо, що маса ростверку дорівнює 12500 кілограм, а маса стовпа дорівнює 1000 кілограм. Тепер потрібно всю масу фундаменту розділити на кількість стовпів, нехай їх 25, тоді 12500 розділити на 25 буде 500 кілограм.

Ця цифра вказує, яку вагу від всього фундаменту доводиться на один стовп. Тоді з огляду на вагу самого стовпа, отримаємо, що на нього тисне рівно 1500 кілограмів.

Далі потрібно провести розрахунок стін. Якщо вони зроблені з піноблоків, то зробити це просто. Спочатку потрібно взяти всю кількість піноблоків, витрачений на зведення стін, і помножити на масу одного стовпа. Якщо не відомо, яка кількість піноблоків потрібно, то треба обчислити і його.

Зробити це теж просто. Спочатку потрібно визначитися з площею стін. Нехай вона дорівнює 180 квадратним метрам. Тепер потрібно визначити площу блокової поверхні, з якої буде складатися стіна.

Наприклад, блок має розміри 60 сантиметрів по довжині, 30 сантиметрів по висоті і 20 сантиметрів по ширині. Якщо стіни будуть зводитися за допомогою блоку, який буде лягати на ребро, то його площа буде рана 0,3 метра помножена на 0,6 метра і отримаємо 0,18 метра квадратного.

Тепер потрібно всю площу стіни розділити на площу одного блоку, тобто в нашому випадку це 180 метрів квадратних ділити на 0,18 метра квадратного.

Отримаємо 1000 блоків. Тепер помножимо тисячу на вагу одного блоку, що дорівнює приблизно 30 кілограмів, і отримаємо 30000 тисячі кілограмів. Тепер це число потрібно поділити на кількість стовпів, а їх у нас 25, тоді отримаємо 30000/25 дорівнює 1200 кілограм.

Маючи вже отриману масу в 1500 кілограм, отримаємо, що на один стовп тисне вага в 2700 кілограм.

Далі розраховуємо масу горищного перекриття. Зробити це можна, як і всі попередні. Якщо горищне або міжповерхове перекриття складається з дерева, то потрібно розрахувати обсяг всіх витрачених дощок і помножити на щільність.

Якщо дошки виготовлені з сосни, то щільність дорівнює приблизно 850 кілограм на метр кубічний, якщо дошки виготовлені з берези, то щільність дорівнює 900 кілограм на метр кубічний.

Якщо ж горищне перекриття виготовлено з бетону, то потрібно враховувати і масу профнастилу під бетонне перекриття.

Маса одного збірного елемента завжди відома, так що обчислити масу всього настилу не складе труднощів. Масу бетонного перекриття можна обчислити так само як масу ростверку.

Нехай маса перекриття вийшла 5000 кілограм. Тепер знову цю цифру потрібно розділити на 25 стовпів, тобто отримаємо, що на один стовп перекриття діє з силою в 5000/25 = 200 кілограм.

Маючи вже 2700 кілограм, отримаємо, що на один стовп фундаменту вже діє маса 2900 кілограм.

Далі обчислюємо масу даху. Спочатку потрібно обчислити масу каркаса, який, як правило, виготовляється з дерева, а потім покриття, яке може бути представлено у вигляді шиферу, металочерепиці та інших матеріалів.

Зробити це можна за тими ж принципами, що і при обчисленні маси інших елементів. Покладемо, що маса вийшла 4000 кілограм, тоді дах тисне на всі стовпи в 4000 кілограм, а на один стовп в 4000/25 = 160 кілограм.

Тепер можна порахувати, скільки весь будинок тисне на один стовп - 2900 + 160 = 3060 кілограм.

Далі необхідно дізнатися який тиск чиниться на один сантиметр опори. Для цього потрібно обчислити площу опори. Знаючи, що стовп має довжину і ширину в 50 сантиметрів, отримаємо, що площа опори дорівнює 2500 квадратних сантиметрів.

Тоді тиск обчислюється, як 3060 поділене на 2500 отримаємо приблизно 1,22 кілограма на сантиметр квадратний.

Далі необхідно дізнатися тип ґрунту і його розрахунковий опір. Всі ці дані можна взяти в геологічній службі, або з різних довідників і карт. Припустимо, що опір грунту одно 2,2 кілограма на сантиметр квадратний.

Тоді порівнявши два цих числа, бачимо, що будинок має такий тиск, що грунт здатний витримати. Це означає, що такий план будівництво придатний.

Якщо ж опір менше, то потрібно або збільшувати площу одного стовпа, або збільшувати кількість стовпів.

При розрахунках не були враховані маса внутрішньої обробки і маса всіх речей. Хоча насправді вона була врахована, коли проводився розрахунок маси стін, тому що не віднімалася маса всіх ніш, тобто вікон і дверей. Так само потрібно щоб опір грунту було трохи більше, ніж розрахункове тиск, так як взимку маса будинку збільшується за рахунок снігу на даху.

Так само при розрахунках і ростверку і міжповерхового перекриття не були враховані маси арматури, проте вважати їх теж нудно.

Маса одного прута арматури знаходиться як площа перетину, помножена на довжину прута.

Знаючи діаметр арматури, площа перетину можна знайти по простої геометричної формулою - П помножене на радіус в квадраті, де П-3,14.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!