4.3.3. Отдельные фундаменты под колонны (ч. 1)

Фундаменты стаканного типа: особенности конструкции

Сборный фундамент стаканного типа состоит из следующих элементов:

• Опорной плиты (ФП — блока), монтируемой на дно котлована, поверх песчано-гравиевой подсыпки, увеличивающей несущую способность грунта.
• Подколенника (Ф блока) – особого железобетонного изделия выполненного в форме стакана, растущего из широкого основания. Причем в облегченных конструкциях подколенник (Ф-блок) заменяют конической оболочкой, принимающей колонну в специально обустроенный стакан.
• Колонны – опорного элемента удерживающего каркас строения. Монтаж колонн в стаканы фундаментов предполагает сварку арматурных выпусков подколенника и устанавливаемой детали. Оставшиеся швы заливаются бетоном М300.
• Бетонного столба – элемента, монтируемого на основании подколенника. Эта деталь удерживает железобетонную балку (БФ-типа), на которую опираются стены каркасных строений.

В итоге получается конструкция с общей площадью подошвы фундамента от 12 до 52 квадратных метров. Причем нижний предел предполагает отказ от ФП блока, а верхний предел – напротив – монтаж подколенника на две опорные плиты.

Достоинства и недостатки стаканных фундаментов

К основным достоинствам стаканных фундаментов можно причислить следующее:

• Быстроту и простоту процесса монтажа основания — фундаменты под колонны – стаканного типа – собираются намного быстрее и свайных и ленточных конструкций.
• Нормированный размерный ряд элементов сборного фундамента. Все колонны, подколенники, опорные плиты и фундаментные балки изготовлены в соответствии со специальными ГОСТ. Поэтому такие фундаменты конструируют на основе типовых расчетов, производимых по готовым рекомендациям.
• Типичные эксплуатационные и рабочие характеристики, сравнимые с усредненными качествами других конструкций. То есть, по эксплуатационным характеристикам стаканные фундаменты не выделяются из общего ряда столбчатых и свайных оснований.

К отрицательным качествам стаканных фундаментов можно отнести следующее:

• Высокую стоимость, как самого изделия, так и процесса транспортировки продукта от склада до строительной площадки. Вес крупных блоков, готовых принять колонну сечением 610х360 миллиметров, превышает 1100 килограмм. И даже малогабаритные изделия, рассчитанные под колонны сечением 430х260 миллиметров, весят около 300 килограмм.
• Необходимость использования в процессе сборки фундамента, как минимум одного крана, что сказывается на стоимости сборочных операций.
• Необходимость точного расчета количества блоков, используемых при строительстве основания. Причем просчеты в большую и меньшую сторону – неприятны одинаково. Ведь они провоцируют дополнительные траты. В первом случае на площадке останутся лишние детали, а во втором – заказчику придется докупить пару-тройку блоков, потратившись на транспортировку и погрузку-разгрузку.

Монтаж

Устройство требует строгого контроля соблюдения требований различных госстандартов и включает несколько основных этапов:

1. Подготовка поверхности

Поскольку подразумевает установку железобетонных балок, которые впоследствии не подлежат смещению, то поверхность тщательно разравнивают.

2. Выкапывание ям

На поверхности вырываются углубления и уплотняются гравием.

3. Трамбовка и возведение

Грунт плотно утрамбовывается и ставятся блоки.

Для качественного монтажа на протяжении всего процесса производят ручные манипуляции по подгонке ровности поверхности. Точность горизонтального и осевого положения элементов выверяется геодезическими инструментами. После установки стаканов все элементы должны защищаться от загрязнений.

Поскольку основной функцией является распределение нагрузки сооружения на всю поверхность грунта, фундамент железобетонный стаканного типа под колонны разрешается возводить только на почвах, характеризующихся высокой несущей способностью, устойчивостью и стойкостью к просадке и пучинистости. Высокое качество предотвращает появление трещин и деформацию стен, но при монтаже должны быть строго соблюдены параметры морозостойкости и прочности сжатия.

Технические требования к строительству регулируются ГОСТом 23972-80. Стандартом определены следующие нормы и правила монтажа конструкций:

1. Использование бетона не ниже М200 В2. 2. Поставка конструкций только после набора бетоном предела прочности. 3. Уровень их водопоглощения не более 5%. 4. Обязательное армирование. 5. Минимальная толщина слоя, окружающего арматуру, не менее 3 см. 6. Допустимая толщина трещин не превышает 0,1 мм. 7. Удаление монтажных петель.

Также считается браком обнажение арматуры в уже готовой конструкции.

Стоимость

Фундаментный стакан требует сложной арматуры и опалубки, однако в целом упрощает и удешевляет работы по монтажу фундамента. Для удобства и экономии существует несколько их размеров, предназначенных для различных колонн.

Состав и преимущества стаканного основания

Бетонная опора-плита, лежащая на песчано-щебневой подушке на дне траншеи под фундамент;Основание под колонну — подколонник, или стакан;Железобетонная колонна;Ж/б столб для усиления опор под стенами.

Какой именно будет конструкция, ее размеры и состав узлов – зависит от того, где и как будет эксплуатироваться объект, а также от его физических и технических параметров. Согласно гост стаканный фундамент можно закладывать для многоэтажных домов на плотном, непучинистом и стабильном грунте, с низким уровнем залегания грунтовых вод.

Промышленные стаканы-«башмаки»

Достоинства применения стаканного основания:

Детали стаканного основания делаются из тяжелого бетона с последующим армированием, но из-за локального (точечного) размещения колонн со стаканами по участку вес объекта передает минимальную нагрузку на фундамент и грунт;Быстрая установка возможна за счет сборного устройства конструкции и встроенных монтажных петель в бетонных элементах, служащих для зацепа подъемным краном;Время безремонтной эксплуатации стаканного основания – больше ста лет;Из-за точечного соприкосновения поверхностей стаканной основы с грунтом коэффициент водопоглощения конструкции очень низкий. Этому также способствует монолитная основа, препятствующая проникновению влаги в тело стакана;Высокая степень надежности основания достигается равномерным распределением нагрузки на стаканы;Стаканная конструкция может считаться мобильной, так как ее можно достаточно легко и быстро перевезти на другое место;Низкая себестоимость сборной конструкции обусловлена промышленными масштабами изготовления отдельных узлов и деталей сборного фундамента.

Монтаж стаканного фундамента

Стаканный является одной из разновидностей столбчатых конструкций, но отличаются большей устойчивостью.

Особенности

При устройстве подобные фундаменты должны выставляться в строгом соответствии с технологией. Наиболее часто их применяют для каркасных домов. Сферами применения такого типа основания для дома являются:

Преимуществами подобных стаканных оснований являются:

Монтажные работы

Стаканные при сооружении требуют, чтобы строители четко придерживались всех стандартов. Сам монтаж не очень сложный, если соблюдается должная очередность работ:

Схема монтажа. 1 — гусеничный кран, 2 — положение блоков фундаментов до подъема, 3 — блок на проектной отметке, 4 — четырехветвевой строп.

Фундаменты стаканные обеспечивают правильное распределение нагрузки от всего строения по поверхности грунта.

Почва должна быть устойчивой к пучинистости, деформациям, просадке.

Все технические требования во время строительства должны регулироваться специальным ГОСТом 23972/80.

Расчет стоимости

Виды стаканного типа: а — высокие, б — с подколонником, 1 — колонна, 2 — подколенник, 3 — стык колонны с подколонником.

Фундаменты каркасных зданий

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

Фундамент под металлические колонны

Особенности устройства стакана под колонну

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

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

Железобетонный стакан под колонну тип 1ФФундаментный стакан с башмаком тип 2Ф

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

Монолитный фундамент под монолитную колонну

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

Принцип возведения опорной части железобетонного каркаса

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

Опалубка для заливки монолитных фундаментов под колонны

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

Крепление стальной колонны к монолитному башмаку

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

Общий стаканный фундамент для смежных колонн — чертёж

Особенности монтажа

Сборные монолитные фундаменты стаканного типа под колонны монтируются под обязательным строгим контролем, обеспечивающим соблюдение всех требований государственных стандартов. Такие железобетонные монолитные фундаменты проходят несколько важных этапов в процессе обустройства.

1. Первый этап предусматривает подготовку поверхности. Ее необходимо тщательно разровнять, так как в последующем будет выполнена установка балок из железобетона, смещение которых нежелательно, да и невозможно.
2. На следующем этапе производится устройство углублений (ям). Не забудьте, что, после того как ямы готовы, необходимо выполнить их уплотнение при помощи гравия.
3. Теперь можно приступать к трамбовке и непосредственному возведению. Для этого производится дополнительная трамбовка грунта и установка блоков.

Весь процесс монтажа сопровождается выполнением ручных манипуляций, направленных на подгонку поверхности, точнее ее ровности. Горизонтальная точность и осевое положение всех элементов контролируется геодезическими инструментами. После того как выполнена установка стаканов, необходимо обеспечить их защиту от возможного загрязнения.

Еще раз напомним, что основной задачей, которую выполняют сборные фундаменты стаканного типа (железобетонные), является равномерное распределение степени нагрузки от строительного объекта по всей поверхности почвы.

В связи с этим возводить фундамент такого типа можно только на грунте, к характеристикам которого относятся высокая несущая способность, устойчивость к просадке и пучинистости.

Осуществляя монтаж, необходимо тщательно соблюдать все рекомендованные показатели морозоустойчивости, а также прочности сжатия. Только в этом случае вам будет гарантировано высокое качество, а также отсутствие трещин и деформационных изменений в стенах.

Теперь, что касается стоимости фундаментных стаканов. Хотя производство их довольно сложное, требующее армирования и опалубки, но значительно упрощает монтаж и сокращает финансовые затраты на устройство.

Заводы изготавливают несколько вариантов такого типа фундамента, отличающихся между собой размерами. В зависимости от размера, соответственно, и веса, стоимость таких изделий может варьироваться от 1900 до 5000 рублей.

Бетонные фундаменты под колонны

Существует большое разнообразие типов фундаментов, которые рассчитываются индивидуально под каждое отдельно взятое сооружение. Здесь учитывается и масса здания, и его технические характеристики, особенности, декоративное оформление. Даже обычные декоративные колонны должны быть установлены на надежной платформе. Для таких целей под опорами делается специальный железобетонный фундамент с мощным несущим армированием, устройство которого в каждом случае подбирается индивидуально.

Пошаговое руководство по возведению стаканов

Подготовка к укладке фундамента

Монтаж фундаментов столбчатого типа происходит с обязательным использованием строительной техники – экскаваторы, подъемные краны, лебедки.

Под колонны промышленных зданий используют стальные, железобетонные или деревянные клинья, расположенные вокруг элемента по два с каждой грани. Их использование является обязательным. Они поддерживают колонну в процессе бетонирования. Позже деревянные клинья вынимают, а стальные не трогают для большей прочности армировки.

Установка фундаментов стаканного типа ориентирована на постоянное выравнивание поверхностей сборных элементов. Нельзя допустить малейшие смещения, поскольку вся конструкция – это каркас из тяжелого бетона. При работе следует соблюдать все проектные расчеты. Те изделия, которые не соответствуют нормам и гост, нельзя использовать. Это может быть небезопасно.

Все работы, которые связаны с проектированием, проведением необходимых измерений, анализом грунта при помощи специального геодезического оборудования, следует проводить с четким соблюдением норм и требований, которые предъявляются к столбчатому фундаменту. Чаще всего для основания используют железобетонные сборные части. Расчет их прочности и состава выполняют на заводе-изготовителе. Работой занимаются технические специалисты, поэтому изделия просто обязаны соответствовать заявленным проектным требованиям.

Подготовительный этап обустройства фундамента

Любой работе предшествует ряд подготовительных этапов, без выполнения которых никак не обойтись.

Несколько схем различных вариантов столбчатого фундамента

Чтобы возвести столбчатый фундамент своими руками необходимо вначале:

• Определить тип будущего основания: опорно-столбчатый фундамент или опорно-ленточный;
• Определиться с материалом для выполнения столбов: Дерево (столбчатый деревянный фундамент используется нечасто в связи с низкими показателями прочности и долговечности дерева, но под легкие некапитальные постройки — бани, сараи, беседки и т.д. он подходит). Диаметр столбов должен быть не менее 0,2 м, а сами столбы должны быть обработаны специальными растворами, препятствующими гниению и воспламенению;
• Кирпич (обязательно обожженный кирпич, т.н. кирпич-железняк) хорошо подходит, когда строится мелко заглубленный столбчатый фундамент. Столбчатый фундамент из кирпича должен иметь ширину столба не менее 0,4 м. Цена его будет выше, чем у других типов опорно-столбчатого фундамента, что объясняется более высокой стоимостью материала;
• Бетон (используется для возведения бетонных армированных столбов) – наиболее доступный и распространенный материал для обустройства столбов, которые могут быть выполнены монолитными, а могут складываться из бетонных блоков. Размеры железобетонного столба при этом должны быть не менее 0,4 м в ширину;
• Трубы из асбестоцемента и железа являют собой несъемную опалубку, заливаемую цементной смесью. Цена таких столбов также невысокая;

Выделяют два типа столбчатого фундамента по заглублению: мелко заглубленный (до 0,4 м) и заглубленный (0,7 м и глубже).

Величина заглубления второго типа основания зависит от уровня промерзания грунта и должна составлять не менее 0,15 м ниже этой границы. Кроме того, следует учитывать, что столбы должны быть заглублены ниже уровня грунтовых вод.

Определиться с высотой ростверка

Ростверк может лежать на почве, а может возвышаться над ней на разную высоту. Рекомендуется обустраивать ростверк на высоте не ниже 35 см. от уровня почвы.

После того как все основные расчеты и планировки выполнены, можно начинать непосредственно обустройство столбчатого фундамента.

Преимущества и недостатки стаканных оснований

• Учитывая, что производятся стаканные конструкции только в заводских условиях по требованиям ГОСТа, они отличаются высокой прочностью и надежностью;
• Можно возвести основание в сжатые сроки;
• Выдерживают большие нагрузки.

Но есть и недостатки таких фундаментов, среди которых – это стоимость изделий, их большая масса и необходимость использования мощной строительной техники.

Ведь стаканные сборные конструкции имеют большую массу и размеры, поэтому тут предусмотрена сложная транспортировка к месту строительства.

Устройство (схема)

Согласно нормативным документам фундамент стоит из следующих элементов:

1. Опорная монолитная железобетонная подушка с крупными размерами. Она может быть круглой или квадратной. Обязательна иметь верхний защитный гидроизоляционный слой. Изготовить подушку можно на стройплощадке или заказать готовые изделия у производителя. Основа укладывается на утрамбованный песчано-гравийный слой.
2. По центру основы монтируется железобетонный подстаканник. Имеет прямоугольную форму, отцентрированное углубление для установки опорного элемента. Обязательно происходит армирование стаканов в горизонтальном и вертикальном направлениях.
3. Далее в стакан устанавливается стальная или железобетонная опора. Сечение колонны может быть в форме квадрата или круга. При этом длина и размеры зависят от особенностей грунта и расчетных нагрузок.
4. Затем на опору устанавливается колонна. Она является главным несущим компонентом, берущей на себя основную часть нагрузок от будущих сооружений.

Сборные опорные подушки имеют форму в виде трапеции со скошенными боковыми гранями. Монолитные плиты — прямоугольную форму. Если изготовление фундамента происходит из монолитной плиты, то стакан также должен выполняться из монолита и быть единым целым с плитой за счет их общего армирования.

Арматура, требования к ней и расчет

Под фундамент здания обычно берут металлические прутья, класс А III и выше.

Сечения:

• холоднотянутый прут – не меньше трех миллиметров;
• горячекатаный – не менее шести миллиметров.

Сталь должна относиться к классу 15 или выше. Обязательна обработка составами, препятствующими возникновению коррозии.

Возможно применение и арматуры из композитных материалов. Она проще в монтаже, более упругая, более жесткая и не такая пластичная. Преимуществом композита является неподверженность коррозирующим процессам, этот материал хорошо выдерживает вертикальную нагрузку и не образует мостиков холода.

Главный нюанс при использовании композита – сращивание с ростверком осуществляется с помощью специального приспособления.

Диаметр прутков и как рассчитать их количество?

Основа арматурного каркаса: вертикальные элементы – ребристые прутки с диаметром 1-1,2 см.

Горизонтальные связующие элементы изготавливаются из монтажной арматуры с сечением в 6-8 мм.

Они необходимы для соединения вертикальных в общую конструкцию.

Верхние концы вертикальных прутьев должны выступать из бетонной смеси на высоту в десять-двадцать сантиметров от уровня заливки. Они требуются для привязки ростверка.

Объем требующихся для процедуры прутьев определяют так: общее значение диаметра их в бетонном основании не должно превышать 0,25 процентов от диаметра столба-основания. Рекомендуемый вариант соотношения диаметров 1 к 25.

Визуально расчет выглядит так:

Бетонная смесь должна обходить арматурный каркас слоем не менее двадцати пяти миллиметров, что позволит защитить металл от коррозии.

Для столбов подойдет и пространственный каркас, в котором прутки между собой соединены вязальной проволокой. Положение фиксируется до начала бетонирования.

Принцип расчета выглядит так:

1. количество ребристых прутьев (длина) рассчитывается с учетом припуска в 200 мм, который необходим для проведения привязки ростверка. Получается, что на один столб надо (2+0,2)*4=8,8 метров прутка сечением 10-12 мм;
2. для выполнения горизонтальных соединений количество гладкой арматуры рассчитывается перемножением 0,2*4*4=3,2 метра прутка диаметром 6-8 мм;
3. чтобы посчитать объем проволоки для вязки каркаса, останется выполнить такое действие 0,3*4*4=4,8 метра.

Получив количество материала, требующегося на один столб, остается только перемножить это на общее число столбов.

Схема расчета применяется для разного типа фундаментов. Если основание мелкозаглубленное, то в почву оно опускается не более чем на шестьдесят сантиметров, соответствующим образом корректируется расчет.

Значимые требования к фундаменту

В типовом строительстве каркасные здания возводятся только промышленного назначения. С развитием сегмента индивидуальных построек из нескольких этажей большой площади стали востребованы несущие опоры в виде колонн как в самих домах, так и в придомовых сооружениях (балконы, ограждения, навесы, гараж на несколько автомобилей).

Часто каркасная конструкция наружных стен, поддержки перекрытий выполняется в виде столбов из армированного монолита с заполнением промежутка между ними легкими газобетонными блоками. Неравномерная просадка бетонных стоек приведет к растрескиванию материала стен. Поэтому нужно ответственно подойти к правильному устройству фундамента под несущими элементами, которые изготавливаются в виде столбов.

Основным документом для такого строительства будет «Руководство по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений промышленных предприятий».

Готовые железобетонные изделия

При проектировании опорной части строения в расчет можно закладывать стандартные элементы заводского производства с уже известными характеристиками и монтажными петлями для быстрой установки.

Основание под колонну выбирается по результатам исследований механико-динамических характеристик залегающих грунтов. Разнообразие вариантов общей конструкции фундаментов для колонн определяется проектными особенностями, площадью и формой будущего строения.