Проектирование ленточного фундамента под колонны

Ленточный фундамент под колонны

Ленточный фундамент под колонны

Ленточный фундамент, благодаря своим конструктивным и техническим особенностям (непрерывная равномерно загруженная лента), является наилучшим видом основания под самонесущие и несущие стены здания. Однако нередко его используют для передачи на грунт линейно распределенной нагрузки от равномерной сетки (ряда) колонн. В последнем случае ленточный фундамент устраивается в виде пересекающихся – под сетку колонн, или одиночных лент – под колонны, расположенные в ряд.

Применение, виды и особенности ленточного фундамента под колонны

Равномерная передача и распределение нагрузки ленточными фундаментами на грунт крайне важно, если на строительной площадке (приусадебном участке):

• обнаружены неоднородные по сжимаемости грунты;
• имеются слабые (несущая способность) грунты или просадочные с прослойками.

Основание под колонны в виде скрещивающихся лент также закладывается, если площади подошв отдельно взятых фундаментов слишком велики или смыкаются сторонами.

Под ряды колонн в большинстве случае выполняют основание в монолитном железобетоне, хотя это может быть и сборная конструкция. Выбор типа основания зависит от сооружения и несущей способности грунта. Однако специалисты нашей компании рекомендуют использовать именно монолитную конструкцию, поскольку она в значительной степени превосходит своими технико-экономическими показателями сборную разновидность.

Вариант основания в монолитном железобетоне состоит из перекрестных балок таврового поперечного сечения, которые включают в себя подушки (плита трапецеидальной формы в сечении) и вертикальные ребра (прямоугольник в сечении). Глубина залегания перекрестных лент та же, как и при установке стандартных ленточных фундаментов, а вот высота консоли должна быть от 200 мм. Размеры основных элементов (ребра, плита) и степень их армирования рассчитываются по стандарту (как изгибаемые объекты).

Если речь идет о сборном варианте, тогда фундамент будет представлять собой отдельные блоки (плиты), которые будут соединены друг с другом сплошными (монолитными) стыками. Главное преимущество ленточных фундаментов под колонны заключается в том, что они придают возводимому сооружению значительно большую жесткость конструкции, а также заботятся о выравнивании его усадки.

[content-egg module=GdeSlon template=compare]

Размеры фундаментов промышленных зданий под колонны

Схематическое изображение геометрических размеров колонн

Фундамент под колонну промышленного здания строится с учетом механико-динамических свойств почвы. Габаритные размеры фундаментов промышленных строений проектируются так, чтобы среднее значение нагрузки на нижнюю плоскость основания была не выше расчетной нагрузки, а типовые показатели усадок отдельных элементов фундамента одного и того же строения были не выше допустимых показателей, которые регламентируются проектными нормативами.

По контуру фундамент промышленного строения в основном повторяет периметр той наземной части, которая над ним расположена. Поэтому многообразие оснований зависит от конструкционных особенностей и форм зданий и сооружений. В качестве монолитных массивов выполняются фундаменты крупных строений. Например, фундамент под памятник либо опору моста.

Фундаменты под колонны могут монтироваться как для отдельной колонны, а могут располагаться группами по несколько колонн. Такие группы имеют вид лент.

Основания для стен могут устраиваться в виде отдельно стоящих опор фундамента, которые перекрываются рандбалкой, либо подземных стен, повторяющих контур несущих стен. Это стеновые или как их еще называют ленточные фундаменты. По своей конфигурации они практически неотличимы от оснований, которые устраиваются под группу колонн.

Строительные материалы, применяемые при изготовлении фундаментов промышленных зданий и сооружений – это железобетон, камень, кирпич и бетон. В состав жестких оснований в основном входит бетон, кирпичная кладка.

Если типовые схемы указывают на присутствие в конструкции основания скалывающих либо растягивающих напряжений, то здесь необходимо применять железобетон. Из этого следует, что железобетон используется при обустройстве сборных конструкций и при обустройстве гибких основ.

Виды оснований под сборные колонны из железобетона

Чертеж сопряжения фундамента с колонной

Под сборные столбы из железобетона используют монолитные либо сборные основания из железобетона.

Цельные основания из железобетона образованы несколькими ступенями и подколонником, в котором размещается стакан для опоры. Нижняя часть стакана находится на 5 см ниже основания столба. Это необходимо для того, чтобы после снятия опалубки при заливке бетонной смеси сбалансировать возможные нагрузки и огрехи в расчетах.

Сборные железобетонные основания могут изготавливаться из одного башмака либо из блок-стакана и одной или многих плит, расположенных снизу него.

Проектирование включает в себя разметку верхней части подколонника на уровне заданной разметки поверхности грунта. Основы бывают высотой 1,2−3 м, между ними создается шаг 0,3 м. Эти показатели соответствуют максимальной глубине закладки основы. Высота основания регулируется с учетом высоты подколонника, при том же размере степеней.

Если проектирование предусматривает увеличение глубины заложения фундамента, то под ним выполняют песчаную или бетонную подушку. Благодаря увеличению размера подколонника в строениях с подвальными помещениями, фундаменты располагаются ниже напольного покрытия.

Основания заливаются бетоном марок М150 и М200. Армирование выполняется металлической сеткой с размерами ячеек 200X200 мм, которая размещается в нижней его части. Сетка сваривается, и поверх нее укладывается защитный слой толщиной 0,35−0,7 м. В качестве прутьев используют горячекатаную сталь периодического профиля класса А-П. Армирование подколонников выполняется таким же способом, что и армирование столбов.

Проектирование фундаментов промышленных зданий на рыхлых почвах выполняется с последующим устройством бетонной подготовки, толщина которой достигает 10 см.

Основания под металлические колонны

Чертеж железобетонного фундамента для металлического изделия

Под колонны из металла выполняют монолитные железобетонные основания.

Подколонники оборудуются анкерными болтами для фиксации колонного башмака. Их изготавливают сплошными, без стаканов. Верхнюю часть подколонника располагают так, чтобы металлический колонный башмак и верх анкерных болтов были скрыты.

Если проектирование предусмотрело заглубление металлических колонн более 4 м, то в этом случае применяют сборные железобетонные подколонники, которые производят так же, как и двухветвенные колонны. Эти элементы снизу фиксируются в стакане основания, а верхние их части крепятся с помощью анкерных болтов. Фундамент под смежные колонны монтируется общим даже тогда, когда они изготовлены из различного материала (железобетон и сталь).

Монтаж металлических колонн

Монтаж металлической опоры

Металлические колонны монтируются на основаниях, в которых заблаговременно встраивают анкерные болты для их крепления. После проектирования стандартное положение опор обеспечивается точным размещением анкерных болтов на местах фиксации. При этом точность установки обеспечивается серьезной подготовкой плоскости основания.

Опирание колонн выполняется так:

1. На поверхность основания, которое смонтировано до нужной отметке опорной подошвы, без последующей доливки цементной смеси. Применяется для опор с фрезерованными башмачными подошвами.
2. На заблаговременно выверенные места, устанавливаются и заполняются бетонной смесью металлические плиты. Основание бетонируется до уровня на 5−8 см ниже той отметки подошвы опоры, которая обозначена при проектировании.
3. После чего выполняют установку опорных колонн, объединяя осевые отметки разбивочных осей на элементах, вмонтированных в фундамент, с их отметками. Установочные винты регулируют положение отдельной опоры по высоте с учетом того, что верхняя поверхность плиты будет располагаться на заданной отметке опорной плоскости башмака. Опорные плоскости столбов должны заблаговременно быть простроганы.
4. Основание бетонируется до уровня на 0,25−0,3 м ниже отметки поверхности башмака, отмеченной при его проектировании.

После выполнения этих работ, монтируются закладные элементы и составляющие опор. Верхнюю часть основания цементируют до уровня на 4−5 см ниже верхней плоскости опорных элементов. Опорная поверхность башмака изготавливается под прямым углом к оси самого столба.

Какие виды фундаментов выполняются под стены

Виды возводимых фундаментов

Под несущие стены промышленных зданий монтируются свайные, столбчатые и ленточные фундаменты.

Свайные фундаменты выполняют на рыхлых почвах, которые залегают на значительную глубину. Сваи разделяют на различные виды в зависимости от их назначения. Изготавливаются из древесины, стали, бетона и железобетона. Различают сваи цельные и сборные из железобетона.

Широкое распространение в строительстве получили сборные сваи. Их выпускают двух видов: цилиндрические трубчатые и квадратные сплошные.

Бетонные сваи в основном производятся цельными с различной глубиной заложения, нагрузками и различными сечениями. Металлические сваи производятся из труб, швеллеров и двутавров. Такие сваи редко применяются при обустройстве фундамента под стены из-за подверженности их коррозии, а также из-за дефицита стали. Деревянные сваи выпускаются из лиственницы, сосны. На верхний край колонны надевают бугель (стальное кольцо), а на нижний – металлический башмак. Это необходимо для того, чтобы защитить сваю от размолачивания при забивке.

Столбчатые основания под несущие стены промышленных строений выполняют при плотных основаниях и малых нагрузках. Снизу стен оснований столбы располагаются в месте стыкования, пересечения и в углах, а также в различных промежутках на расстоянии менее 3–6 м. Отдельно установленные колонны связываются друг с другом балками, которые воспринимают нагрузку, создаваемую стенами.

Снизу балок основания выполняется подсыпка из песка либо шлака толщиной 50−60 см. Это необходимо для избегания влияния предельных нагрузок и предупреждения деформаций, которые связаны с рыхлостью грунта.

Ленточные основания монтируют под самонесущие либо несущие стены, выполненные из кирпича и блоков. Такие основания бывают цельными и сборными. Сборные основания пользуются большей популярностью. Такие основания устраивают из бетонных и железобетонных блоков.

Ленточные основания выполняют из следующих компонентов:

• блок-подушек марки Ф;
• блоков стеновых прямоугольной формы марки СП.

Блоки стен имеют следующие размеры:

Также выпускают блоки доборные марки СПД, размеры которых отличаются лишь длиной (у них она 0,8 м). Они применяются для перевязки блоков в основании.

Блоки стен изготавливаются сплошными, с несквозными отверстиями, расположенными снизу. Изготавливаются из бетона марки М150.

Применение и виды блок-подушек

Схематическое отображение составляющих фундамента

Блок-подушки применяются для увеличения размера подошвы основания. Имеют следующие размеры:

Блок-подушки толщиной 1−1,6 м помимо стандартных размеров могут изготавливаться меньшей длины, то есть доборными. Изготавливаются из бетона марок М150 и М200. В качестве рабочего материала для армирования применяют класса А-П горячекатаную сталь. Чтобы уберечь от дополнительных нагрузок, блок-подушки располагают на ровную поверхность либо подготовку, выполненную из песка.

Основания из блок-подушек бывают прерывистыми и сплошными. В отдельно стоящих основаниях такие подушки укладываются с образованием разрыва, величина которого варьирует от 20 см до 90 см. Подобная конструкция дает возможность уменьшить расход стройматериала, уменьшить нагрузку и позволяет в полнее использовать несущую способность почвы.

При строительстве промышленных строений на просадочных почвах под подушками основания устраивается армированный шов, толщина которого варьирует от 3 см до 5 см, а сверху него монтируется армированный пояс толщиной от 10 см до 15 см. Это позволяет уменьшить нагрузку, увеличить жесткость основания, предупредить возникновение трещин при неравномерной усадке строения.

Блоки стен устанавливаются на бетонную смесь сверху подушек фундамента. Из подушек возводят стены подвала. Основание и его стены состоят из многорядных стеновых блоков, которые укладываются с шовной перевязкой.

Фундаменты крупных строений из массивных железобетонных компонентов выполняют из панелей-стенок и панелей-подушек. Панели-стенки устанавливаются сверху панелей-подушек. Они бывают со сквозными отверстиями, ребристыми и сплошными. Смонтированные панели скрепляются между соседними, методом сваривания закладных металлических компонентов. Эти подушки укладываются по форме прерывистых либо непрерывных лент. Бывают сплошными и ребристыми.

Ленточные монолитные фундаменты устраиваются в основном из железобетона. Они обустраиваются внутри опалубки, в которой вмонтирована арматура (если речь идет о железобетонных фундаментах), и укладывают бетонную смесь.

Свайные фундаменты имеют ряд плюсов: они практически не дают усадки, сокращают время на проведение земляных работ, а также снижают затраты на строительство. Любое строение с применением свай может простоять больше 100 лет.

[content-egg module=GdeSlon template=compare]

Ленточные фундаменты на естественном основании под колонны

В случае, если требуемые по расчету подошвы фундаментов соседних колонн близко подходят друг к другу, применяют ленточные фундаменты под рядами колонн в виде отдельных лент или в виде перекрестных лент (рис. ниже). Также применяют ленточные фундаменты при неоднородных грунтах или резко различных нагрузках, поскольку они выравнивают осадки основания. Фундаменты под колонны связевых панелей также часто делают ленточными, поскольку такие фундаменты увеличивают жесткость основа­ния панели, что существенно уменьшает деформативность всего каркаса. Еще больше можно увеличить жесткость основания связевой панели, распро­странив ленточный фундамент на соседние с панелью колонны (рис. ниже).

Ленточные монолитные фундаменты под колонны

а – отдельные ленты; б – перекрестные ленты

Обычно ленточные фундаменты имеют постоянное тавровое сечение с полкой понизу.

Выступы полки тавра работают как консоли, защемленные в ребре. Полку назначают толщиной не менее половины вылета консоли.

Фундаментная лента рассчитывается и конструируется так же, как мо­нолитная неразрезная балка, в которой опорами служат колонны, а нагруз­кой – давление грунта на подошву.

Пример ленточного фундамента под связевой панелью

Эпюру давления грунта рекомендуется определять, принимая основа­ние как линейно деформируемое полупространство.

Расчет производится смешанным способом. Для этого непрерывную связь балки с основанием представляют в виде системы абсолютно жестких стержней, усилия в которых принимают равными равнодействующей дав­ления грунта, равномерно распределенного по площади подошвы, соответ-

ствующей каждому стержню (рис. ниже). Обычно расстояния между стерж­нями с принимают одинаковыми, а число стержней (участков разбивки) равным 9-11.

К расчету ленточного фундамента как балки на линейно-деформируемом полупространстве

а – расчетная схема; б

основная система; в – перемещения ленты под действием силы х = 1; г – то же, поверхности основания; д – перемещения ленты под действием внешних нагрузок Р,

Основную систему получают, отделив балку от основания, заменив при этом стержни силами х . х„ и введя опору в точке приложения равно­действующей внешних сил от колонн. Неизвестными при этом являются силы х . ,х_n и осадка фиктивной опоры y . Система уравнений имеет вид

где п – число участков; ΣP – сумма сил в колоннах, приложенных к ленте.

Коэффициент δki, представляет собой сумму смещений балки V_ki и ос­нования Y_ki в точке k от действия единичной силы, приложенной в точке i. Поскольку фиктивная опора, помещенная в точке приложения равнодейст­вующих сил Pj, не может поворачиваться, эту опору представляют как же­сткую заделку, и значения V_ki определяют как прогибы консоли. При посто­янной жесткости балки EI значение V_k, равно

Осадку основания Y_ki от единичной силы определяют по формуле

где Е_й и μо – модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта, опреде­ляемые согласно СНиП 2.02.01-83 прил. 1 и 2; с – расстояние между стерж­нями; Fu – функция осадки основания в точке к при действии единичной силы в точке i.

Значения функции F_ki, вычисленные на основе теории упругости, при­ведены в табл. ниже, где х/с – число участков от точки к до точки i; b – ши­рина подошвы.

Значения F_ki

Значения F_ki при b/с

Δ_ip – прогиб балки как консоли в точке i от всех внешних сил Pj.

Окончательно усилия в балке определяются как для консоли при дей­ствии вычисленных сил х, и внешних сил Pj. Давление на грунт определяют путем деления х, на bс. Это давление при действии полных нормативных нагрузок не должно превышать расчетное сопротивление грунта R.

В первом приближении жесткость балки принимается как для сплош­ного бетонного сечения, т.е. равной E_bI. Если после 1-го расчета получен­ные моменты не превышают момент трещинообразования М_ст этот расчет считается окончательным. Если в некоторых участках балки момент пре­вышает М_сгс, то в этих участках жесткость определяют с учетом трещин согласно СП 52-101-2003, и расчет повторяется с учетом этих жесткостей при определении V_kl. Расчет производится до тех пор, пока вновь полученные максимальные моменты будут отличаться от моментов из предыдущего расчета менее чем на 10%.

[content-egg module=GdeSlon template=compare]

Ленточный фундамент под колонны

Фундаменты под колонны и стены промышленных зданий делают из железобетона, бетона, бутобетона и бутовой кладки. В зависимости от конструктивной схемы здания, величины и характера нагрузок, вида и качества грунтов основания фундаменты бывают ленточные, столбчатые, свайные и сплошные.

Ленточные фундаменты применяют преимущественно под несущими стенами и выполняют аналогично ленточным фундаментам гражданских зданий. При частом расположении колонн и больших нагрузках (более 200 Т на колонну) ленточные фундаменты встречаются и в каркасных промышленных зданиях (рис. 204). Наиболее распространенным видом фундаментов промышленных зданий, имеющих каркасную схему, являются столбчатые фундаменты.

При относительно небольших нагрузках от колонн каркаса (до 100 Т) и нормативном давлении на .грунт, равном 1,5—2,0 кПсм2, применяют столбчатые фундаменты из сборных железобетонных блоков стаканного типа. При нагрузках более 100 Т применяют сборные железобетонные фундаменты из нескольких сборных элементов или монолитные ступенчатые фундаменты из железобетона. Основные типы столбчатых фундаментов промышленных зданий показаны на рис. 205.

Размеры подошвы фундамента, его высота и конструкция зависят от величины воспринимаемых фундаментом нагрузок и свойств грунта основания под фундаментом.

Монолитные ступенчатые фундаменты выполняют с двумя—тремя ступенями высотой по 30 см при высоте фундамента до 100 см и по 60 см при высоте фундамента более 100 см. Конструкция сопряжения монолитных фундаментов с колоннами каркаса зависит от материала и конструкции колонн.

Рис. 204. Ленточный фундамент под колонны каркаса:

а — план фундамента; б — детали; 1 – колонны; 2 —фундамент

Рис. 205. Столбчатые фундаменты колонн:

а — жесткий фундамент с подколонником; б — монолитные железобетонные фундаменты монолитных колонн; в — сборные железобетонные фундаменты стаканного типа; г — то же, для двухветвевых колонн; д — составной фундамент; 1 — колонна; 2 — стальная арматура; 3 — подколонник; 4 — фундамент с уступами; 5 — бетонная подготовка; 6 — пирамидальный фундамент; 7 — фундамент стаканного типа; 8 — бетон или раствор; 9 — железобетонные плиты

При сборных железобетонных колоннах применяют фундаменты со стаканами для колонн. Глубина

стакана должна быть не менее большей стороны колонны, а размеры верха и дна — больше размеров соответствующих сторон колонны на сумму двух зазоров, необходимых для монтажа. Зазор между плоскостью колонны и внутренней гранью стакана принимается равным 75 мм в каждую сторону от колонны для верха стакана и по 50 мм — для дна стакана.

Толщина стенок стакана в его верхней части должна быть не менее 250 мм, а толщина дна, во избежание продавливания фундамента — не менее 200 мм.

Зазор между колонной и стенками стакана при монтаже колонн заполняют бетоном не ниже М150 на мелком гравии.

При колоннах из двух ветвей (двухветвевые колонны) каждая ветвь должна иметь сопряжение с фундаментом. Для сборных железобетонных двухветвевых колонн применяют двухстаканные железобетонные блоки (рис. 205, г) или одностаканные, но отдельно под каждую ветвь колонны.

Сопряжение монолитных железобетонных фундаментов с монолитными колоннами достигается сваркой арматуры колонны с арматурными стержнями (выпусками), замоноличенными в фундамент (рис. 205, б).

Стальные колонны крепят к фундаментам анкерными болтами, которые замоноличивают в фундамент.

[content-egg module=GdeSlon template=compare]

Источник