Назначение железобетонных колонн

Назначение и виды

Основное назначение любой железобетонной колонны – реализация опорной функции и всевозможных строительных сооружений. Колоннами укрепляют ригели, балки, прогоны, арки, балконы. Колонны жби могут не только выдерживать серьезные весовые нагрузки, а и обеспечивать пространственную жесткость сооружения. Их производят из тяжелых бетонов, армируют металлическими стержнями для большей прочности.

Обычно колоннами усиливают бытовые и промышленные, одноэтажные и многоэтажные здания. Везде, где необходимо равномерно распределить и передать нагрузку от конструкций перекрытия и разнообразных элементов, актуально применение колонн.

В жилищном строительстве каркасно-панельных конструкций колонны принимают нагрузки находящихся выше элементов, отдавая их в грунт. При создании промышленных комплексов колонны располагаются по всей территории и удерживают балки, перекрытия и т.д.

Они могут отличаться формой сечения — быть квадратными, прямоугольными, круглыми или фигурными, с сечением, изменяющимся по длине. А в зависимости от способа изготовления колонны из бетона подразделяются на сборные и монолитные.

Сборные представляют собой конструкции, изготовленные на заводе и собираемые на месте строительства. Их основные преимущества – скорость монтажа и низкая цена.  К недостаткам можно отнести сложность транспортировки и установки, для которых требуется техника.

Монолитная бетонная колонна полностью изготавливается на месте строительства путем заливки бетона в формы с армированием. Достоинство этого метода заключается в возможности изготовления более качественного и надежного конструктивного элемента. А главный недостаток – трудоемкость процесса и долгий период застывания бетонной смеси до набора требуемой прочности.

Метод заливки используется как в промышленном и гражданском, так и в частном строительстве. При этом необходимо руководствоваться требованиями СНиП на бетонирование колонн.

Материал изготовления

Железобетонные колонны ЖБИ колонны выпускаются из бетона марок M300-M600. Армирование сталью позволяет придать изделию крепость, обеспечивает продолжительное время эксплуатации и устойчивость к внешним факторам.

Армирование колонн совершают сталью, что гарантирует безопасность, способность переносить ударные и другие нагрузки на материал. Основные требования к материалам, использующихся для изготовления ж/б колонн, состоят в следующем:

  • высокая скорость затвердевания бетонной смеси;
  • пластичность, безопасность и крепость;
  • арматура должна обладать высокой сцепкой с бетонной смесью, поддаваться сварочным работам;
  • арматура должна быть невосприимчива к коррозии.

Некоторые особенности расчета

Эскиз каркасной конструкции

Такие параметры, как длина, наличие закладных элементов, сечение, и несущие способности колонны определяются методом расчета на этапе проектирования конструкции. В огромном количестве случаев используются именно сборные ЖБИ изделия, которые обладают длинной, равной двум этажам сооружаемого строения.

Профессионалы рекомендуют для изготовления использовать бетонные растворы марки от В-15 до В-25. Ну а для изделий, которые будут использоваться при возведении первых этажей применяют растворы от В-25 до В-30, но не более.

Первое, с чем необходимо определиться с помощью расчета, это площадь сечения изделия из бетона, которая позволит сохранить равномерность сжатия. Данная величина определяется по следующей формуле:

A = F / Rb, где:

  • A – площадь сечения изделия;
  • F – сжимающая сила;
  • Rb – прочность бетонного раствора на сжатие.

Пример расчет железобетонной колонны:

F= 50 тонн. Бетон марки Б15 обладающий прочностью на сжатие в 200 кгс/см2.

А =50000/200 = 250 см2

Сторона квадрата сечения будет равна:

А=√250= 16 см.

После того как площадь сечения известна, следует расчет с учетом коэффициентов, обозначающих условия работы, точность монтажа и иные условия, которые способны повысить размеры сечения. Также следует учитывать внецентренное сжатие с учетом случайного эксцентриситета и гибкость создаваемой конструкции, которая увеличивается пропорционально высоте изделия.

Расчеты эти могут быть настолько громоздкими и сложными, что их производство зачастую сопряжено с высокой вероятностью допущения ошибок. Да и при нынешних возможностях современной вычислительной техники, производить подобные расчеты вручную просто нецелесообразно. Ну а если определить площадь сечения колонны необходимо в, так сказать, полевых условиях тогда вам, конечно, придется считать вручную.

В любом случае расчет должен учитывать не только собственную прочность колонны, но и возможность ее взаимодействия с фундаментом и перекрытиями строения. Поэтому расчетное сечение следует увеличить хотя бы из конструктивного взгляда на усиление конструкции.

Особенности конструкций

Сборные железобетонные колонны производят из бетонной армированной смеси в формате вертикальных элементов небольшого поперечного сечения. Обычно их используют для создания рамного или связного каркаса.

Основные части колонны:

  • Оголовок – воспринимает вес находящейся выше конструкции на себя.
  • Стержень – осуществляет передачу нагрузки от оголовка к части ниже.
  • База – равномерно распределяет давление и нагрузку по фундаменту.

Стержень может быть двух видов – когда главная ось сечение не пересекает и когда обе оси пересекают сечение. Делают колонны из напряженного железобетона. Реализуются два вида сжатия – сжатые центрально конструкции воспринимают лишь осевую нагрузку стержня, сжатые внецентренно воспринимают еще и изгибающий момент.

ЖБ колонны эксплуатируются исключительно в соответствии с техническими характеристиками. Так, центрально сжатые изделия могут выполнять только функции поддержки и монтируются в зонах, где на опоры воздействует лишь вертикальная (осевая) нагрузка (туннели, жилые дома и т.д.). Там же, где на колонны влияет еще и осевая нагрузка (к примеру, цеха с мостовыми кранами), монтируют внецентренно сжатые изделия.

Технология монтажа колонн в стаканы фундамента

Эти основания различаются конструкцией, особенностями установки и способны выдерживать значительные нагрузки. Особая форма, напоминающая стакан, применяется при установке круглых и прямоугольных колонн из железобетонного материала или металла. По сути это один из подвидов столбчатых фундаментов, применяемых при обустройстве объектов промышленного предназначения, отличающихся большими высотами и шириной секционных пролетов. Сегодня рассмотрим, как выполнять монтаж колонн в стаканы фундаментов.

Верха опорных элементов тоже прочно соединены с ростверковой конструкций, которую разрешается монтировать на значительном превышении по отношению к уровню земли.

Расчет расхода арматуры и требования к ее установке

Опыт практических наработок в строительстве показывает, что средняя металлоемкость конструкций при монолитно каркасной технологии строительства составляет 25 кг на кубометр заливаемой бетонной смеси. Диаметр прутов и конфигурация их расположения определяются на основании специального инженерного расчета. Но в любом случае сечение продольных струн не должно быть менее 10 мм, а поперечных соединений 8 мм. Поперечные вставки служат элементами жесткости и фиксаторами положения продольных прутов. Расстояние между ними не должно быть более 250 мм. Более подробно о правильном армировании можно почитать здесь.

При установке арматурного каркаса внутри опалубки необходимо строго выдерживать нормативные расстояния от ограждающего щита до арматуры. Поверхностный слой бетона защитит металл от воздействия влаги, предотвратит коррозию и возможное разрушение строительной конструкции.

Соединение армирующих элементов между собой осуществляется с помощью мягкой вязальной проволоки или электросваркой. Однако следует заметить, что резкий нагрев металла от воздействия электрической дуги приводит к изменению его механических и физических свойств, обычно не в лучшую сторону. Поэтому сварку применяют только в случаях невозможности выполнения холодной вязки.

Для возможной сборки всех армирующих элементов в единую конструкцию обеспечивается выполнение следующих условий:

  • при заливке фундамента над его поверхностью оставляют выступающие на 250-300 мм вертикальные пруты, к которым потом присоединяются армирующие стержни колонн, подробнее о армировании фундамента можно почитать здесь;
  • армирующий пояс перекрытий делается таким образом, чтобы внутри колонн не было стыковых горизонтальных соединений;
  • связка собранного арматурного каркаса с выступающими из строительной конструкции прутами выполняется до установки опалубочного щита, который перекрывает место сборки.

От надежности соединения всех арматурных каркасов в единую конструкцию зависит прочность и устойчивость здания в целом.

Для обеспечения гарантии качества бетона и соблюдения необходимой марки, лучше всего заказать материал на условиях централизованных поставок с завода строительных материалов. Кроме того, наличие бетононасоса на автомобильном миксере значительно облегчит подачу тяжелого материала через верх установленной опалубки.

Недостатки железобетонного монолита

  • высокие временные и трудовые затраты на стройплощадке;
  • требуется время для набора прочности бетона, поэтому монолитную жб конструкцию вводят в эксплуатацию через определенные сроки;
  • в процессе монолитного жб строительства имеются большие объемы “мокрых” работ.

Строительство монолитных конструкций рационально в случае, если будущие здания и сооружения, а также их элементы отличаются большими размерами, массивностью, большим весом (колонны, большие фундаменты, плиты), а также если конструкции имеют сложные формы.

Монолитные железобетонные здания, сооружения, конструкции возводятся при условиях воздействия на них больших динамических нагрузок и т.д.

Монолитные и сборные железобетонные конструкции при всех своих различиях могут использоваться и в тандеме. Часто на монолитный фундамент ставится сборный каркас здания или, наоборот, на сборном фундаменте возводятся монолитные стены.

Армирование

Устанавливая колонну, применяют вертикальные арматуры, диаметр которых около 1,2 сантиметра и больше. Состоит вертикальная арматура из четырех стержней, которые располагаются по углам формы квадрата. Для облегчения монтажа арматуры, высота которой больше трех метров, оборудуют настилы с шагом в два метра.

Каркас опор собирается различными методами. Имея небольшие размеры, вес и объем опорной конструкции, каркас монтируют в будущую форму опалубки, выполняя работы своими руками методом кантования готового каркаса. При большом весе арматуры, ее основание собирают предварительно и связывают прутья уже на месте работы, где и устанавливают отдельные стержни. Размещая готовую конструкцию, применяют разнообразные доски и подпорки. Крепление друг с другом стержней арматуры происходит металлической проволокой, придерживаясь расстояния около сорока сантиметров.

Особенности конструкции

Обычный столбчатый фундамент представляет собой конструкцию в виде отдельных столбов, чаще прямоугольной формы, которые устанавливаются под такими несущими элементами здания, как колонны или стойки. Традиционный ленточный фундамент устраивается в виде протяженной ленты, на которую опираются несущие стены. Если совместить эти два типа фундаментов, то получится конструкция, похожая на свайный фундамент с ростверком, объединяющим сваи. Однако столбчато-ленточный фундамент имеет принципиальные отличия от свайного, которые заключаются в следующем:

  • Cвайные фундаменты используются преимущественно в грунтовых условиях со слабыми грунтами, имеющими невысокую несущую способность. Функция сваи заключается в том, что она должна пройти сквозь слой слабого грунта и найти опору в слое с высокой несущей способностью. Чтобы найти этот слой делают геологическое исследование. Поэтому длина свай может достигать 10-ти и более метров. Столбчато-ленточные фундаменты применяются в грунтовых условиях с нормальной несущей способностью основания, при этом заглубление столбов в грунт должно составлять величину, которая всего лишь на 200—250 мм превышает глубину сезонного промерзания грунта, то есть в пределах 1,5 – 2,0 метров.
  • Сваи передают нагрузку от здания через нижнюю и боковую поверхность. В отличие от свай, столбы в столбчато-ленточном фундаменте передают нагрузку только через подошву.
  • Поперечное сечение свай в большинстве случаев гораздо меньше, чем поперечное сечение подошвы столбов.
  • Свайные фундаменты могут применяться практически для любых зданий и сооружений, ленточно-столбчатые фундаменты используются преимущественно для легких строений – одно и двухэтажных жилых домов – каркасных и каркасно-щитовых, деревянных из бруса или бревна, из СИП-панелей, для домов из газобетона, газобетонных и пенобетонных блоков, бань, гаражей, заборов и т.п.

Единственное общее у этих двух типов фундаментов – это ростверк или лента, которые связывают отдельные опорные элементы конструкции. При этом в ленточно-столбчатом фундаменте лента выполняет те же функции, что и ростверк в свайном – играет роль многопролетной балки на опорах, передающей нагрузку от стен здания на столбы, которые в свою очередь передают нагрузку на грунт. В этом и кроется одно распространенное заблуждение: ленту в ленточно-столбчатом фундаменте считают элементом, который передает часть нагрузки на грунт наряду со столбами.

С тем, что лента в столбчато-ленточном фундаменте играет роль висячего ростверка, связан и характер ее армирования. Лента армируется пространственным каркасом, в котором и верхние и нижние арматурные стержни рабочие.

Из чего изготавливаются

Колонна ЖБИ выполнена из металлических прутьев, собранных в сетку и залитых бетоном. Диаметр стержней и коэффициент армирования указываются в ГОСТе. Стержни воспринимают на себя большую часть нагрузки и гарантируют максимальное упрочнение перекрытий наборных/монолитных сооружений. Арматура заливается бетоном в специальной формовочной опалубке, обычно для этих целей используют цемент марок М300-М600.

Армируют колонны стержневой или арматурной сталью повышенной прочности. В связи с типом армирования изделия могут быть: неармированными вовсе, упрочненными арматурой спирального типа, усиленные арматурой с хомутами, ошнурованными.

Особенности расчета

Многие технические параметры перед работой с колонной подлежат тщательным расчетам в процессе составления проекта. Специалисты советуют для производства применять бетонные смеси с маркировкой от В15 до В25. А вот для продуктов, которые применяют при строительстве малоэтажных помещений, используют бетон марки В30.

Изначально воспользовавшись расчетами, нужно выяснить площадь сечения бетонного продукта. Данный показатель поможет сберечь однородность сжатия. Формула для расчета этого показателя – F/Rb=А:

  • сила сжатия F;
  • крепость бетона при сжатии Rb.

Когда показатель площади найден, необходимо узнать, беря во внимание параметры, отвечающие за условия функционирования, правильность установки и другие показатели, которые могут увеличить размер сечения. Необходимые расчеты отличаются повышенной сложностью, поэтому достаточно часто возникают непредвиденные ошибки. Поэтому рекомендуется выполнять их не вручную, а при помощи специального оборудования.

Хотя, если очень нужно, можно выполнить и без специальной техники.

Однако стоит помнить, что расчет берет во внимание не только крепость опоры, но также и вероятность ее связи с цоколем и плитами перекрытия сооружения. По данной причине желательно повысить расчетное сечение, чтобы выполнить усиление железобетонных балок.

Бетонирование

Схема бетонирования колонн.

Приступая к укладке бетонной смеси, обращают внимание на особенности бетона. Этот состав обладает подвижностью, что играет большую роль при бетонировании колонн.

Подвижный бетон легко укладывается и в процессе работы не требует трамбовки вибраторами и привлечения бетононасосов. Бетонирование происходит ровными слоями в горизонтальном положении. Укладывая смесь, ее периодически трамбуют металлическими прутьями.

При необходимости уплотнения раствора. не обойтись без глубинного вибратора. Убирают пузырьки воздуха из бетона с помощью постукивания молотком по выставленной форме опалубки. Бетонируя колонны, периодически выравнивают по центру арматурный каркас. Для укладки раствора выбирают цемент, входящий в состав бетона марки М400, которого потребуется одна часть, также для приготовления смеси берут две части песка и по две части гравия и щебня. Сухие ингредиенты заливаются водой в объеме необходимом до получения однородной густой консистенции. По окончании процесса укладки приготовленной бетонной смеси приступают к монтажу арматуры, которую фиксируют анкерами.

Уложенный бетон оставляют высыхать в месте с оптимальными температурными условиями и влажностью. Поверхность бетона периодически орошают водой и при необходимости накрывают полиэтиленовой пленкой для избежания попадания на смесь атмосферных осадков и прямых солнечных лучей.

Устройство фундаментов

Данные основания не имеют стаканов и оснащаются анкерными болтами, удерживающими базу изделия. Их верх располагается так, чтобы низ каркасного элемента и концы анкеров закрывались полом. Если монтаж колонн подразумевает заглубление фундамента минимум на 4 м, то можно применить сборные железобетонные подколонники. Нижний конец такой конструкции закрепляется в стакане, а верхний край оснащается анкерами.

Для смежных стоек понадобится общее основание, даже если рядом будут располагаться стальные и железобетонные конструкции. Проектное положение каркасных элементов обеспечивается правильной установкой анкеров, а точность расстановки по высоте – подготовкой поверхности оснований.

Особенности устройства монолитных колонн

Форма и сечение бетонных колонн, диаметр металлических стержней, марка бетона зависят от объемов воздействующей на элемент нагрузки (с учетом собственного веса опоры), климатических особенностей региона, этажности здания, назначения объекта.

В строительстве личного здания обычно квадратные опоры устанавливают там, где нужно забрать нагрузку перекрытий и передать ее фундаменту.

Создание монолитных колонн:

  • Конструирование опалубки
  • Монтаж металлического каркаса
  • Заливка колонн бетоном, обеспечение нормальных условий для его высыхания
  • Демонтаж опалубки после того, как бетонный раствор полностью высох и набрал прочность

Подготовка инструментов и материалов

Материалы: металлическая проволока, армированная сетка или металлические прутья, шурупы и гвозди, широкие доски, стальной прут, анкера, цемент, вода, известь, песок.

Бетонную смесь на объект поставляют в сухом виде либо готовят по рецепту: часть цемента, по две части гравия, щебня, песка, вода (в достаточном количестве, чтобы получить однородную пластичную смесь).

Установка опалубки

Если предполагается сооружать высокую бетонную колонну, опалубку выполняют и монтируют с трех сторон, а четвертую наращивают в процессе заливки раствора.

Армирование

Стержни в каркасе больше 2 метров между собой крепят металлической вязальной проволокой с шагом в 20-40 сантиметров. Капители стоит укрепить арматурной сеткой.

Бетонирование

Само бетонирование осуществляется послойно, толщина одного слоя должна быть равна 30-50 сантиметров, заливается, пока не схватился предыдущий слой. 5-7 сантиметров раствора до верха опалубки не доливают.

Нормативная документация

Перед тем, как выбрать и приобрести опорные элементы, следует не только произвести нужные расчеты и найти добросовестного продавца, но и узнать требования, предъявляемые к колоннам. Каждая единица данной продукции, производимая на заводах, должна отвечать определенным параметрам, список которых регулируется ГОСТами.

Перед тем, как выпустить изделия в продажу, их тщательно ревизуют инспектора, совершаются исследования, чтобы удостовериться в надлежащем качестве товара.

Каждая железобетонная колонна регулируется следующими госдокументами:

  • ГОСТ 25628;
  • ГОСТ 18979;

Серии:

  • 04-1;
  • 1.823.1-2;
  • 1.423.1-3/88.

Комплект и сборка опалубки

В комплект опалубки входят:

  • стальные ригели линейные длиной от 0,7 до 3,45 м;
  • ригели угловые со стороной от 83 до 153 см;
  • вставки линейные, угловые и шарнирные для наращивания ригелей;
  • клинья для соединения вставок с ригелями;
  • торцевые пластины для фиксации торцов панелей;
  • накладки для наращивания балок;
  • профильные деревянные балки;
  • ламинированная фанера для палубы;
  • регулируемые подпорки и упоры разной длины от 1,1 до 16,5 м;
  • стяжные болты, шайбы и гайки для фиксации ширины двухсторонней опалубки;
  • консоли лесов, крановые петли, дистандеры, хомуты и подвески, предназначенные для монтажа, обслуживания и транспортировки опалубки.

Сборка опалубки производится квалифицированными специалистами на подготовленной ровной площадке в соответствии с инструкцией по монтажу. Процесс сборки и установки опалубки состоит из следующих этапов:

Требования к качеству материалов

Насколько прочной, надежной и долговечной получится конструкция, зависит не только от соблюдения технологии, но и от качества используемых материалов. В первую очередь это касается бетонной смеси.

При самостоятельном замешивании для получения качественного бетона М400 класса В30 используют следующие пропорции компонентов:

  • Цемент М400 – 1 часть;
  • Песок – 1 часть;
  • Щебень или гравий – 2,5 части.

После перемешивания к сухим ингредиентам добавляется вода в таком количестве, чтобы получилась однородная подвижная смесь.

Дополнительно в состав можно ввести пластифицирующие добавки, облегчающие укладку, или фиброволокна, повышающие прочность материала. Колонны из фибробетона лучше противостоят внешним воздействиям, на них образуется меньше усадочных трещин.

При большом объеме работ проще и быстрее заказать готовый бетон и закачать его в опалубку с помощью бетононасоса.

Каждая отправляемая потребителю партия бетонной смеси должна иметь паспорт со следующими сведениями:

  • Номер документа;
  • Наименование предприятия-изготовителя;
  • Дата и время отправки;

  • Вид бетонной смеси;
  • Класс прочности на сжатие;
  • Наибольшая фракция заполнителя;
  • Объем и вид добавок;
  • Гарантийные обязательства изготовителя.

Демонтаж опалубки

После того как бетонный раствор застынет и наберет своих максимально прочностных характеристик, приступают к демонтажу опалубки. Снятие опалубки доверяют квалифицированным рабочим. Демонтаж начинается со снятия боковых частей опалубки, которые не несут нагрузку на конструкцию.

Важно демонтировать опалубку после того, как удостоверились в прочности бетона, которая устанавливается строительными нормами и правилами. Определяют прочность бетонного раствора в лаборатории, проводя пробные испытания образцов материала.

Распалубка осуществляется по строгой последовательности, обеспечивающая сохранность элементов конструкции.

Технология возведения стаканных фундаментов

Сборный фундамент стаканного типа Возводить такие фундаменты нужно только строго по рекомендациям существующего ГОСТа и под присмотром специалистов. Сделать сборку стаканного основания не сложно, если придерживаться существующей технологии.

Расчет отдельных монолитных или сборных плит под будущее основание.

Если обратить внимание на разрез такой плиты, то можно обратить внимание на сложную систему арматурных прутьев, опоясывающих плиту и стакан. Каждый элемент арматурной сетки рассчитывается отдельно, как и ширина стакана.

А плиты уже имеют стандартные размеры длины, ширины и толщины. Подготовка поверхности. Сначала нужно расчистить территорию строительной площадки, провести разметку и выравнивание. Выравнивание делается по той причине, что смещать железобетонные плиты нельзя. Поэтому, поверхность должна быть идеально ровной, допускается смещение не более 1-1,5 градуса по ГОСТу. Если поверхность слишком неровная, тогда допускается подсыпка песком, ее уровень должен составлять не менее 30 см выше уровня подошвы основания. Проводится разметка осей будущего основания. Для этого на обноске делают монтаж жесткой проволоки или стального троса и делают протяжку по направлению буквенных и перпендикулярных осей. Все точки соединения и разметки четко указаны в проекте такого основания, а также четко указаны длины промежуточных соединительных балок. Затем наносятся контуры будущего основания и копаются траншеи на заданную глубину. На дне ям делается песчано-гравийная подушка, увлажняется и трамбуется. Когда все подготовительные работы выполнены, начинается монтаж железобетонных блоков. Его делают строго по ГОСТу, соблюдают горизонтальную и вертикальную точность. После монтажа блоков проводят сложное армирование конструкции, причем в открытой плоскости стакана должно быть горизонтальное и вертикальное пересечение прутьев несущей конструкции. После установки блоков нужно подождать, пока бетон наберет марочную прочность и потом начинать монтаж столбов для несущих конструкций.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий