Розрахунок фундаменту під металеву колону, сталевий збір навантажень

Незважаючи на величезну популярність каркасних стрічкових або монолітних фундаментів, у деяких випадках вони не можуть використовуватися через особливості ґрунту, навантаження на одиницю площі конструкції, особливості самої будівлі. Як правило, колонні фундаменти часто будуються для промислових підприємств важкої енергетики, машинобудування та військових потреб.

Такі безкаркасні фундаменти витримують величезні навантаження, але розрахунок робиться завжди кожної колони окремо, адже тут проводиться повне збирання всіх допустимих навантажень з боку самої будівлі, ґрунту та кліматичних умов у регіоні будівництва.

Які колони бувають?

Залізобетонні. Вони відрізняються міцністю, виробляються у промислових умовах, тому відповідають усім нормам якості, а також марці бетону. Усередині таких колон вже передбачено армування, що несе, але колони такого типу важкі і для їх монтажу доводиться використовувати потужну будівельну техніку.

Металеві. Вони більш легкі, ніж залізобетонні, але при цьому тут застосовуються зовсім інші способи монтажу. До того ж при розрахунку потрібно однозначно визначитися спочатку, який тип колони краще використовувати.

Які дані слід зібрати для правильного розрахунку фундаменту під колони?

Розрахунок колонного фундаменту провести досить складно, адже тут проводиться збирання одразу багатьох факторів. Зрозуміло, що самостійно такі складні обчислення зробити практично неможливо, потрібна спеціальна освіта та навички. Тому перед початком розрахунку колонного фундаменту потрібно отримати такі дані:

особливості кліматичних умов у регіоні будівельного майданчика, тип та потужність вітрів, а також періодичність злив;
створити докладну геодезичну карту, причому краще робити свердловинний аналіз з метою отримати дані про структуру ґрунту, товщину м'яких та міцних порід. Також потрібно отримати дані про залягання ґрунтових вод, їх сезонний рух;
маса самої будівлі. Чим вона більша, тим і колони повинні бути потужнішими. Відомо, що з залізобетонних колон використовуються фундаменти скляного типу, а металевих – зовсім інші;
тип колони, її несучі характеристики, ступінь розтягування та стискування при дії підвищених та знижених температур;
тип бетону, його марка, склад та експлуатаційні характеристики;
структура майбутньої споруди, матеріал несучих стін та перекриттів, висота споруди.

Раніше розрахунок колонної основи робили на око, використовуючи стандартні показники допустимих навантажень. Наприклад, стандартна глибина занурення подушки становила до 200 мм, а верхня частина виступала з грунту на висоту до 50 мм.

Такі колони не здатні витримувати рух грунту, адже подушка швидко вимивалася і основа руйнувалася. Тепер у розрахунку чітко вказується максимально допустима глибина занурення подушки, вона повинна бути нижчою за глибину промерзання ґрунту, де навантажень вже практично немає.

Як робиться розрахунок колонного фундаменту

Як правило, розрахунок фундаменту для металевої колони передбачає, чи здатний ґрунт витримати розрахункове навантаження фундаменту, з яким він буде впливати на квадратному сантиметрі площі, та збирання всіх даних про майбутнє будівництво. Фактично, потрібно отримати повну інформацію про будівлю, ґрунти та ґрунтові води, провести збір та систематизацію отриманих даних і вже на їх підставі передати будівельникам готовий проект. Для цього потрібно:

отримати відархітектора проект майбутньої будівлі, специфікацію будівельних матеріалів та комунікацій;
розрахувати повну площу опори;
зробити збирання всіх параметрів, систематизувати їх та отримати фактичний розрахунковий тиск будівлі в цілому.

Як дізнатися навантаження, яке буде створювати саму будівлю?Для цього потрібно отримати докладні дані про саму будівлю, зробити збір маси та характеристик всіх матеріалів, які можуть використовуватися при його зведенні, а також проектованих комунікацій, майбутніх меблів, кількості снігу на даху. Такий розрахунок складається з кількох частин :

Розрахунок перекриттів будівель та сталевих колон. Спочатку потрібно дізнатися про масу самої металевої колони, адже вона також, хоч і незначно, створює тиск на грунт. Для цього потрібно обчислити об'єм конструкції. Робиться це за геометричною формулою обчислення об'єму циліндра. Так вийде обсяг, який потім множиться на густину металу для отримання маси сталевої колони.
Потім потрібно дізнатися про масу перекриттів. Як правило, це фабричні вироби і кожен виробник уже вказує їхню масу. Тому достатньо зв'язатися з постачальниками.
Бувають випадки, коли на металеві колони встановлюється ростверкова конструкція. Її масу також не проблема розрахувати, адже для цього достатньо знати, скільки бетону або готових бетонних конструкцій піде на будівництво ростверку.
Розрахунок маси стінок. Тут багато залежить від матеріалу, адже цегла важить менше, ніж бетон, але більше, ніж піноблоки. Відповідно, варто провести збір даних про всі будівельні матеріали, що використовуються при будівництві будівлі.
Розрахунок даху. Сюди входить специфікація матеріалів, з яких виготовлене горищне приміщення, а такожспецифікація всіх матеріалів даху аж до зовнішнього покриття. При проектуванні споруди архітектор надає докладну специфікацію, тому порахувати сумарну масу конструкцій не важко.
Після підсумовування всіх отриманих даних буде обчислено цифру, яка характеризує максимально допустиме навантаження на опори фундаменту.

Щоб дізнатись, яка сила тисне на одиницю площі опори, потрібно знати її габаритні розміри. Якщо сталевий стовп має квадратний перетин 50 х 50 см, то площа опори становитиме 2500 см2. Тоді тиск, який впливатиме на одиницю площі ґрунту, обчислюється методом розподілу маси будівлі на площу однієї опори.

Тепер найважливіший етап розрахунку фундаменту для сталевої опори – це дослідження характеристик ґрунту та збирання даних про його розрахунковий опір. Такі дані надасть геодезична служба. Якщо опір ґрунту буде більшим, ніж розрахунковий від самої будівлі, тоді опора витримає навантаження і не деформується з часом. Якщо показники менші, тоді потрібно збільшувати кількість стовпів.

Але завжди існує правило: більше опор не буде зайвим, тому часто проектувальники встановлюють опори з інтервалом приблизно 1,5 – 3 м. Це робиться з метою надання необхідного резерву міцності на конструкції, пов'язані з несанкціонованою добудовою, облаштуванням приміщень або встановленням важкого промислового обладнання . Як правило, під час розрахунків надають обов'язковий 50% резерв міцності на кожну опору.

Додаткові розрахунки фундаментів для металевих колон

Також проводиться додатковий розрахунок під існуючі та перспективні геодезичні дослідження. Для правильного забезпечення геодезії проводиться контрольанкерних з'єднань, саме висотне розташування їх головок. Для цього використовуються шаблони чи кондуктор.

Шаблон – це металева пласка рама з готовими гніздами для болтових з'єднань. Вони поєднуються на опалубці з основними осями фундаменту, потім закріплюються. Для отримання більш точних даних на колоні спочатку вказується рівень установки шаблону з метою контролю ступеня його зміщення.

Анкер шаблону рекомендується приварити до арматури колони, щоб усунути вертикальне зміщення під час кріплення конструкцій. Після заливання бетоном основи колони проводиться первинний контроль над місцезнаходженням шаблону і при необхідності робиться коригування ще до того, як бетон застигне.

Зараз, збільшення міцності каркасу основи для сталевої колони досягають за допомогою з'єднання сталі та розміщення у спеціальних колодязях. Такі заглиблення спочатку передбачаються у чаші основи, вона постійно залишається відкритим, і бетоном не заливається на першому етапі будівництва. Тільки коли болт буде встановлений, зафіксований і його розташування точно заміряне, тоді криницю закривають.