Как рассчитывается фундамент под металлические колонны

Фундамент для металлической колонны

В целом алгоритм обустройства фундамента для металлической колонны схож с выше приведенной инструкцией для основания ж/б-аналога. Однако, ввиду того, что крепление осуществляется анкерным способом, некоторые отличия все же есть:

Прежде чем заливать опалубку раствором, устанавливаются специальные метки, по которым в дальнейшем определяется местоположение крепления стальной опоры.

Схема крепления металлических колонн к фундаментуИсточник metgroop.ru

• После заливки в поверхность бетонного массива вставляются болты, фиксированные между собой стальными перемычками. Далее посредством их будет крепиться металлическая колонна.
• В ходе установки крепежных элементов соблюдается высокая точность и проверка в соответствии с разметкой.

Видео-инструкция по изготовлению фундамента под колонну:

Ошибки монтажа

При обустройстве основания под вертикальные опоры возможны следующие ошибки:

1. Неправильный расчет по нагрузке. В результате опора проседает, а стены сооружения трескаются.
2. Неграмотное определение глубины. Отклонение в большую сторону ведет к перерасходу материалов, а в меньшую – к разрушению основания.
3. Монтаж блоков на разной глубине. Из-за этого каждая колонна будет иметь разную степень проседания.
4. Недостаточная прочность бетона – марки М200 и ниже.
5. Неправильное определение характеристик грунта.
6. Отсутствие центровки армирующего каркаса при монтаже.
7. Сборка прямо на почве – без обустройства подушки.
8. Соединение элементов каркаса с помощью сварки.

Видео-обзор заливки фундамента под колонну:

Коротко о главном

Фундамент под колонну состоит из плитного основания, подколонника и полого или цельного стакана. Колонны могут быть как металлическими, так и железобетонными. Промышленно выпускаемые фундаментные блоки называются «стаканами». Разделяются они на сборные и монолитные.

В нестандартных случаях применяются такие виды оснований, как:

• Столбчатые.
• Ленточные.
• Монолитные.
• Свайные.

Применение, преимущества и недостатки столбчатого основания

В некоторых ситуациях фундамент на столбах является предпочтительнее других конструкций:

1. Возведение постройки со стенами из легких строительных материалов и без подвального помещения.
2. При возведении временных сараев и прочих хозпостроек.
3. Необходимость максимально сэкономить на фундаменте.
4. Все перечисленное, плюс, нецелесообразность возведения ленточного фундамента.

Кроме того, популярность столбчатого основания характеризуется следующими преимуществами конструкции:

1. для монтажа столбов требуется минимум времени;
2. невысокие затраты на рабочую силу
3. доступность строительных материалов;
4. обычно нет необходимости в специальной строительной технике;
5. требуется минимум материалов для тепло и влагоизоляции;
6. длительный период эксплуатации;
7. возможность монтажа конструкции на грунтах, подверженных значительному промерзанию;
8. простота в обслуживании и ремонте конструкции;
9. себестоимость столбчатого основания значительно ниже, по сравнению с другими фундаментами.

В некоторых случаях, можно обойтись минимумом земляных работ и без бетонирования Источник ruspskrf.ru

Не рекомендуется монтаж столбчатой конструкции при следующих ситуациях:

• наличие слабых или подвижных грунтов на строительной площадке;
• почва имеет в своем составе значительную часть торфа или глины;
• высокий уровень залегания грунтовых вод;
• использование тяжелых строительных материалов и возведение нескольких этажей;
• перепад высот на строительной площадке более двух метров.

Также от столбчатого фундамента придется отказаться, если по каким-либо причинам под постройкой нужен подвал.

Особенности фундаментов под стальные колонны

Металлическая колонна с анкерными креплениями

Существует ряд зданий, где есть особенные требования к типу и прочности фундаментов. В большинстве случаев, это объекты промышленного назначения, а также различные предприятия энергетической отрасли.

Такие здания часто возводятся на фундаментах каркасного типа, где основную нагрузку принимает на себя металлическая колонна, установленная внутри специальной бетонной чаши или углубления.

Все фундаменты под стальные колонны отличаются особенной конструкцией, ведь изначально создается прямоугольная или квадратная бетонная подушка с углублением, где с помощью анкеров устанавливается и фиксируется колонна.

Кроме зданий с анкерными соединительными элементами, также в таких основаниях можно предусмотреть:

• трубопроводы различного типа и диаметра;
• канализационные системы с анкерными крепежами;
• электрические сети;
• специальные поддерживающие элементы и конструкции.

Учитывая высокие требования по прочности к таким конструкциям, все расчеты и дальнейшее возведение проводится максимально точно, контроль качества на каждом этапе возведения, а строительные материалы полностью соответствуют нормам.

Монолитный фундамент под металлическую колонну

Устройство монолитного основания под металлическую стальную колонну

Как правило, при строительстве таких фундаментов редко используются сборные конструкции, ведь тогда приходится делать дополнительные расчеты несущих способностей зданий.

В таких случаях лучше монолитный бетонный фундамент, ведь он и прочнее, и быстрее заливается. Этапы возведения монолитной подушки для колонны приблизительно следующие:

1. Расчет максимально допустимых нагрузок на подошву.
2. Проведение разметки мест установки колонн, подготовка почвы.
3. Рытье котлована на заданную глубину и соответствующих размеров.
4. Подготовка внешней опалубки. Она делается с досок или влагостойкой фанеры, в большинстве случаев несъемная.
5. Выравнивание внутренней поверхности котлована, формирование песчано-гравийной подушки.
6. Создание основного армирующего пояса по периметру подушки в горизонтальном и вертикальном направлениях.
7. Заливка котлована бетоном. В это время заблаговременно устанавливаются геодезические уровни и высотные знаки. Они используются при дальнейшем монтаже колонн, а также при ремонте фундамента через просадку.

Как правило, при возведении колонных фундаментов делаются различные высотные отметки, они наносятся на внешний слой бетона, также указывается уровень расположения анкерных соединений, закладочных элементов и других монтажных аксессуаров.

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.

Расчет фундаментов под колонны

Схема установки стальных колонн на фундаменты

Такие основания всегда рассчитываются под конкретное геодезическое обеспечение. Для правильного обеспечения геодезических параметров проводится контроль вертикальных и горизонтальных высотных положений болтовых соединений. Для таких целей отлично подходят готовые шаблоны или специальный кондуктор.

Шаблоны – это металлические или деревянные рамки конкретных размеров, в которых уже есть готовые гнезда под будущие анкера. Они соединяются по опалубке с осями монолитного фундамента, закрепляются.

Шаблоны должны быть установлены абсолютно ровно, поэтому проводится дополнительное измерение вертикали с помощью строительного уровня или нивелира. В некоторых случаях оправданным будет использование сварочных работ, когда шаблоны жестко устанавливают на арматуру монолитной бетонной подушки.

Этапы процесса сооружения фундамента

Начало заложения фундамента знаменуется расчисткой строительного участка, нанесением разметки. Чтобы сформировалась ровная лента, по схеме вбивают колышек в вершину одного из углов, от него отмеряют нужное расстояние до следующей точки. Вбивают колышки, с шагом до 2,5 м, очерчивая внешний контур, затем внутренний, либо наоборот.

На каждую вбитую деревяшку последовательно наматывается, сильно натягивается шнур. Получается физическая проекция, позволяющая поставить штык лопаты наиболее ровно.

Затем, выкапывается траншея, выполняется насыпная прослойка, устилается гидроизоляция. Остается поставить опалубку, положить арматуру, залить бетон.

Ленточный монолит

Сразу размечается вся постройка, точнее, каждая стена и перегородка, выкапывается единая траншея по контуру будущего дома. Стенки заравнивают, дно уплотняют, устилают геотекстилем. Вниз засыпают слой щебня, тщательно трамбуют, затем, насыпают песок, увлажняют чистой водой и тоже уплотняют. Общая толщина каждого слоя составляет 10-15 см.

Поверх насыпной подушки настилают гидроизолирующий материал, чаще используют рубероид.

Опалубку (форму для бетона) собирают из деревянных досок, формируя щиты. Элементы соединяются гвоздями, поперечными балками, шпильками для фиксации углов. Сначала, заготавливают щиты, потом, их ставят на место, скрепляя между собой. Снаружи выставляют боковые подпорки, чтобы форму не повело под давлением бетона.

Чтобы древесина не вытягивала влагу из раствора, не поглощала цементное молочко, стенки изнутри устилают полиэтиленовой пленкой.

Готовая к бетонированию опалубка

Армирующий каркас делают из прутов арматуры, где продольные прутки, с сечением 8-12 мм, поперечные — 6-8 мм. Скрепляют сварочным аппаратом, вязальной проволокой.

Внутрь опалубки укладывают арматурные заготовки, сцепляют, усиливая угловые повороты, приступают к заливке раствора.

Смесь наводят порционно, после заливки выполняют разравнивание, усаживают вибратором, либо много раз протыкают тонким прутом арматуры. По завершении, укрывают полиэтиленом. Через 7-10 дней опалубку демонтируют, спустя еще 3 недели начинают строительство.

Фундамент влияет на целостность, сохранность здания. Колонны обладают точечной нагрузкой, большой массой, что потребует прочного, устойчивого к давлению основания. Ленточная форма доступна к самостоятельному исполнению.

Основные универсальные рекомендации по возведению основания под колонны можно посмотреть в следующем видео:

Средняя оценка оценок более 0

Поделиться ссылкой

Комментарии Коментариев пока нет, но вы могли бы быть первым…

Преимущества и недостатки столбчатого фундамента

Лучше всего столбчатый фундамент работает в условиях морозного пучения, которое опасно для ленточного. Это обусловлено тем, что силы выталкивающие основание из почвы, воздействуют на существенно меньшую площадь конструкции, в результате чего усадочные деформации будут менее выраженными, чем в случае с монолитной лентой.

Основные плюсы устройства столбчатого основания:

• Невысокая стоимость – примерно на 35-50 % дешевле по сравнению с монолитным ленточным основанием.
• Минимальный объем земляных работ – не требуется копать траншею по периметру всего дома.
• Возможность самостоятельного выполнения работ – привлечение спецтехники и рабочей силы необязательно.
• Сжатые сроки устройства – за счет сравнительно небольшого объема работ.

Из недостатков следует выделить невозможность строительства подвала в доме совместно с таким фундаментом. На столбчатом основании не рекомендуется строить здания из тяжелых материалов (кирпич, газобетон, бетонные блоки) и строения высотой более 1-этажа. Также он не подходит для строительства на слабых, глинистых, водонасыщенных и торфяных грунтах, на местности со сложным рельефом, особенно где перепад высот более 1,5-2 м.

Расчет металлической колонны относительно оси Y-Y

Определяем расстояние между ветвями колонны из условия равноустойчивости:

λ_пр = λ_х

где, λ_пр — приведенная гибкость относительно оси Y-Y;  λ_х — гибкость относительно оси Х-Х.

Задаемся гибкостью ветви на участке между планками от 30 до 40. Для рядовых планок равна:

l_s = (0.5…0.8)b

где b — ширина сечения сквозной колонны;

Концевые планки принимаются длиной, равной примерно 1,5l_s.

Толщина планок назначается из конструктивны условий t_s = (1/10…1/25) l_s в пределах 6…12 мм. Рис. 2

Рис. 2 Схема расположения планок в колонне

Ширина сечения сквозной колонны равна:

b ≥ 2*b_шв + a

где b_шв — ширина пояса швеллера, а — 100…150 мм из конструктивных соображений.

b ≥ 2*95 + 100 ≈ 300 мм

Тогда

l_s = 0.7*b = 0.7*300 ≈ 200 мм, t_s = 8 мм.

Максимальное расстояние между планками l определяется по принятой гибкости λ1:

l0 = λ1 * i1

где  λ1 = 30 — гибкость на участке между планками; i = 2,73 см — радиус инерции швеллера №27, i₁ = i_y;

l = 30*2.73 = 82 см

Тогда, расчетная длина ветви равна:

l_в = l + l_s

l_в = 82+20 = 102 см

Значение l_в принимаем кратным высоте колонны.

Вычисляем соотношение:

где J_пл — момент инерции площади поперечного сечения планки;

J₁ = 262 см4 — момент инерции сечения швеллера №27;

J₁ = J_y

Вычисляем гибкость стержня колонны λy. При n > 5 имеем:

В колоннах с раскосной решеткой (рис.3) имеем:

где  — коэф., зависящий от угла наклона раскоса;

A – площадь сечения всего стержня колонны;
Ap – площадь сечения раскосов в двух плоскостях.

Рис. 3 Схема узла раскосной решетки

При n < 5 имеем:

При λ1 = 30 — гибкость ветви (задаем в пределах 30…40);

n — соотношение жесткостей;

γ1 — угол перекоса;

Угол перекоса γ1 определяем по формуле:

где Δp —  удлинение раскоса (Рис.3).

При λy определяется радиус инерции сечения стержня колонны

где Jy — момент инерции сечения стержня колонны;

Требуемая ширина сечения равна:

Полученное значение меньше b = 300 мм, следовательно, принимаем b = 30 см.

Определяем гибкость стержня колонны относительно свободной оси:

Тогда получаем:

Если λпр = λх, то напряжение можно не проверять, колонна устойчива в двух плоскостях.

Если значение λпр отличается от λх, то необходима проверка устойчивости стержня колонны по формуле:

где φy — коэф. принимаем по табл.2 в зависимости от λy.

Расчет внецентренно-сжатой колонны.

Тут конечно же возникает вопрос: а как рассчитать остальные колонны, ведь нагрузка к ним будет приложена скорее всего не по центру сечения? Ответ на этот вопрос сильно зависит от способа крепления навеса к колоннам. Если балки навеса будут жестко крепиться к колоннам, то при этом будет образована достаточно сложная статически неопределимая рама и тогда колонны следует рассматривать как часть этой рамы и рассчитывать сечение колонн дополнительно на действие поперечного изгибающего момента, мы же далее рассмотрим ситуацию когда колонны, показанные на рисунке 1, соединены с навесом шарнирно (колонну, обозначенную красным цветом, мы больше не рассматриваем). Например оголовок колонн имеет опорную площадку – металлическую пластину с отверстиями для болтового крепления балок навеса. По разным причинам нагрузка на такие колонны может передаваться с достаточно большим эксцентриситетом:

Рисунок 2. Эксцентриситет приложения сосредоточенной нагрузки к колонне из-за прогиба балки навеса.

Балка, показанная на рисунке 2, бежевым цветом, под воздействием нагрузки немного прогнется (почему это произойдет, обсуждается отдельно) и это приведет к тому, что нагрузка на колонну будет передаваться не по центру тяжести сечения колонны, а с эксцентриситетом е и при расчете крайних колонн этот эксцентриситет нужно учитывать. Более точное определение эксцентриситетов зависит от жесткости колонны и балки, но мы в данном случае не будем учитывать жесткости и для надежности примем максимально неблагоприятное значение эксцентриситета. Случаев внецентренного нагружения колонн и возможных поперечных сечений колонн существует великое множество, описываемое соответствующими формулами для расчета. В нашем случае для проверки сечения внецентренно-сжатой колонны мы воспользуемся одной из самых простых:

(N/φF) + (M_z/W_z) ≤ R_y (3.1)

Т.е. предполагается, что внецентренное нагружение имеется только относительно одной оси.

В данном случае, когда сечение самой нагруженной колонны мы уже определили, нам достаточно проверить, подходит ли такое сечение для остальных колонн по той причине, что задачи строить сталелитейный завод у нас нет, а мы просто рассчитываем колонны для навеса, которые будут все одинакового сечения из соображений унификации.

Что такое N, φ и R_y мы уже знаем.

Формула (3.1) после простейших преобразований, примет следующий вид:

F = (N/R_y)(1/φ + e_z·F/W_z) (3.2)

так как максимально возможное значение изгибающего момента М_z = N·e_z, почему значение момента именно такое и что такое момент сопротивления W, достаточно подробно объясняется в отдельной статье.

Сосредоточенная нагрузка N на колонны, обозначенные на рисунке 1 синим и зеленым цветом, составит 1500 кг. Проверяем требуемое сечение при такой нагрузке и ранее определенном φ = 0.425

F = (1500/2050)(1/0.425 + 2.5·3.74/5.66) = 0.7317·(2.353 + 1.652) = 2.93 см2

Кроме того, формула (3.2) позволяет определить максимальный эксцентриситет, который выдержит уже рассчитанная колонна, в данном случае максимальный эксцентриситет составит 4.17 см.

Требуемое сечение 2.93 см2 меньше принятого 3.74 см2, а потому квадратную профильную трубу с размерами поперечного сечения 50х50 мм с толщиной стенки 2 мм можно использовать и для крайних колонн.

Примечание: Вообще-то изгибающий момент от эксцентриситета в наиболее опасном сечении, расположенном примерно посредине высоты колонны, будет в 2 раза меньше, соответственно и требуемая площадь сечения тоже будет немного меньше. Но как я уже говорил, при выполнении расчета не специалистом дополнительный запас по прочности никогда не помешает. К тому же в данном случае мы все равно принимаем большую площадь сечения из конструктивно-эстетических соображений.

Фундаменты под колонны: виды оснований для железобетонных и металлических конструкций

Основой строительства любой капитальной постройки сегодня, независимо от того какое планируется его дальнейшее применение, является фундамент, тип и особенности которого зависят в первую очередь от типа грунтов на участке и той нагрузки, которая будет передаваться на него от остальных элементов здания.

Для устройства основания под такие специфические строительные элементы, как колонны в отличие от остальных видов конструкций применяются фундаменты, способные не только выдержать вес колон и остальных частей здания, но и обеспечить необходимую проектом заданную вертикаль.

Для выполнения этих задач в современных технологиях применяются два основных варианта устройства фундамента под колонные конструкции:

• монолитные основания;
• сборные фундаменты.

Виды фундаментов под колонны: слева — монолитный, справа — сборный

Оба варианта в основе своей имеют схожую конструкцию, выполненную из армированного железобетона. Такое исполнение позволяет надежно зафиксировать нижние точки опор в соответствующем положении. Отличие заключается в том, что каждый вид имеет свое направление применения:

• монолитные фундаменты более универсальны и могут использоваться как под железобетонные колонны, независимо от формы, так и под стальные или металлические;
• составные или сборные основания используются в основном под бетонные колонны.

Для обеспечения соединения колонн и фундаментов в одно целое, применяются два основных вида соединения:

• для железобетонных конструкций применяются метод вставки основания колонны в специально созданное углубление с последующей его фиксацией заливкой бетоном;
• для стальных элементов предусматривается соединения с помощью болтов. Такая конструкция, когда в фундаментном блоке заранее установлены болты под отверстия в основании колонны обеспечивает наиболее удобное соединение.

Расчет фундамента под сборную колонну

Проектируем
под сборную колонну монолитный фундамент
стаканного типа из бетона класса В15 с
R_b
= 0,9 · 8,5= 7 65 МПа;

R_bt
= 0,9 · 0,75 = 0,675 МПа.

,

поэтому

(см. п. 3.3 и расчет колонны).

Рабочая
арматура класса A400
с R_s
= 355 МПа в виде сварной сетки.

Расчетная
нагрузка на фундамент при расчете по
первой группе предельных состояний с
учетом коэффициента надежности по
ответственности γ_n= 0,95 (см.
Прил. 7* ).

2174,5 КН, (см. Расчет колонны).

При расчете по
второй группе предельных состояний

N_II= N_I
: 1,17 = 2174,5 : 1,17 = 1859 кН, где _f
= 1,17 – усредненный
коэффициент надежности по нагрузке.

Необходимая
площадь подошвы фундамента под колонну
при расчетном сопротивлении грунта в
основании (по заданию) R= 0,25
МПа, отметке подошвы фундамента Н
= 1,5 м и усредненной плотности массы
фундамента и грунта на его обрезах _ср=
20 кН/м3

м2.

Размеры
сторон квадратного в плане фундамента
А = B
=
м, принимаем кратно 0,3 м, т. е.
А =B
= 3 м.

Реактивное
давление грунта на подошву фундамента
от расчетных нагрузок, если принять
распределение его по подошве равномерным,
будет

кН/м2
< R
= 250 кН/м2.

Расчетная
высота сечения фундамента из условия
обеспечения его прочности против
продавливания колонной с размерами
4040
см определяется из формулы (3.177) п. 3.84
:

где
u
– периметр контура расчетного поперечного
сечения на расстоянии 0,5h
от границы площадки опирания сосредоточенной
силы F
(колонны).

м.

Полная
высота фундамента стаканного типа с
толщиной защитного слоя бетона α_з
= 40 мм при наличии бетонной подготовки
в основании (см. табл. 5.1 ) и предполагаемом
диаметре стержней арматуры d= 20 мм

мм.

Необходимая
высота фундамента из условия обеспечения
анкеровки продольной арматуры колонны
в стакане фундамента при диаметре
стержней 20 мм

мм
= 20 
18 + 250 = 610 мм.

Необходимая
высота фундамента из условия обеспечения
заделки колонны в стакане фундамента

мм
= 400 + 250 = 650 мм.

Принимаем
двухступенчатый фундамент h_ф
= 800 мм с высотой ступеней по 400 мм.
Расчетная высота фундамента h₀₁
= h_ф
– α_з
–

– 1,5d
= 800 – 40 –
1,5 · 20 = 730 мм = 0,73 м, расчетная высота
нижней ступени h₀₂
= h_н
– α_з
– 1,5d
= 400 –
40 –
1,5 · 20 = 330 мм = 0,33 м (рис. 33).

Рис.
33.

Проверка прочности нижней ступени против продавливания

Продавливающая
сила принимается за вычетом нагрузок,
приложенных к противоположной грани
плиты в пределах площади с размерами,
превышающими размеры площадки опирания
на h₀₂
во всех направлениях (см. п. 3.84 и черт.
3.47 ).

кН.

Периметр
контура расчетного поперечного сечения
на расстоянии 0,5h₀₂
от границы площадки опирания верхней
ступени фундамента.

м.

ПрикН
>F_н
= 1147,6 кН

прочность
нижней ступени против продавливания
обеспечена.

Расчет плиты фундамента на изгиб

Изгибающие
моменты от реактивного давления грунта
в сечениях по граням колонны и уступов
фундамента

кНм;

кНм.

Необходимая
площадь продольной арматуры класса
А400 у подошвы фундамента в продольном
и поперечном направлениях определяется
по приближенной формуле

мм2,

мм2.

Принимаем
сварную сетку из стержней диаметром 16
мм с шагом 200 мм в
обоих направлениях
15

16 A400
с А_s=201 
15 = 3015 мм2
> > А_s1= 2630мм2.

Фундаменты
с арматурой класса А400, расположенные
выше или ниже уровня грунтовых вод
подлежат расчету на образование трещин
(в учебном пособии этот расчет не
приводится).

Расчет опорной площади

При выборе фундамента важно правильно определить минимально допустимую площадь его опоры на грунт. Ее можно вычислить по формуле S= γn · F / (γc · Rо), где:

• γc – коэффициент эксплуатационных условий;
• γn – коэффициент запаса надежности, принимаемый равным 1,2;
• F – полная (суммарная) нагрузка на грунт.

Коэффициент эксплуатационных условий (условий работы) зависит от характера грунта и сооружения. Так, на глинистых почвах для кирпичных конструкций он принимается равным 1,0, а для деревянных – 1,1.

В случае песчаного грунта: γc равен 1,2 при больших и длинных строениях, жестких небольших домах; 1,3 – для любых маленьких построек; 1,4 – для больших не жестких домов.

Вес сооружения

Основу расчета составляет нагрузка, возникающая от веса всех элементов сооружения, включая сам фундамент. Конечно, подсчитать точно массу всех конструктивных деталей достаточно сложно, а потому принимаются средние значения удельного веса, отнесенного к единице площади поверхности.

Стеновые конструкции:

• каркасные дома с утеплителем при толщине стены 15 см – 32-55 кг/м²;
• бревенчатый и брусчатый сруб – 72-95 кг/м²;
• кирпичная кладка толщиной 15 см – 210-260 кг/м²;
• стены из железобетонных панелей толщиной 15 см – 305-360 кг/м².

Перекрытия:

• чердак, деревянное перекрытие, пористый утеплитель – 75-100 кг/м²;
• то же, но с плотным утеплителем – 140-190 кг/кв.м;
• напольное перекрытие (цокольное), деревянные балки – 110-280 кг/м²;
• перекрытие бетонными плитами – 500 кг/м².

Крыша:

• металлическая кровля из листа – 22-30 кг/кв.м;
• рубероид, толь – 30-52 кг/кв.м;
• шифер – 40-54 кг/кв.м;
• керамическая черепица – 60-75 кг/кв.м.

Расчет веса сооружения с учетом приведенных удельных весов сводится к определению площади соответствующего элемента и перемножении ее на данный показатель. В частности, для получения площади стен надо знать периметр дома и высоту стен. При расчете кровли необходимо учитывать угол ската.

Вес фундамента и снеговая нагрузка

Площадь опоры сооружения определяется на уровне подошвы, а значит, в суммарной нагрузке на грунт необходимо учитывать еще и вес фундамента. Методика расчета зависит от его типа:

1. Ленточный фундамент. Прежде всего, определяется заглубление (Нф), которое должно быть ниже уровня промерзания. Например, при уровне 1,3 м нормальное заглубление составляет 1,7 м. Затем, определяется периметр ленты (Р), как 2(а+в), где а и в – длина и ширина дома, соответственно. Ширина ленты (bл) выбирается с учетом толщины стены. В среднем она составляет 0,5 м. Соответственно, объем ленточного фундамента V=P x bл х Нф. Умножив его на плотность армированного бетона (в среднем 2400 кг/м³), получим расчетный вес ленточного фундамента.
2. Столбчатый фундамент. Расчет ведется на каждую опору. Вес одного столба определится, как произведение плотности бетона на объем заливки (V=SxНф, где S – площадь столба). Кроме того, обязательно учитывается вес ростверка, который рассчитывается аналогично ленточному фундаменту.
3. Для определения веса монолитной бетонной плиты вычисляется ее объем (V=SxНф, где S – площадь плиты). Заглубление обычно составляет порядка 40-50 см.

Рекомендуем: Устройство фундамента из плит ЖБИ в частном доме. Виды, какие выбрать, как укладывать?

В зимнее время нагрузка на грунт может значительно увеличиться за счет скопления снега на кровле. Принято считать, что при скате кровли с углом более 60 градусов, снег не накапливается, и снеговую нагрузку можно не учитывать.

При меньшем угле наклона крыши учитывать ее необходимо. Многолетние наблюдения дают такие параметры этой нагрузки:

• северные районы – 180-195 кг/м²;
• средняя полоса РФ – 95-105 кг/м²;
• южные регионы – до 55 кг/м².

После определения всех указанных весовых параметров можно приступить к расчету минимальной площади подошвы по вышеприведенной формуле. Полная нагрузка на грунт (F) определится, как сумма веса стен, перекрытий, кровли, фундамента и снеговой нагрузки.

При расчете столбного и свайного фундамента суммарная нагрузка делится на количество опор, т.к. ростверк равномерно распределяет ее на опоры.

Разновидности

Состоит столбчатый фундамент из плитной части из 1–5 ступеней и подколонника, полнотелого или полого – стакана. Вид его зависит от типа и материала колонны.

Различают 2 вида:

1. Металлическая – состоит из оголовка, к которому крепят ригели и балки, стержня и базы – части, соприкасающейся с фундаментом. Бывают сплошные и сквозные колонны – решетчатые, перфорированные. Последние меньше весят и проще в монтаже. Изготавливают конструкции из балок и прокатного профиля.

2. Железобетонная – производится из армированного бетона марки М300, М400, М600. Конструкция типовая. При малом сечении она выдерживает высокую несущую нагрузку и в отличие от металлической не боится воды. Форма круглая, квадратная и прямоугольная. Круглая чаще встречается у декоративных элементов.

Колонна непрерывно взаимодействует с основанием, нарушение положения хотя бы одной опоры приводит к обрушению дома. Поэтому под колонны не рекомендуется использовать сваи.

Столбчатый фундамент бывает 2 видов:

1. Монолитный – готовое сооружение, в которых столбы установлены по определенной схеме. Колонны закрепляют на фундамент болтами.
2. Сборный – каждое основание производится отдельно, на строительной площадке или на заводе, и отдельно устанавливается. Сверху опоры бетонируют, чтобы избежать появления расщелин.

Материал для столбчатого фундамента выбирают исходя из нагрузки и материала колонны:

1. Бетонные основания – а точнее, железобетонные. Выполняются из тяжелого бетона и упрочняются специальной арматурой. Под металлические колонны ставят только монолитный бетонный, под кирпичные допускается сборный вариант.
2. Кирпичные – выдерживают меньшую нагрузку и используются для малоэтажных зданий.
3. Деревянные – подходят только для деревянных или каркасных зданий.
4. В частном строительстве встречаются опоры из бетонных или асбестовых труб.

Расчет столбчатых фундаментов металлического каркаса

Уважаемые коллеги, продолжаем рассматривать небольшие примеры использования ФОК Комплекс для расчета фундаментов. Сегодня мы рассмотрим примеры расчета столбчатых фундаментов металлического каркаса. В начале произведем ручной расчет 2-х фундаментов с дальнейшим сравнением с полученными результатами по ФОК Комплекс.

Пример расчета столбчатых фундаментов. Исходные данные

Площадка строительства характеризуется следующими атмосферно-климатическими воздействиями и нагрузками:

• вес снегового покрова (расчетное значение) — 240 кг/м2;
• давление ветра — 38 кг/м2;

Геология

Относительная разность осадок (Δs/L)u = 0,004; Максимальная Sumax или средняя Su осадка = 15 см;Нагрузки на столбчатые фундаменты получены из ПК ЛИРА. Для ручного расчета рассмотрим фундаменты Фм3 и Фм4

Определение размеров подошвы фундамента

• Основные размеры подошвы фундаментов определяем исходя из расчета оснований по деформациям. Площадь подошвы предварительно определим из условия:
• P ≤ R,
• где P- среднее давление по подошве фундамента, определяем по формуле:
• P = ( N0 / A )N0 = P · A
• A — площадь подошвы фундамента.
• N0 = N +G
• N – вертикальная нагрузка на обрезе фундамента
• G – вес фундамента с грунтом на уступах
• G = A · γ · d
• где γ — среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах, принимаемое равным 2 т/м3;
• d — глубина заложения;
• P · A = N + A · γ · d
• A · (P — γ · d ) = N
• A = N / (P — γ · d )

Для предварительного определения размеров фундаментов, P определяем по таблице В.3

1. Р = 250 кПа = 25,48 т/м2.
2. Для фундамента Фм3, N = 35,049 т
3. A = 35,049 т / (25,48 т/м2 — 2,00 т/м3 · 3,300 м) = 35,049 т/18,88 т/м2 = 1,856 м2.
4. A = b2
5. Принимаем габариты фундамента b = 1,5 м
6. Для фундамента Фм4, N = 57,880 т
7. A = 57,880 т / (25,48 т/м2 — 2,00 т/м3 · 3,300 м ) = 57,880 т / 18,88 т/м2 = 3,065 м2.
8. A = b2
9. Принимаем габариты фундамента b = 1,8 м
10. 1. Определение расчетного сопротивления грунта основания

5.6.7 При расчете деформаций основания фундаментов с использованием расчетных схем, указанных в 5.6.6, среднее давление под подошвой фундамента р не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R, определяемого по формуле

• где γс1 и γс2 коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 5.4;
• k- коэффициент, принимаемый равным единице, если прочностные характеристики грунта (φп и сп) определены непосредственными испытаниями, и k=1,1, если они приняты по таблицам приложения Б;
• Mγ, Мq, Mc- коэффициенты, принимаемые по таблице 5.5;
• kz- коэффициент, принимаемый равным единице при bd (d- глубина заложения фундамента от уровня планировки), в формуле (5.7) принимают d1 = d и db = 0.6 Расчетное сопротивления грунтов основания R, определяемое по формулам (В.1) и (В.2) с учетом значений R0 таблиц B.1-В.10 приложения B, допускается применять для предварительного назначения размеров фундаментов в соответствии с указаниями разделов 5-6.
• Исходные данные:

Основание фундаментом являются — суглинком лессовидным непросадочным полутвёрдой консистенции, желто-бурого цвета, с включением прослоев супеси, ожелезненный. (ИГЭ 2)

γс1= 1,10;
γс2= 1,00;
k= 1,00;
kz= 1,00;
Для фундамента Фм3 : b = 1,50 м;
Для фундамента Фм4 : b = 1,80 м;
γII = 1,780 т/м3;
γ’II = 1,691 т/м3;
сII= 1,100 т/м2;
d1 = 3,30 м;
db = 0,0 м;
Mγ = 0,72;
Мq= 3,87;
Mc= 6,45;
Для фундамента Фм3:
R = (1,10 ·1,00) / 1,00· [0,72 · 1,00 · 1,50 м · 1,780 т/м3 + 3,87· 3,30 м· 1,691 т/м3 +
+ (3,87 – 1,00) · 0,0· 1,691 т/м3 + 6,45·1,1 т/м2] = 1,10· (1,922 т/м2 +21,596 т/м2 +
+ 0,0 + 7,095 т/м2) = 33,674 т/м2.
Для фундамента Фм4:
R = (1,10 ·1,00) / 1,00 · [0,72 · 1,00 · 1,80 м·1,780 т/м3 + 3,87 · 3,30 м·1,691 т/м3 +
+ (3,87 – 1,00) ·0,0·1,691 т/м3 + 6,45·1,1 т/м2] = 1,10 · (2,307 т/м2 + 21,596 т/м2 +
+ 0,0 + 7,095 т/м2) = 34,098 т/м2.
2. Определение осадки

5.6.31 Осадку основания фундамента s, см, с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства (см. 5.6.6) определяют методом послойного суммирования по формуле

где b — безразмерный коэффициент, равный 0,8;

σzp,i — среднее значение вертикального нормального напряжения (далее — вертикальное напряжение) от внешней нагрузки в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента (см. 5.6.32), кПа;

hi — толщина i-го слоя грунта, см, принимаемая не более 0,4 ширины фундамента;

Ei — модуль деформации i-го слоя грунта по ветви первичного нагружения, кПа;

Как рассчитывается фундамент под металлические колонны

Несмотря на огромную популярность каркасных ленточных или монолитных фундаментов, в некоторых случаях они не могут использоваться из-за особенностей почвы, нагрузок на единицу площади конструкции, особенностей самого здания. Как правило, колонные фундаменты часто строятся для промышленных предприятий тяжелой энергетики, машиностроения и для военных нужд.

Такие бескаркасные фундаменты выдерживают огромные нагрузки, но расчет делается всегда каждой колонны отдельно, ведь тут проводится полный сбор всех допустимых нагрузок со стороны самого здания, почвы и климатических условий в регионе строительства.

Расчет металлической колонны относительно оси Х-Х

Подбор сечения колонны начинаем с определения требуемой площади поперечного сечения колонны по формуле:

где, N — расчетная нагрузка на колонну, передаваемая балками;

φ — коэффициент продольного изгиба;

R_y = 24 кН/см2 — расчетное сопротивление стали;

γ_c — коэффициент условной работы, принимается по табл.1

Табл. 1 Коэффициент условной работы γc

Так как на колонну опирается две главные балки, то N = 2Q_max

где, Q_max — реакция главной балки.

Коэф. φ принимаем по табл.2 в зависимости от предварительно заданной гибкости стержня колонны λs, которая назначается для сквозные колонн с нагрузкой:

• до 1500 кН — λ_s = 90…60;
• с нагрузкой до 3000 кН — λ_s = 60…40;
• для сплошных колонн с нагрузкой до 2500 кН — λ_s = 100…70;
• с нагрузкой до 4000 кН — λ_s = 70…50

Табл. 2 Коэффициенты устойчивости при центральном сжатии φ

Задаемся гибкостью λ_s = 70, при этом φ = 0,754

Требуемая площадь сечения:

Требуемый радиус инерции сечения:

По требуемой площади сечения и радиусу инерции подбиаем по сортаменту соответствующий прокатный профиль, выписываем действительные характеристики принятого сечения h, Jx, Jy0, ix, iy, z0 для сечения, составленного из двух швеллеров (Рис.3 а) или для двух двутавров (Рис.3 б).

Рис. 1 Типы сечения сквозных колонн а — сечение из двух швеллеров б — сечение из двух двутавров

По A_тр = 57,37 см2 и i_x,тр = 11,3 см по сортаменту принимаем два швеллера №27

Тогда А = 2*35,2 = 70,4 см2, i_x = 10.9 см

Рассчитываем гибкость колонны:

По табл. 2 в зависимости от λx = 72.48 определяем коэффициент продольного изгиба φ = 0,737

Проверяем устойчивость стержня колонны по формуле:

Перенапряжение не допускается, недонапряжение допускается не более 5 %.

Принимаем сечение. составленное из двух швеллеров №27 на планках.