Фундамент под стальную колонну — это узел, где сходятся две инженерные задачи: передать нагрузку каркаса на грунт без перегруза основания и обеспечить точную геометрию анкерной группы, чтобы база колонны встала по проекту. Ошибка в расчёте или в схеме анкеровки на этом этапе оборачивается переделкой основания, а не лёгкой правкой металла. Поэтому проектирование фундаментов под стальные колонны мы ведём параллельно с разработкой марки КМ — каркас и его опоры рассчитываются как единая система.
На этой странице — практическое руководство: какие типы фундаментов применяют под металлические колонны, как считается столбчатый фундамент под колонну, чем отличается фундамент стаканного типа от монолитного с анкерной группой, какие исходные данные нужны для расчёта и как заказать проект и металл опорных конструкций на заводе ГК «СтилКонстракшн» (офис в Москве, производство в Брянской области, мощность 6000 т/год).
Типы фундаментов под стальные колонны
Тип фундамента под металлическую колонну выбирают по трём факторам: характеру нагрузки (центральная или внецентренная, наличие момента и распора), несущей способности грунта на проектной отметке и шагу колонн каркаса. Под стальные колонны промышленных и быстровозводимых зданий применяют четыре основных решения.
Столбчатый монолитный фундамент под колонну
Самый распространённый вариант под стальную колонну. Это отдельно стоящий монолитный массив из железобетона с подколонником и плитной частью (подушкой), в тело которого замоноличена анкерная группа. Стальная колонна крепится к фундаменту через базу болтами М24–М48. Столбчатый фундамент под колонну экономичен при шаге колонн 6–12 м и несущих грунтах: бетон работает только под каждой опорой, а не под всем пятном застройки. Монолитный столбчатый фундамент под металлическую колонну позволяет реализовать любую конфигурацию анкеров и точно вывести отметку базы.
Фундамент стаканного типа
Столбчатый фундамент стаканного типа — это монолитный или сборный фундамент с углублением-стаканом, в который вставляется и затем замоноличивается колонна. Классически фундаменты под колонны стаканного типа проектируют под сборные железобетонные колонны: стакан компенсирует монтажные допуски, а колонна фиксируется бетоном замоноличивания. Под стальную колонну стакан применяют реже — когда нижний участок металлической колонны заводят в обойму или когда стальная колонна опирается на оголовок сборного ж/б фундамента. Для металлокаркаса чаще выбирают плоскую опорную плиту фундамента с анкерами, а не стакан, потому что база стальной колонны рассчитана именно на болтовое крепление.
Свайный и свайно-ростверковый фундамент
Применяется на слабых, водонасыщенных или просадочных грунтах, где столбчатый фундамент дал бы недопустимую осадку. Колонна опирается на ростверк, который объединяет сваи и распределяет на них нагрузку. Под отдельную стальную колонну ростверк проектируют как локальный — по сути тот же подколонник, но опёртый на сваи.
Ленточный и плитный фундаменты
Под рядно расположенные стальные колонны с малым шагом или при высоких неравномерных нагрузках столбчатые фундаменты объединяют в ленту или сплошную плиту. Это снижает неравномерность осадок и применяется в зданиях с тяжёлым технологическим оборудованием.
Подробный разбор всех решений с типичными ошибками — в материале фундамент под металлоконструкции: виды, расчёт, типичные ошибки. Стальную часть опорного узла — закладные, базы, плиты — производим как фундаментные стальные конструкции.
Узел опирания: база колонны и анкерная группа
Фундамент и колонна соединяются через узел опирания — он передаёт на бетон вертикальную силу, момент и поперечную силу. Грамотное проектирование фундаментов под стальные колонны невозможно без согласованного расчёта этого узла, поэтому разработку базы и анкеровки мы ведём в одной марке КМ с фундаментом.
База колонны
База — нижняя часть стальной колонны: опорная плита, траверсы, рёбра жёсткости. Её площадь подбирают так, чтобы давление под плитой не превышало расчётного сопротивления бетона смятию. Под центрально нагруженные колонны применяют базы с симметричной плитой, под колонны с моментом — развитые базы с консолями и анкерами, вынесенными за контур стержня. Конструкцию и расчёт базы подробно разбираем в разделе базы колонн: виды, расчёт, конструкция.
Анкерные болты и закладные
Анкеры воспринимают отрыв от момента и удерживают колонну в проектном положении при монтаже. Их рассчитывают на выдёргивающее усилие и заделывают в тело фундамента на глубину, обеспечивающую анкеровку в бетоне. Анкерную группу собирают на кондукторе и замоноличивают вместе с фундаментом — это закладные изделия фундаментов. Между базой и бетоном устанавливают опорные плиты и шайбы, которые позволяют выверить отметку и распределить усилие затяжки.
Подливка и выверка
Зазор между опорной плитой базы и бетоном фундамента (обычно 50–80 мм) заполняют безусадочной цементной смесью после рихтовки колонны. Подливка включается в работу узла только после набора прочности — до этого нагрузку держат анкеры и установочные гайки.
При сложных опорных узлах в дело идут также опорные столики и обрамление колонн — для опирания примыкающих балок и перекрытий на саму колонну.
Расчёт фундамента под металлическую колонну
Расчёт ведут в два этапа: по несущей способности и деформациям грунта основания и по прочности железобетонного тела фундамента. Оба расчёта выполняют для самой невыгодной комбинации нагрузок согласно СП 16.13330 (стальные конструкции), СП 22.13330 (основания зданий) и СП 24.13330 (свайные фундаменты).
Исходные данные для расчёта
- Нагрузки от колонны: продольная сила N, изгибающий момент M, поперечная сила Q — из расчёта каркаса.
- Геологический разрез и физико-механические характеристики грунтов (отчёт по инженерно-геологическим изысканиям).
- Глубина заложения подошвы — ниже расчётной глубины промерзания для пучинистых грунтов.
- Отметка чистого пола, отметка верха фундамента, отметка низа базы колонны.
- Класс бетона, марка арматуры, тип и расположение анкерных болтов.
Что определяет расчёт
- Размеры подошвы — из условия, что среднее давление не превышает расчётного сопротивления грунта, а краевое давление при моменте не превышает 1,2–1,5 R.
- Высоту подколонника и плитной части — из условия прочности на продавливание и на изгиб.
- Армирование подошвы и подколонника — по расчёту на изгиб и поперечную силу.
- Глубину заделки анкеров и параметры замоноличивания.
- Осадку фундамента — она не должна превышать предельную для стального каркаса.
Для внецентренно нагруженных колонн (с моментом) ключевой проверкой становится краевое давление и недопущение отрыва подошвы от грунта на большой площади. Для столбчатого фундамента под металлическую колонну с большим моментом подошву развивают в сторону действия момента, делая её прямоугольной.
Ниже — ориентировочные параметры монолитного столбчатого фундамента под одиночную стальную колонну при несущих грунтах (R = 200–300 кПа). Это справочные значения для предварительной оценки; рабочие размеры определяются расчётом по фактической геологии и нагрузкам.
| Нагрузка на колонну N, тс | Размер подошвы, мм | Высота фундамента, мм | Класс бетона | Анкерные болты |
|---|---|---|---|---|
| до 30 | 1200 × 1200 | 900 | B20 | 4 × М24 |
| 30–60 | 1500 × 1500 | 1200 | B20 | 4 × М30 |
| 60–100 | 1800 × 1800 | 1500 | B25 | 4 × М36 |
| 100–160 | 2400 × 2400 | 1800 | B25 | 4–6 × М42 |
| 160–250 | 3000 × 3000 | 2100 | B30 | 6–8 × М48 |
При моменте на колонне подошву увеличивают в плане на 20–40 % в сторону действия момента, а высоту подколонника принимают из условия анкеровки болтов и прочности на продавливание.
Сравнение типов фундаментов и условия применения
Чтобы быстро сориентироваться, какой фундамент закладывать под стальную колонну в конкретных условиях, мы свели решения в таблицу. Окончательный выбор делает проектировщик по результатам расчёта и геологии.
| Тип фундамента | Когда применяют | Грунты | Соединение с колонной |
|---|---|---|---|
| Столбчатый монолитный | Шаг колонн 6–12 м, отдельно стоящие опоры каркаса | Несущие, маловлажные | База с анкерными болтами |
| Стаканного типа | Сборные ж/б колонны; стальная колонна в обойме оголовка | Несущие | Замоноличивание в стакане |
| Свайно-ростверковый | Слабые грунты, высокие нагрузки, ограничение осадок | Слабые, водонасыщенные, просадочные | База на ростверке с анкерами |
| Ленточный под ряд колонн | Малый шаг колонн, неравномерные нагрузки | Любые при риске неравномерной осадки | Базы с анкерами по линии |
| Плитный | Тяжёлое оборудование, плотная сетка колонн | Слабые и неоднородные | Базы с анкерами по сетке |
Под стальной каркас в 90 % случаев это монолитный столбчатый фундамент под колонну — он экономичен и технологичен. Фундаменты под колонны стаканного типа уместны там, где часть конструкций сборная железобетонная, а металлическая колонна стыкуется со сборным элементом. Свайные решения выбирают, когда расчёт показывает недопустимую осадку столбчатого фундамента. Для каркасов из колонн одноветвевых из прокатного профиля подходит компактная база и квадратная подошва, а под пространственные колонны из прокатного профиля с разнесёнными ветвями фундамент проектируют с раздельными или развитыми подошвами под каждую ветвь.
Как мы проектируем и изготавливаем опорный узел
ГК «СтилКонстракшн» закрывает задачу опирания каркаса целиком: расчёт колонны и фундамента, конструирование базы и анкерной группы, выпуск чертежей и изготовление металла опорных конструкций. Раздел «фундамент» (бетон, армирование) передаётся в проектную документацию марки КЖ, а металлическая часть и анкеры — в марки КМ и КМД.
Этапы работы
- Сбор исходных данных. Принимаем нагрузки от каркаса, геологический отчёт, отметки и архитектурное задание. При отсутствии геологии формируем запрос на изыскания.
- Расчёт. Считаем основание, подбираем размеры фундамента, проектируем базу колонны и анкерную группу в единой расчётной схеме каркаса.
- Конструирование и чертежи. Выпускаем чертежи КМ с узлами опирания, схему анкеровки, ведомость анкерных болтов и закладных. По марке КМ разрабатываем КМД — деталировку для производства.
- Изготовление металла. На производстве в Брянской области изготавливаем базы, опорные плиты, анкерные группы и фундаментные стальные конструкции. Контроль сварных швов, проверка геометрии анкерных групп по кондуктору.
- Антикоррозийная защита. Закладные и анкеры получают ЛКМ или горячее цинкование — узел в бетоне и грунте работает в агрессивной среде.
- Поставка и шефмонтаж. Отгружаем металл, передаём монтажные схемы, при необходимости сопровождаем установку анкерных групп перед бетонированием фундамента.
Производственная база: 5000 м² цехов, мощность 6000 т/год, штат 50+ инженеров. Кроме опорных узлов поставляем сами металлические колонны на заказ и полный комплект стальных опорных конструкций — каркас и его основания приходят с одного завода и стыкуются без подгонки по месту.
Типичные ошибки при устройстве фундаментов под колонны
Большинство проблем с опорными узлами стального каркаса закладывается ещё на стадии проекта и бетонирования. Перечислим ошибки, которые мы регулярно видим при обследованиях и которых избегаем при проектировании.
- Анкерная группа без кондуктора. Болты, установленные «на глаз», уходят от проектных осей — база колонны не садится, отверстия рассверливают, узел теряет несущую способность. Анкеры должны замоноличиваться в кондукторе.
- Заложение выше глубины промерзания на пучинистом грунте. Силы морозного пучения выдавливают фундамент, колонна получает дополнительные усилия и перекос.
- Расчёт фундамента без момента. Если колонна внецентренно нагружена, а фундамент посчитан только на вертикальную силу, краевое давление превышает сопротивление грунта — появляется крен.
- Бетонирование без выверенных отметок верха. Разброс отметок баз вынуждает наращивать подливку до недопустимой толщины.
- Подливка до набора прочности бетоном фундамента. Нагрузка передаётся на ещё не работающий узел.
- Закладные и анкеры без антикоррозийной защиты. В зоне переменного увлажнения сталь корродирует, сечение анкера уменьшается.
Когда расчёт колонны, базы и фундамента ведёт один проектировщик, эти расхождения исключаются на стадии чертежей. Для разных схем каркаса мы применяем отработанные типовые стальные конструкции с проверенными узлами опирания.
Стоимость проектирования и изготовления опорных конструкций
Стоимость складывается из двух частей — проектных работ и металла. Бетонная часть фундамента (бетон, арматура, опалубка) в расценку металлоконструкций не входит и считается по марке КЖ отдельно.
| Позиция | Цена | Условие |
|---|---|---|
| Проектирование КМ (включая узлы опирания) | от 15 000 ₽/т | при объёме каркаса от 20 т |
| Разработка КМД (деталировка) | от 4 000 ₽/т | при заказе металла на заводе |
| Изготовление баз и опорных конструкций | от 65 000 ₽/т | при объёме от 5 т |
| Анкерные группы и закладные | по спецификации | в комплекте с фундаментными конструкциями |
Точная цена зависит от тоннажа, сложности узлов, количества типоразмеров баз и требований к антикоррозийной защите. Чем больше объём и однотипнее опорные узлы, тем ниже цена тонны. Расчёт по проекту КМ и геологии выдаём после получения исходных данных.
Чтобы получить расчёт стоимости проектирования фундаментов под стальные колонны и изготовления опорных конструкций, оставьте заявку на сайте или пришлите чертежи КМ либо архитектурное задание. Инженер ГК «СтилКонстракшн» подберёт тип фундамента, конструкцию баз и анкерную группу и подготовит коммерческое предложение с раскладкой по проектным работам и металлу.
Проектирование КМ с узлами опирания — от 15 000 ₽/т при объёме каркаса от 20 т; изготовление баз и опорных конструкций — от 65 000 ₽/т при объёме от 5 т. Бетонная часть фундамента (марка КЖ) считается отдельно.
Частые вопросы
Чем фундамент под стальную колонну отличается от фундамента под железобетонную?
Под стальную колонну фундамент проектируют с плоской опорной плитой и анкерной группой — колонна крепится к фундаменту базой на болтах. Под сборную железобетонную колонну чаще делают фундамент стаканного типа, где колонну вставляют в стакан и замоноличивают. Тело фундамента (подошва, подколонник, армирование) в обоих случаях считается по одним нормам — СП 22.13330; различается только узел сопряжения с колонной.
Какой фундамент выбрать под металлическую колонну каркасного здания?
В большинстве случаев — монолитный столбчатый фундамент под колонну: он экономичен при шаге колонн 6–12 м и несущих грунтах. На слабых или водонасыщенных грунтах применяют свайно-ростверковый фундамент, при малом шаге колонн и неравномерных нагрузках — ленточный или плитный. Окончательное решение принимают по расчёту основания на конкретной геологии и нагрузках от каркаса.
Какие исходные данные нужны для расчёта фундамента под колонну?
Нужны нагрузки от колонны (продольная сила, момент, поперечная сила) из расчёта каркаса, инженерно-геологический отчёт с характеристиками грунтов, проектные отметки (чистый пол, верх фундамента, низ базы), а также параметры базы колонны и анкерных болтов. Без геологии корректно определить размеры подошвы и глубину заложения нельзя — при её отсутствии мы формируем запрос на изыскания.
Что такое столбчатый фундамент стаканного типа и применяют ли его под стальные колонны?
Столбчатый фундамент стаканного типа — это фундамент с углублением-стаканом, в который устанавливают и замоноличивают колонну. Классически фундаменты стаканного типа проектируют под сборные железобетонные колонны: стакан компенсирует монтажные допуски. Под стальную колонну стакан применяют редко — обычно когда металлическая колонна стыкуется со сборным элементом или заводится в обойму оголовка. Для металлокаркаса чаще выбирают плоскую опорную плиту с анкерными болтами.
Как анкеруется стальная колонна в фундаменте?
Стальная колонна крепится к фундаменту через базу — опорную плиту с рёбрами и траверсами. В тело фундамента замоноличивают анкерные болты, которые воспринимают отрыв от момента и фиксируют колонну при монтаже. Анкерную группу собирают на кондукторе для точного соблюдения осей. Зазор между плитой базы и бетоном после рихтовки заполняют безусадочной подливкой. Конструкцию узла подробно разбираем в разделе про базы колонн.
Проектирует ли завод фундамент или только металлоконструкции?
Мы выполняем расчёт и конструирование металлической части опорного узла — баз колонн, анкерных групп, закладных и фундаментных стальных конструкций — в составе марки КМ, а также разрабатываем КМД для производства. Раздел КЖ (бетон, армирование, опалубка фундамента) передаётся смежным проектировщикам, при этом расчётные нагрузки и схему анкеровки даём именно мы. Изготовление металла опорных конструкций ведём на собственном производстве в Брянской области.