Арматурный каркас для ленточного фундамента является скелетом, объединяющим всю монолитную конструкцию в единое целое. Именно каркас предотвращает разрушение основание здания, компенсируя воздействие на него внешних нагрузок.
Армированный по всем правилам фундамент обладает гораздо лучшими техническими характеристиками, также значительно увеличивается срок его эксплуатации. Особенно это актуально для ленточных фундаментов с их большой общей протяжённостью.
Принцип работы арматурного каркаса
Качество каркаса влияет на свойства фундамента
При строительстве в промышленных масштабах за правильностью закладки армокаркаса следят достаточно строго. Добросовестность выполнения армирования в фундаментах с железобетонным каркасом в данном случае проверяется специальными комиссиями, на «вооружении» которых имеются специально разработанные для этого случая сборники строительных нормативов и правил.
Однако при строительстве частного дома своими руками застройщик не всегда с полной ответственностью подходит к армированию железобетонного фундамента. Как результат – деформация и преждевременное разрушение основания здания, что часто влечёт за собой также и разрушение всей постройки.
Свойства бетонных конструкций
Чтобы лучше понять всю необходимость армирования основания, нужно слегка углубиться в такой непростой предмет как сопромат. На любой фундамент здания действует несколько разнонаправленных сил, причём эти силы не постоянны, а с течением времени меняют свою величину, направление и место приложения.
Прежде всего, на бетонное основание давит масса возводимой постройки, и эта сила давления не везде одинакова. Как бы вы не старались равномерно распределить массу дома по всей площади фундамента, сделать этого не удастся – в каких-то местах давление будет сильнее.
Если дом стоит на влагонасыщенном грунте, на зимой бетонное основание снизу давят деформирующие силы «пучения». Расширяясь при замерзании, почва начинает выпирать на поверхность в виде бугров, поднимая и выдавливая вверх элементы фундамента. При оттаивании грунта в этих местах могут наоборот образовываться болотистые ямы, и целые участки фундамента могут попросту зависать в воздухе.
Бетон, являясь довольно прочным материалом, совершенно не эластичен – отлично справляясь с сжатием, он не может работать на растяжение и изгиб. Так , устойчивость бетона к сжатию в 50 раз больше, чем к разрыву. В большей мере это проявляется в конструкции ленточного основания: благодаря большой его протяжённости в нём может быть несколько зон изгиба или растяжения. Как результат, бетон неизбежно лопается и растрескивается, а основание здания разрушается.
Технические особенности железобетона
Железобетонный фундамент соединяет в себе лучшие качества металла и бетона
Во избежание этих существенных недостатков бетонных конструкций и был изобретён железобетонный фундамент. Улучшения технических характеристик удалось добиться за счёт объединения лучших качеств двух строительных материалов – бетона и металла. Внутри опалубки монтируется несущий каркас из стальной или стеклопластиковой арматуры, который затем заливается бетоном.
В результате армирование даёт возможность перенести нагрузки растяжения и изгиба на каркасную арматуру, которая значительно лучше бетона справляется с ними.
Нагрузки сжатия, возникающие при давлении массы здания на фундаментную основу, переносятся на бетонную массу. Как результат, армированный железобетон может выдержать нагрузки на растяжение и изгиб в десять раз более сильные, чем просто монолитный бетон.
Проектирование каркасного дома
Перед началом строительства застройщику предстоит решить задачи – выбрать участок, закупить материалы, проложить коммуникации. Встает насущный вопрос – обзавестись полноценным проектом дома или сэкономить деньги и обойтись простым рисунком или эскизом?
Проект, выполненный специализированным архитектурным бюро или строительной организацией, содержит эскизы фасадов, схему каркасного дома, планы этажей с точными размерами. В конструктивном и инженерном разделе разработаны технические чертежи узлов, спецификации элементов. Описано обеспечение коммуникациями, их характеристики. Все расчеты проводятся согласно нормативной базы, с учетом требований ГОСТ, СНиП, СП. Осуществлена привязка к климатическому региону, особенностям грунтов в данной местности, доступным материалам.
При самостоятельной разработке проекта или использовании только эскизной части часто возникают ошибки на каждом из этапов строительства. Из-за малого количества заложенной в чертеже информации возможны трудно исправимые последствия:
- Недостаточная прочность несущих конструкций, приводящая к деформациям, трещинам, перекосам, обрушению зданий;
- Излишний расход материалов вследствие перестраховки и заложения слишком большого запаса прочности;
- Неопределенный срок выполнения, неточные объем и конечная стоимость строительных работ;
- Неправильная последовательность операций, проблемы с переделками и, как следствие, удорожание строительства;
- Проект предусматривает возможность ремонта или реконструкции здания при эксплуатации, в противном случае может быть затруднен доступ к коммуникациям или конструкциям, без чертежей проблемный участок сложно будет найти.
Основной нормативный документ, рекомендующий порядок проектирования и строительства каркасных энергоэффективных домов, – СП 31-105-2002. Соблюдение правил обеспечит прочность, устойчивость конструкций, пожарную и санитарную безопасность, экономию топливных ресурсов, долговечность всего сооружения.
Составление проекта каркаса
Выбирайте металлический профиль класса А-400
Перед тем как приступить к работе по монтажу каркаса следует произвести ряд математических вычислений. Прежде всего, следует определиться с диаметром стальных прутков и их количеством.
При создании армокаркаса для ленточного фундамента здания чаще всего используется стальная арматура из периодического профиля класса А-400. Данный прокат имеет особую конструкцию, оснащённую по бокам выступами, спирально опоясывающими металлический прут по всей длине. Такая конструкция была специально разработана для лучшего сцепления армирующего каркаса с бетоном.
Стеклопластиковая арматура
В последнее время в качестве материала для каркаса всё чаще применяется стеклопластиковая арматура. Среди основных плюсов стеклопластика по сравнению со сталью можно назвать:
- малая масса;
- устойчивость к коррозии;
- меньшая стоимость.
Среди минусов следует отметить худшие показатели устойчивости к разрыву, нежели у стандартного стального армирования.
При создании объёмного каркаса ленточного основания схема армирования выглядит следующим образом: горизонтально, вдоль будущих стен, идут нити из рифлёного проката. Они располагаются в несколько рядов: как по горизонтали, так и по вертикали.
Между ними идут поперечные прутки из круглого проката, соединяющие продольные горизонтальные нити между собой.
Выбор диаметра арматуры зависит от размера предполагаемой нагрузки на основание. Для частного деревянного дома наиболее целесообразно будет использовать для основных нитей стальную арматуру диаметром 12 мм. Для одноэтажного кирпичного или для двух – трёхэтажного деревянного особняка рекомендуют использовать сечение 14 мм. Для более лёгких построек – бань, сараев или лёгких каркасных домов можно применять и 10-мм арматуру.
Порядок расчета необходимого количества арматуры
Чтобы точно рассчитать необходимое количество арматуры, нужно будет опять-таки обратиться к сборнику строительных нормативов. Согласно ГОСТу, совокупная площадь сечения продольных нитей каркаса к площади сечения бетонного основания должна соотноситься, как 1:1000. Для примера рассмотрим ленточный фундамент здания размером 10 на 10 м с одной внутренней капитальной стеной.
Сечение стандартного бетонного основания примем за 0,5 кв. м. (1 м высота от основания до верха и 0,5 м ширина). Допустим, по проекту мы планируем использовать для создания каркаса периодический («ребристый») стальной пруток диаметром 10 мм.
Схема зависимости площади сечения металлического прутка от его диаметра.
Зная минимально допустимое соотношение сечений, получаем, что общая площадь сечения каркаса в нашем случае должна быть порядка 5 кв. см. Далее берём схему из СНиП, регламентирующую число нитей арматуры для создания металлического каркаса и с её помощью вычисляем количество нитей в нашем каркасе. Обзор композитной и металлической арматуры смотрите в этом видео:
Каркас из 10-й арматуры должен иметь не менее 8 продольных нитей
Как видим, площадь сечения одного прутка диаметра 10 мм равна 0,78 кв. см. Разделив общую площадь сечения армокаркаса 5 кв. см на 0,78, получаем приблизительно 8. То есть, объёмный каркас из 10-й арматуры для ленточного фундамента высотой 1 м и шириной 0,5 м должен иметь не менее восьми продольных нитей.
Следующим шагом нужно сделать расчёт общего количества периодического проката, необходимого для армирования нашего здания. Берём периметр (10 м х 4 стены) и прибавляем к нему пятую внутреннюю стену. В итоге получаем, что общая длина нашего ленточного фундамента составляет 50 м. Умножаем полученную общую длину основания на количество нитей: 50 х 8 = 400 м.
Именно столько рифлёной арматуры понадобиться, чтобы сделать армокаркас для пятистенка размером 10 на 10 метров. Поскольку цена почти на весь металлический прокат исчисляется исходя из его массы, то погонные метры нам будет нужно перевести в тонны. Воспользуемся для этого ещё одной схемой, показывающей соотношение длины проката к его массе.
Как видим, 1 м арматуры диаметром 10 мм весит 0,61 кг. Таким образом, общая масса рифлёного прутка в нашем каркасе составит около 350 кг. А зная цену тонны проката, можно без труда вычислить сметную стоимость нашего каркаса.
Правда, для этого следует по такой же схеме вычислить количество поперечных прутков, соединяющих основные нити в объёмный каркас.
При проведении расчётов все округления следует производить в большую сторону. Так вы сможете получить необходимый запас прочности. Ещё лучше – все конечные цифры увеличить на 15 – 20%.
Сборный и сборно-монолитный железобетон: характеристики, особенности и применение
Принципиально, строение сборного железобетона не отличается от монолитного – армирующий стальной каркас и бетон соответствующей марки. Разницу составляет только способ изготовления и в некоторой степени – сфера применения блоков.
Сборный железобетон производится на специальных заводах в виде крупногабаритных элементов. Последние транспортируются на строительную площадку в готовом виде и собираются в одно целое. Первое преимущество такого способа очевидно: на площадке происходит только сборка, так как все производственные стадии – подготовка формы, армирование, отвердение бетона, были осуществлены на заводской площадке.
Типичные представители сборных конструкций – стеновые панели, плиты, коллекторное оборудование, ограждения, фермы и прочее.
Сборно-монолитный железобетон – комбинация каркаса и монолита. В зависимости от типа и этапа работы они могут собираться как на заводской, так и на строительной площадке. Это, например, лестничные пролеты или блоки фундамента.
Преимущества
Преимущества такого метода весьма ощутимы.
- Самая высокая скорость возведения капитальных сооружений: все элементы здания прибывают в готовом виде, а монтаж занимает куда меньше времени, чем изготовление на месте.
- Типовые размеры элементов исключают технические и проектные ошибки, отсутствуют работы по подгонке блоков.
- Эта же особенность позволяет механизировать процесс монтажа в куда большей степени, чем это возможно при работе с нестандартными элементами. Значительно повышает прочность материала предварительное натяжение арматуры. Для этого в форме перед заливкой бетона стержни, канаты, прутки растягивают до величины, не превышающей предела упругости, и в таком виде заливают бетоном. После того как бетон достигает нужной твердости, нагрузку снимают. Арматура стремится вернуться в первоначальное состояние и обжимает сцепленный со сталью бетон. Таким образом, получают блок, в котором каркас растянут, а бетон сжат.
- Такое изделие относят к наиболее прочным вариантам материала. Однако осуществить такой процесс возможно только в заводских условиях.
- Затраты по сравнению с монтажом из монолитного железобетона намного ниже, так как на сборку затрачивается меньше рабочего времени и нет нужды привлекать дополнительную спецтехнику – бетономешалки, бетоноукладчик и прочее.
Недостатки
Недостатки, однако, также очевидны и связаны с особенностями сборки.
- Чем большее количество элементов необходимо соединить, тем больше швов получают в готовых стенах и перекрытиях. Это сказывается на общей прочности, а, главное, создает почву для образования холодовых мостиков.
- Так как блоки изготавливаются по типоразмерам, большого разнообразия элементов ожидать трудно. Проекты зданий из стеновых панелей всегда ограничены по сравнению с объектами, сооруженными монолитным способом.
Технические характеристики
Характеристики сборного железобетона зависят от типа его составляющих – арматуры и бетона. В зависимости от назначения сооружения подбираются и разные материалы.
Материалы
В качества арматуры используются прутки, сетки, канаты и стержни из горячекатаной стали. Диаметр составляет диапазон от 15 до 90 мм:
- низколегированные марки – 25ГС, 15ГС2, 30Г2, используют для относительно легких сооружений;
- сверхпрочные – 30ГСХТ, 25ШЦГС, Ст50 применяют для плит, выдерживающих большие нагрузки.
Бетон также подбирается по назначению готового элемента:
- сверхтяжелый – с плотностью выше 2700 кг/куб м. Используется для блоков несущих конструкций – лестниц, свай, балок, фундамента;
- тяжелый – с плотностью от 1800 кг/куб м, используется при сооружении стен и перекрытий;
- легкий и сверхлегкий — с плотностью выше 600 кг/куб. м и ниже 600 кг/куб м, используется при сооружении легких или декоративных построек и архитектурных элементов.
Выделяют также специальные марки, например, морозостойкий бетон – F100–F800.
Рабочие характеристики плит
Рабочие характеристики плит – расчетное напряжение сжатия, предельный изгибающий момент, допустимое напряжение и так далее зависят от сочетания применяемых бетонов и арматуры, а также условий производства: блоки напряженного бетона по прочности и стойкости к сжатию превосходят все остальные варианты. Плиты, используемые для сооружения всех элементов конструкционной схемы, разделяют на 5 групп.
- Сплошные однослойные с толщиной в 12 см.
- Сплошные с толщиной в 16 см.
- Плиты с круглыми пустотами диаметром в 16 см.
- Плиты с пустотами, диаметр которых составляет 14 см.
- Многопустотные изделия толщиной в 22 см и шириной в 1 м. Такие плиты отличаются лучшими теплоизоляционными свойствами и меньше весят.
- Выделяют также П-образные или ребристые плиты. Они используются для перекрытий и обладают почти такой же прочностью, как сплошные, но более удобны при прокладке коммуникаций или устройстве плавающих полов.
Сплошные и плиты с меньшими пустотами применяют при повышенных нагрузках, поэтому для их изготовления используют только тяжелые бетоны. Для легких и декоративных конструкций используют многопустотные или сплошные плиты с меньшей толщиной.
Стоит отметить, что плиты являются элементами сборно-монолитного и сборного строительства. Однако в документации они также именуются монолитными конструкциями.
С линейными и блочными элементами в малом строительстве сталкиваются реже, за исключением колонн, ригелей и свай для фундамента. Эти элементы изготавливаются из тяжелого и сверхтяжелого бетона, так как должны выдерживать вес постройки.
О том, производят ли из сборного железобетона одноэтажные промышленные здания, дома, колодцы, читайте далее.
Среда применения
Сфера применения сборного и сборно-монолитного железобетона так же необъятна, как и строительные работы в целом. Причем только зданиями область не ограничивается, имеется в виду в принципе любое строительство.
Но, так как выпускается сборный железобетон на заводах при помощи специального оборудования для производства и имеет вполне четкие типоразмеры и форму, то и разделяется на классы согласно геометрическим параметрам.
- Линейные сборные элементы – это колонны, ригели, прогоны, балки, фермы не только зданий, но и мостов, например.
- Плоскостные – стеновые панели, плиты перекрытий, дорожные плиты, подпорные, перегородки, а также стенки бункеров и резервуаров, где требуется стойкость к очень высоким нагрузкам. Из плоскостных сооружается все многообразие ограждений.
- Блочные – изделия для фундаментов любых сооружений, стенок подвалов и прочего.
- Пространственные – к этой категории относят блок-комнаты, кольца колодцев – водопроводных, канализационных, дренажных, санитарные кабинки, коробчатые элементы силосов и так далее.
Монтаж каркаса
Далее поэтапно рассмотрим работы по армированию ленточного основания. Армирование гораздо удобнее производить до установки опалубки. В этом случае опалубка не будет вам мешать сваривать или вязать каркасную конструкцию из отдельных элементов.
Элементы каркаса представляют собой прямоугольные объёмные конструкции определённой длины, которые укладываются в траншею, выкопанную для заливки фундамента. Длиной данные каркасные элементы должны от одного угла будущего здания до другого. На углах они соединяются специальными Г-образными соединительными элементами в одну непрерывную каркасную конструкцию. Подробнее о монтаже каркаса смотрите в этом видео:
Подготовительные работы
Перед тем, как приступить к монтажу каркаса, следует произвести разметку территории площадки и в нужных местах по периметру будущих стен вырыть траншеи. На дне траншеи должна быть отсыпана подушка из гравия, крупного песка или щебня. Поверх этой подушки и будет монтироваться наша металлическая конструкция.
Такая подушка выступает в качестве дополнительной защиты от зимнего пучения грунта, принимая на себя значительную часть давления, а также играет роль дренажа, отводящего лишнюю влагу от бетонного основания.
Изготовление каркаса
В опалубке каркас должен лежать, таким образом, чтобы его продольные, «рабочие» нити были полностью скрыты бетоном. Слой бетона поверх основной арматуры должен быть не менее 2 – 3 см. Стандартная ширина ленточных фундаментов составляет 40 – 50 см, соответственно наш каркас должен быть шириной около 35 – 40 см.
Приступая к изготовлению элементов каркасной конструкции, прежде всего, производим нужное число металлических заготовок. Режем рабочую арматуру на заготовки нужной длины в необходимом количестве (зависит от числа нитей).
Также нарезаем поперечные соединительные элементы из гладкого круглого проката меньшего диаметра, нежели рабочая рифлёная арматура. При этом следует учитывать ширину будущего фундамента – горизонтальные соединительные элементы по своей длине должны быть равны ширине фундамента.
Соблюдайте четкое расположение заготовок
Вертикальная соединительная арматура должна соответствовать высоте фундамента. В этом случае данные штыри, выступая за продольные нити, послужат ограничителем для опалубки, позволив соблюсти необходимую дистанцию между ней и рабочим армированием в 2 – 3 см.
После этого приступаем к сварке или вязке плоских заготовок будущего армирования.
Укладываем две нити рифлёного прутка параллельно друг другу и соединяем их друг с другом поперечными металлическими штырями при помощи сварочного аппарата или вязальной проволоки. При этом следует соблюдать чёткое расположение заготовок:
- шаг между поперечными соединительными элементами должен равняться 20 – 30 см;
- поперечные штыри должны выступать за края будущей конструкции на 2 – 3 см с каждой стороны.
Проведение сварочных работ требует определённого опыта, особенно в таком деле, как изготовление каркаса для основы здания. Если вы не уверены в качестве ваших сварных швов, лучше всего доверить эту работу специалисту.
В итоге получаем плоские конструкции, похожие на металлические приставные лестницы. Следующим шагом объединяем их в объёмные прямоугольные конструкции при помощи вертикальных соединительных штырей. Приваривая или привязывая проволокой «лестницы» через определённые расстояния к вертикальным штырям, получаем объёмные ажурные конструкции, которые и являются основными заготовками будущего армирования.
Сборка единого каркаса
Полученные объёмные элементы укладываются в траншеи поверх песчано-гравийной подушки. При этом каркас не должен лежать на ней – для качественного армирования, он должен быть поднят на 5 – 7 см. Для этих целей подкладываем под него в нескольких местах камни или кусочки кирпича.
Следующий шаг – стыковка всех этих отдельных элементов, расположенных на прямых участках траншеи. Это можно сделать, применив Г-образные хомуты, изготовленные из той же арматуры, что и горизонтальные нити. С их помощью соединяются попарно все смежные горизонтальные нити двух соседних каркасных элементов.
Это является завершающим этапом армирования железобетонного основания здания. После того, как все заготовки каркаса соединены на углах, можно приступать к установке опалубки и заливки бетона.
Виды сборных фундаментов
- Ленточные.
- Свайные.
- Столбчатые.
- Стаканного типа.
Сборные железобетонные фундаменты: а — общий вид; б—разрезы; е—сборные элементы; 1—стеновые блоки; 2 — блоки-подушки; г —армированный шов; 4 — участки, бетонируемые на месте.
Теперь немного о каждом виде фундамента. Ленточные фундаменты отличаются легкостью в установке, состоят из блоков или бетонных плит. Это сплошные или разорванные ленты по всему периметру здания. Устанавливаются только под несущими конструкциями.
Сборный ленточный фундамент.
Свайные фундаменты состоят с ряда специальных железобетонных блоков с дополнительным армированием. Сваи забиваются специальной техникой, а сам фундамент используется на рыхлых и пучинистых почвах. Тут стоит отметить, что сваи могут иметь различную длину, поэтому такое решение оптимально для оснований, которые строятся на участках с естественным уклоном.
Столбчатые фундаменты – дешевые и надежные несущие конструкции, которые состоят из ряда ключевых элементов: бетонных столбов, вбиваемых в пробуренные скважины, и рандбалок с армированием для соединения столбов.
Стаканные фундаменты – это основания для промышленных объектов. Производятся их железобетонных моделей пирамидальной формы с полой внутренней частью. Это ступенчатая конструкция, где в центре стакана есть отверстие для монтажа столба, который затем дополнительно армируется.
Особенности каркасных конструкций из стеклопластика
При вязке стеклопластиковой арматуры шаг должен быть длиннее
Стеклопластик сравнительно недавно появился на нашем строительном рынке, поэтому многие застройщики до сих пор с предубеждением относятся к этому материалу. Однако, согласно заявленным производителям техническим качествам, стеклопластик несколько превосходит сталь по прочности. Поэтому, исходя из расчетов прочности, шаг между элементами конструкции в данном случае может быть в 1,5 раза больше, чем при использовании металлической арматуры.
Выпускается стеклопластиковый прокат для армирования железобетона, как и стальной, в двух вариантах: гладком и рифлёном. Предназначение у них также аналогичное: рифлёный прокат используется в качестве основной, рабочей арматуры, а гладкий – для соединения основных нитей в один объёмный каркас.
Используя таблицы и нормативы СНиП, вы сможете самостоятельно произвести работу по обустройству армирования ленточного фундамента частного дома. Для качественного изготовления каркасной конструкции нужно лишь чётко следовать рекомендациям строительных нормативов и статьям соответствующих ГОСТов.
Каркасный дом
Традиционный каркасный дом строят в несколько этапов. На ленточное, плитное или свайное основание укладывают обвязочный брус. На него крепят стойки, связывают конструкцию воедино верхней обвязкой и укосинами.
В пространство между стоек укладывают утеплитель. Как правило, это базальтовая вата. Она не горит, имеет низкую теплопроводность, достаточную прочность, экологически безопасна. Теплоизолятор защищают пароизоляцией со стороны отапливаемого помещения, гидро- и ветрозащитой – снаружи.
Внешнюю и внутреннюю отделку выполняют обшивочными листами, декоративными панелями.
Возведение каркасного дома обычно не превышает 2-3 месяцев. Все операции по раскрою, заготовке, монтажу и креплению материалов проводятся на строительной площадке.
Возможно воплощение индивидуальных проектов, разработанных застройщиком, с оригинальной планировкой и оформлением внутреннего пространства.
