Правила проектирования столбчатых фундаментов

Правила СНиП и ГОСТ для столбчатых фундаментов

Монтаж столбчатого фундамента является самым экономичным вариантом устройства основания для дома. Такой каркас используется при строительстве легких зданий из дерева, панелей или каркасных листов. Причём желательно, чтобы грунт на участке был малоподвижным или полностью неподвижным с низким расположением уровня грунтовых вод.

Важно: по ГОСТу столбчатый фундамент может возводиться как без ростверка (специального опоясывающего каркаса, снижающего давление на опоры), так и с ростверком.

Особенности и правила строительства

Существует два вида столбчатого фундамента:

В первом случае основание для дома считается более надежным, поскольку нижняя часть опор уходит в глубь грунта ниже отметки промерзания земли. Таким образом, на колонны фундамента не будет происходить давление со стороны пучения грунта в сезон морозов.

В случае с мелкозаглубленным фундаментом столбчатого типа столбы располагаются выше отметки промерзания грунта. Этот тип основания при правильном устройстве является не менее надежным и чаще используется при строительстве в средней полосе России.

Важно: если предусматривается монтаж мелкозаглубленного фундамента на пучнистых грунтах с прослойкой глины, то лучше выбрать грунт до отметки промерзания земли плюс 20 см вниз и засыпать пространство до предполагаемой нижней точки столба крупнофракционным песком. Его следует хорошо утрамбовать, предварительно увлажнив.

Мелкозаглубленный фундамент столбчатого типа имеет опоры, уходящие вглубь грунта от его поверхности всего на 40-60 см.

Согласно стандартам, расстояние между столбами полностью зависит от общей массы здания и сечения колонн. Однако располагать опоры ближе, чем на 1,5 метра друг к другу не рекомендуется, поскольку это обеспечит перерасход материалов и сделает монтаж столбчатого фундамента нецелесообразным. Кроме того, регламентирован и максимальный шаг между колоннами основания. Он не должен превышать 3 м. Размер сечения опор полностью зависит от используемого материала для строительства дома.

Сечение колонн

Согласно стандартам столбы фундамента можно делать круглого либо квадратного сечения. И в том и в другом случае технология монтажа основания нарушена не будет.

Если принято решение делать круглые колонны, то диаметр столбов должен быть в норме 20 см. Однако на практике чаще всего делают столбы сечением 25 см. Заливать раствор можно в специальную опалубку из труб. Какие выбрать, решать мастеру. Металл и асбестоцемент, хоть и являются максимально надежными, имеют при этом высокую цену. В качестве более дешевой опалубки можно использовать пластиковые канализационные трубы или просто скрученный в рулон рубероид. В последнем случае раствор придётся заливать поэтапно, с параллельной обратной засыпкой трубы из рубероида. Это позволит предотвратить её расхождение в диаметре при заливке бетона.

Совет: при покупке пластиковых труб для опалубки поищите некачественные изделия с трещинами или другими дефектами. Такое качество труб на целостность залитых опор не повлияет никак, а вот цену на материал для опалубки при таких условиях можно существенно снизить.

Важно: круглую колонну необходимо армировать при заливке не менее качественно, чем квадратную. Для этого используют специальный заранее приготовленный армирующий пояс из стальных прутьев. Его нужно просто установить в трубу-опалубку перед загрузкой раствора.

Квадратные колонны согласно норма и стандартов можно заливать в специально собранную из деревянных щитов опалубку. Щиты скрепляются в квадратный каркас нужной высоты при помощи хомутов или шпилек. Внутренние стенки опалубки можно укрыть рубероидом для более ровной поверхности залитых столбов и снижения риска повреждения колонн при распалубке.

Квадратные столбы фундамента также армируют металлическими прутами, связанными в единую конструкцию.

Важно: края армирующего пояса не должны достигать края колонны со всех сторон по 1,5-2 см. То есть, металл должен быть утоплен в бетон. Исключение составляет столбчатый фундамент с ростверком. В этом случае продольные пруты арматуры должны выступать за верхний край колонны на 23-35 см.

Раствор для заливки колонн фундамента замешивают из цемента, песка и щебня в соответствии 1:3:5. При этом цемент лучше брать марки не ниже М-400. Колонны будут считаться полностью готовыми и сухими через 5-7 дней при условии сухой и тёплой погоды. Если же погода стоит влажная, то стоит выждать не менее 3 недель до полного высыхания раствора, и только после этого снимать опалубку.

Важно: ранняя распалубка грозит образованием трещин и сколов на поверхности опорных столбов.

Правильное армирование колонн

Все опоры столбчатого фундамента необходимо обязательно армировать для надежности и крепости сооружения. Исключение составляют только столбы круглого сечения, залитые в опалубку из металлических или асбестоцементных несъемных труб.

Армируют все колонны стальными прутами. Для продольной установки применяют прутья класса АIII сечением от 12 до 16 мм. Для поперечного армирования можно использовать пруты с гладкой поверхностью сечением 6-8 мм.

Важно: армирующий пояс лучше всего вязать специальной стальной проволокой, поскольку сварка нарушает свойства металла и снижает прочность готового армирующего каркаса.

Для столбов круглого сечения арматуру изготавливают из трех продольных прутов с расположенными поперечно ребрами. Их шаг должен составлять 15-20 см. Для квадратных опор технология создания армирующего каркаса такая же, с той лишь разницей, что используются четыре продольных прута.

Копка ям

Подготовить ямы под опорные столбы можно как с применением ручного садового бура нужного диаметра, так и с использованием специального инструмента. Удобно формировать выемки под столбы специальным бензорубом или буром ТИСЭ с расшитителем внизу. Такой инструмент позволяет формировать в грунте пространство под башмак колонны.

Важно: если планируется установка съемной опалубки, то сечение ям под колонны нужно делать в 1,5-2 раза большим для более легкого процесса установки и съема опалубки. После монтажных работ колонны потребуют качественной обратной засыпки.

Заливка башмака

У каждого опорного столба фундамента должна быть опорная подушка — своеобразная бетонная плита большего чем колонна сечения. Такая технология изготовления столбчатого фундамента позволяет снизить давление опор на грунт и исключить вероятность его проседания под массой дома.

Опорную подушку делают в два раза больше, чем диаметр или сечение колонны. При этом высота башмака должна составлять треть от общей высоты опорной колонны.

Монтаж башмака производят перед устройством колонны. То есть, сначала в яму нужного диаметра устанавливают опалубку под башмак и заливают в неё раствор. После высыхания опорной подушки можно ставить опалубку для колонны и уже лить бетон.

Монтаж ростверка

Ростверк — опоясывающий опорные столбы каркас, который снижает давление массы дома на каждый из столбов. Сооружается ростверк в случае строительства тяжелого каменного дома из кирпича или газобетона.

Если предполагается строительство тяжелого здания, то под ростверк стоит делать колонны большего сечения, а шаг между ними можно свести до 1 метра. При этом также стоит установить опорные столбы под всеми несущими стенами, на углах дома и на стыках стен.
Ростверк можно выполнить из заводского металлопроката или залить из бетона с обязательным его армированием. Если будет использоваться последний вариант монтажа, то прутья армирующего пояса колонн должны выступать над верхней точкой опор на 15-20 см для последующей их вязки с арматурой ростверка.

Важно: гнуть продольные пруты столбов можно только после полного высыхания бетонной смеси.

Армируют железобетонный ростверк поперечными прутами сечением 12-16 мм и продольными прутьями сечением 6-8 мм. Продольные элементы в сетке располагают с шагом 40 см.

Важно: чем шире шаг между колоннами и больше будет масса готового здания, тем прочнее и мощнее должен быть армирующий пояс.

Ширина заливаемого ростверка должна быть идентичной сечению колонн и иметь две трети ширины готовой стены здания. При этом высота обвязывающего пояса должна быть равна его ширине (для легких домов) или превышать ширину в 1,5 раза для домов из кирпича или шлакоблока.
Запрещено углублять ростверк в грунт или делать его вровень с поверхностью земли. Такой монтаж столбчатого фундамента является неправильным и приведет к деформации всей конструкции в результате сезонного движения грунта. Если дом на столбчатом фундаменте с ростверком строится на песчаном грунте, то расстояние от земли до обвязывающего пояса должно составлять не менее 5 см. Если де грунт пучнистый и подвижный, то расстояние между ростверком и верхней кромкой грунта должно быть не меньше 15 см.

Декорировать столбчатый фундамент можно обшивкой из сайдинга с обязательным формированием вентиляционных окон с каждой стороны дома.

Источник

buildingbook.ru

Информационный блог о строительстве зданий

• Home
• /
• Железобетонные конструкции
• /
• Конструкции зданий и сооружений
• /
• Расчёт столбчатого фундамента под колонну при действии вертикальной нагрузки и момента в одном направлении

Расчёт столбчатого фундамента под колонну при действии вертикальной нагрузки и момента в одном направлении

В этой статье рассмотрим расчёт фундамента под колонну по 1-му предельному состоянию при нагружении фундамента вертикальной нагрузкой и горизонтальной нагрузкой с изгибающим моментом, действующими в одной плоскости.

Исходные данные

Исходными данными для расчёта фундамента будут нагрузки, приходящие на фундамент от колонны и инженерно-геологические изыскания.

В результате расчёта рамы в расчётной программе получили следующие нагрузки на фундамент:

N=21.3 т (вертикальная нагрузка)

Mx=14.8 т*м (изгибающий момент)

My=0, Qy=0 (Расчёт при действии моментов в 2-х плоскостях рассмотрю отдельно в следующих статьях)

Qx=2.8 т (поперечная нагрузка)

Хочу отметить, что лучше всего проверить 2-а расчётных сочетания:

1. Полная ветровая, снеговая, вес конструкций, равномерно-распределённая
2. Полная ветровая и вес конструкций

Дело в том, что одно из условий расчёта является недопущение отрыва края фундамента от земли и при отсутствии снеговой нагрузки вертикальная нагрузка будет меньше и соответственно меньше сопортивления изгибающему моменту.

Глубина сезонного промерзания – 1,79 м;

Уровень грунтовых вод 1,6 м;

Прочностные свойства грунтов определяются по инженерно-геологическим изысканиям. Для этого ищем инженерно-геологический разрез под нужный фундамент и таблицу с нормативными и расчётными характеристиками грунтов. Для расчёта по 1-му предельному состоянию (расчёту на прочность) необходимы расчётные характеристики при α=0.95 (доверительная вероятность расчётных значений), согласно п.5.3.17 СП 22.13330.2016.

ИГЭ-1 — насыпной грунт — песок разной крупности c вкл. строительного мусора до 15-20%, комки суглика, обломки ж.д. плит (в расчёте не участвует т.к. отметка низа фундамента находится ниже этого слоя грунта);

ИГЭ-2 — песок средней крупности, средней плотности, водонасыщенный: (e=0.65, ρ=1,8 т/м³, Е=30 МПа, ϕ=35°, С=1 кПа).

ИГЭ-3 — песок средней крупности, с редкими прослоями текучей супеси, суглинка, глиниcтый средней плотности, водонасыщенный: (e=0.6, ρ=1,82 т/м³, Е=35 МПа, ϕ=36°, С=1,5 кПа).

Уровень грунтовых вод 1,8 м от уровня земли.

Расчёт фундамента

Схема приложения нагрузок на фундамент выглядит следующим образом:

Глубина заложения фундамента

Глубину заложения фундамента определяем в зависимости от максимальной глубины сезонного промерзания, которая дана в отчёте по инженерно-геологическим изысканиям. В моём случае нормативная глубина сезонного промерзания равна d_fn=1,79м.

Расчётная глубина сезонного промерзания вычисляется по формуле 5.4 СП 22.13330.2016

где k_h — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений — по таблице 5.2 СП 22.13330.2016; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений k_h=1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой;

В нашем случае здание неотапливаемое, поэтому

Глубина заложения фундамента должна быть не выше расчётной глубины промерзания (согласно таблице 5.3 СП 22.13330.2016). Для отапливаемых зданий допускается устраивать фундаменты внутри здания (не под наружными стенами) выше глубины промерзания, но должно быть гарантировано, что в холодное время года будет отопление здания. Если же допускается, что здание могут подвергнуть консервации или отключить отопление, тогда и внутренние фундаменты также должны быть заложены на расчётную глубину промерзания.

Предварительные размеры фундамента

Определяем предварительно площадь основания фундамента.

Предварительные размеры фундамента определяем по формуле:

N — вертикальная нагрузка от колонны, которую мы получили при расчёте каркаса здания (N=21,3 т=213 кН);

R₀ – расчётное сопротивление грунта, предназначенное для предварительного расчёта приведены в Приложении Б СП 22.13330.2016 (в нашем случае Таблица Б.2 для песка средней крупности и средней плотности R₀ = 400кПа, для глины и других грунтов см. другие таблицы в приложении Б);

Таблица Б.2 — Расчетные сопротивления R₀ песков

Пески	Значения R0, кПа, в зависимости от плотности сложения песков
плотные	средней плотности
Крупные	600	500
Средней крупности	500	400
Мелкие:
маловлажные	400	300
влажные и насыщенные водой	300	200
Пылеватые:
маловлажные	300	250
влажные	200	150
насыщенные водой	150	100

ȳ — среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах, предварительно принимаемое ȳ=20 кН/м³;

d – глубина заложения фундамента (в нашем случае d=2 м)

+20% т.к. фундамент внецентренно сжатый 0,72 м²

Размеры подошвы фундамента назначаются с шагом 0,3 м, размером не менее 1,5х1,5м (Таблица 4 Пособия по проектированию фундаментов на естественном основании)

Таблица 4 Пособия по проектированию фундаментов на естественном основании

Эскиз фундамента	Модульные размеры фундамента, м, при модуле, равном 0,3
	h	hpl	соответственно hpl			подошвы		подколонника
			h1	h2	h3	квадратной b ´ l	прямоугольной b ´ l	под рядовые колонны bcf ´ lcf	под колонны в температурных швах bcf ´lcf
1,5	0,3	0,3	—	—	1,5´1,5	1,5´1,8	0,6´0,6	0,6´1,8
1,8	0,6	0,3	0,3	—	1,8´1,8	1,8´2,1	0,6´0,9	0,9´2,1
2,1	0,9	0,3	0,3	0,3	2,1´2,1	1,8´2,4	0,9´0,9	1,2´2,1
2,4	1,2	0,3	0,3	0,6	2,4´2,4	2,1´2,7	0,9´1,2	1,5´2,1
2,7	1,5	0,3	0,6	0,6	2,7´2,7	2,4´3,0	0,9´1,5	1,8´2,1
3,0	1,8	0,6	0,6	0,6	3,0´3,0	2,7´3,3	1,2´1,2	2,1´2,1
3,6	—	—	—	—	3,6´3,6	3,0´3,6	1,2´1,5	2,1´2,4
4,2	—	—	—	—	4,2´4,2	3,3´3,9	1,2´1,8	2,1´2,7
Далее с шагом	—	—	—	—	4,8´4,8	3,6´4,2	1,2´2,1	—
	5,4´5,4	3,9´4,5	1,2´2,4	—
0,3 м	—	—	—	—	—	4,2´4,8	1,2´2,7	—
или	—	—	—	—	—	4,5´5,1	—	—
0,6	—	—	—	—	—	4,8´5,4	—	—
—	—	—	—	—	5,1´5,7	—	—
—	—	—	—	—	5,4´6,0	—	—

Предварительно назначаем фундамент 1,5х1,5=2,25 м², что больше предварительного минимума 0,72 м².

Расчёт максимального и минимального краевого давления

Максимальное и минимальное краевое давление находим по формуле 5.11 СП 22.13330.2016

Где N=21,3т=213 кН вертикальная нагрузка от колонны в кН;

А_ф=2,25 м² – площадь фундамента, м²;

γ_mt – средневзвешенное значение удельных весов тела фундамента, грунтов и полов, принимаемое 20 кН/м³;

d=2 – глубина заложения фундамента, м;

M-момент от равнодействующей всех нагрузок, действующий по подошве фундамента в кН*м, находим по формуле:

W – момент сопротивления подошвы фундамента, м³. Для прямоугольного сечения находится по формуле W=bl²/6 где в нашем случае b – это сторона подошвы фундамента вдоль буквенной оси, l – длина стороны подошвы фундамента вдоль цифровой оси (см. картинку ниже).

Т.к. предварительно мы приняли фундамент с размерами 1,5х1,5 м, то

W= bl²/6=1.5*1.5²/6=0.5625 м³

При действии вертикальной нагрузки на фундамент совместно с изгибающим моментом у нас может быть 3 варианта эпюр давления на грунты:

1. Треугольная с отрывом края фундамента

Нельзя допускать, чтобы происходил отрыв фундамента, т.е. Pmin всегда должен быть ≥0.

В нашем случае Pmin 0,5 1,1 1,0 1,0 Примечания

1 К сооружениям с жесткой конструктивной схемой относят сооружения, конструкции которых специально приспособлены к восприятию усилий от деформации оснований, в том числе за счет мероприятий, указанных в 5.9.

2 Для зданий с гибкой конструктивной схемой значение коэффициента γс2 принимают равным единице.

3 При промежуточных значениях L/H коэффициент γс2 определяют интерполяцией.

4 Для рыхлых песков γс1 и γс2 , принимают равными единице.

k=1 (п.5.6.7 СП 22.13330.2016 коэффициент, принимаемый равным единице, если прочностные характеристики грунта (φ_II и С_II ) определены непосредственными испытаниями, и k=1,1, если они приняты по таблицам приложения А).

My=1,68 (таблица 5.5 СП 22.13330.2016)

Mq=7,71 (таблица 5.5 СП 22.13330.2016)

Mc=9,58 (таблица 5.5 СП 22.13330.2016)

Тут хочу обратить внимание, несмотря на то, что мы опираемся на грунт ИГЭ-3, грунт ИГЭ-2 имеет более низкие прочностные характеристики и он заложен ниже грунта ИГЭ-3, поэтому мы принимаем считаем несущую способность основания по ИГЭ-2.

Таблица 5.5 СП 22.13330.2016

Угол внутреннего трения φII, град.	Коэффициенты
My	Mq	Mc
0	0	1,00	3,14
1	0,01	1,06	3,23
2	0,03	1,12	3,32
3	0,04	1,18	3,41
4	0,06	1,25	3,51
5	0,08	1,32	3,61
6	0,10	1,39	3,71
7	0,12	1,47	3,82
8	0,14	1,55	3,93
9	0,16	1,64	4,05
10	0,18	1,73	4,17
11	0,21	1,83	4,29
12	0,23	1,94	4,42
13	0,26	2,05	4,55
14	0,29	2,17	4,69
15	0,32	2,30	4,84
16	0,36	2,43	4,99
17	0,39	2,57	5,15
18	0,43	2,73	5,31
19	0,47	2,89	5,48
20	0,51	3,06	5,66
21	0,56	3,24	5,84
22	0,61	3,44	6,04
23	0,66	3,65	6,24
24	0,72	3,87	6,45
25	0,78	4,11	6,67
26	0,84	4,37	6,90
27	0,91	4,64	7,14
28	0,98	4,93	7,40
29	1,06	5,25	7,67
30	1,15	5,59	7,95
31	1,24	5,95	8,24
32	1,34	6,34	8,55
33	1,44	6,76	8,88
34	1,55	7,22	9,22
35	1,68	7,71	9,58
36	1,81	8,24	9,97
37	1,95	8,81	10,37
38	2,11	9,44	10,80
39	2,28	10,11	11,25
40	2,46	10,85	11,73
41	2,66	11,64	12,24
42	2,88	12,51	12,79
43	3,12	13,46	13,37
44	3,38	14,50	13,98
45	3,66	15,64	14,64

k_z=1 (п.5.6.7 СП 22.13330.2016 коэффициент, принимаемый равным единице при b 150 кПа, поэтому увеличивать размеры фундамента нет необходимости.

Следовательно, фундамент удовлетворяет требованиям по несущей способности основания.

После этого нужно сконструировать фундамент, назначить размеры, арматуру, бетон, что обязательно рассмотрю в следующих статьях.

Расчётную программу в Excel можно скачать по ссылке

This article has 3 Comments

Для всех типов фундаментов для ввода нагрузок на основания применяются результаты статического расчета от действия какого-либо загружения или комбинации загружений. В качестве альтернативы возможен и «ручной» ввод в соответствии с расчетной схемой.

Большое спасибо за программку! Очень сократили время расчетов!

Источник