Каркас соединенный отдельными стержнями

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.

Сборка, монтаж и устройство армокаркасов

Плоские каркасы состоят из двух и более продольных арматурных стержней. Продольные стержни соединяют между собой поперечными (соединение «лесенкой»), наклонными или непрерывными (соединение «змейкой») стальными арматурными стержнями.

Виды арматурных каркасов

Арматурные каркасы бывают:

• плоские арматурные каркасы, развитые в двух направлениях и имеющие два размера: длину и ширину;
• пространственные арматурные каркасы, развитые в трех направлениях и имеющие три размеры: длину, ширину и высоту.

Арматурный каркас — неотъемлемая часть железобетонной конструкции, которая предназначена для принятия растягивающих усилий. Обычно применяют стальную арматуру, в некоторых случаях – неметаллическую арматуру.При строительстве нашего дома мы самостоятельно изготавливали и применяли плоский и пространственный арматурные каркасы.

Плоские каркасы состоят из двух и более продольных арматурных стержней. Продольные стержни соединяют между собой поперечными (соединение «лесенкой»), наклонными или непрерывными (соединение «змейкой») стальными арматурными стержнями.Такие каркасы чаще всего применяют для армирования различных линейных конструкций:

• балок над проемами ,
• оконных или дверных перемычек,
• прогонов,
• ригелей и других конструкций.

Как мы изготавливали плоский арматурный каркас в форме лесенки, вы можете прочитать в статье «Армопояс. Армированный пояс» , рубрика «Армопояс».Пространственные каркасы — это конструкция из двух или более плоских каркасов, которые соединены монтажными стержнями или кольцами. Пространственные каркасы применяют для армирования колонн, тяжелых балок и ригелей, различных фундаментов.

Но, учитывая необходимость навешивания панелей на каркас и создания изделий со сложной конфигурацией, возникали некоторые сложности при их изготовлении. Однослойная панель не столь трудоёмка в производстве.

Оптимальные решения при подборе связующих элементов

Если взять для примера шестнадцатиэтажное здание, то в номенклатуре его каркаса может содержаться до пяти видов колонн, изготовленных из бетона с разными прочностными характеристиками. Да и вообще, железобетонные сжатые элементы наиболее эффективно работают именно на бетоне высоких марок (порядка М800 В60).

Как достигается эффективность

Залогом эффективности работы колонн является не только бетон, но и заключённая в нём арматура. Обычно используют сталь класса Ат-V – термомеханически упрочнённую, отличающуюся высокой прочностью.

Обратите внимание! Оптимизация заключается именно в том, чтобы при создании изделий можно было не увеличивать число их форм, а менять несущую способность при тех же конфигурациях, что уже существуют — путём компоновки различных вариантов армирования и подбора бетона. При этом, естественно, меняются не только показатели прочности конструкций, но и их цена.

• Одну и ту же несущую способность можно получить на разных по прочности бетонах, варьируя лишь их марки и количество арматуры. Однако учитывая, что арматура всегда стоит дороже, экономически целесообразнее отдавать предпочтение тому варианту, где её меньше.
• Чтобы соблюсти баланс, бетон должен использоваться более высокой марки, что позволяет удешевить себестоимость конструкций на треть. Именно по такому принципу проектировщики и оптимизируют номенклатуру колонн – сравнивая разные варианты расхода и стоимости материалов.
• С диафрагмами жёсткости колонны соединяются посредством закладных деталей — а это тоже дорогостоящая сталь. В проекте может быть предусмотрено до четырёх таких примыканий (со всех сторон).
• Соответственно, номенклатура оптимизируется не только по внутренней рабочей арматуре, но и по закладным деталям. Поэтому всю систему колонн делят на:

1. Безадресные (имеют типовой набор закладных деталей);
2. Адресные (предназначены для конкретных объектов).

• Особое внимание при выборе проектировочных решений уделяется стыкам колонн, которым приходится работать при повышенных нагрузках. Освоение унифицированного каркаса происходило поэтапно.
• Некоторые решения – в частности, способ стыкования колонн – дорабатывались с учётом неудобства их воплощения на практике и дороговизны. Производились дополнительные испытания на образцах, с замером деформаций бетона, фиксацией возникновения трещин.
• В частности, было подтверждено, что бетон, которым замоноличен стык колонны, практически одновременно включается в работу с бетоном самой колонны. И чем выше его марка по прочности, тем эффективнее эта работа происходит. Поэтому здесь используется бетон не ниже М600 (В45). В связи с этим в расчётах учитывается ещё и площадь монолитных участков.
• Было так же установлено, что работу стыка значительно улучшает и монтаж двенадцатимиллиметрового в диаметре хомута, обвязывающего стыковочную арматуру. Понятно, что надёжность стыка зависит от способа его выполнения.

В списке колонн для унифицированного каркаса присутствуют и такие модификации, как:

1. Вариант с консолью, увеличенной для опирания на неё горизонтальных элементов фасада.
2. Модели с длинными консолями, которые, выступая за фронтальную часть фасада, образуют лоджии или балконы.
3. Колонна с отверстием в консоли – в них пропускаются стояки отопления.
4. Модели с увеличенной высотой под опирание тяжёлых ригелей.

Подбор каждой отдельно устанавливаемой на объекте колонны, определяет прогиб изгибаемого железобетонного элемента. При проектировании все усилия сопоставляются с несущей способностью вертикальных опор каркаса, возможных смещений и преломлений их осей в местах стыков.

В жёстко связанном каркасе всё работает комплексно. Например, вертикальные нагрузки, воспринимаемые консолями колонн, определяют изгибающие моменты, возникающие в ригелях.Перпендикулярная им плоскость (а это перекрытие), в унифицированных каркасах имеет свободное опирание. При этом пролёты загружаются неравномерно, поэтому для колонн применяется расчёт внецентренно сжатых элементов, в котором просчитывается взаимодействие изгибающих моментов и продольных сил.

Унификация ригелей

В унифицированном каркасе лёгкого типа, ригели рассчитаны на два варианта нагрузок: 72 и 110 килоньютон на метр. Именно эти цифры ложатся в основу расчёта распределённого и сосредоточенного расположения опираемых перекрытий шириной 1,2 либо 1,8м. В тяжёлых каркасах, ширина перекрытий принимается 1,5м.

• Изготавливают ригели из бетона марок М300; 400; 500, армируют их плоскими каркасами и сетками, объединяемыми контактной либо дуговой сваркой. Поставляют изделия с завода только по достижении семидесятипроцентной прочности, однако при этом, в соответствии с требованиями ГОСТ, им должны быть гарантированы условия для набора и остальных 30%.
• Как и в случае с колоннами, для расчёта ригелей поначалу использовали общие положения проектных норм, которые не учитывали в полной мере специфики работы изделия.
• В частности, проблемы были связаны с нагрузками, воздействующими по высоте сечения, а так же не совсем достоверными были результаты расчёта полки изделия на откалывание бетона. Поэтому соответствующими организациями во главе с НИИЖБ были проведены исследования и существующие способы армирования были заменены на более рациональные.

• Если сказать коротко, то выглядело это так. Было установлено, что в результате воздействия нагрузки на полку, с двух сторон её ребра, в растянутой зоне появляются не только нормальные трещины на самой полке, но и наклонные – в ребре над ней. Это по сути нормально, так как вызвано общим изгибом изделия. Однако при повышении нагрузки появлялись трещины и в месте приложения груза, либо полностью получался отрыв полки.
• Дело в том, что расчёт железобетонных изгибаемых элементов по наклонному сечению – а вернее, его методика, представленная в СНиП, не учитывает некоторых факторов. А именно – положения нагрузки относительно высоты ригеля.
• Для усиления конструкции понадобилось увеличить количество поперечно расположенных арматурных стержней, а для правильного его определения был применён разработанный институтом железобетона (НИИЖБ) метод.
• В его суть мы сейчас вдаваться не будем, скажем только, что его применение позволяет произвести расчёт по сечению отрыва точный расчёт и учесть всю используемую поперечную арматуру.
• Это помогает установить зону отрыва и ввести её в расчёт, что очень важно, так как у ригеля нагрузка сосредотачивается на ограниченном участке, а потом уже передаётся на ребро. В том, собственно, и заключается особенность данного изделия. Соответственно, важно было определить и наиболее рациональные размеры полок ригеля.
• После усовершенствования конструкции, расход арматуры на кубометр железобетона составил порядка 20 кг, что для любого завода по изготовлению даёт существенную экономию. В процессе развития конструкции каркаса унифицированного типа, были разработаны ригели и большей высоты (всего 4 вида).

Ригели, как и колонны, предназначенные для лёгкого каркаса со связевой схемой, могут использоваться при строительстве малоэтажных зданий. Но для промышленных зданий чаще проектируют каркасы рамного типа.Их конструктивную основу составляют плоские рамы с приспосабливающимися (упругопластическими) узлами. Создавать такие узлы помогают специальные стальные детали, именуемые рыбками, посредством которых и осуществляется крепление ригеля к консоли колонны. Такой вариант показан на приведённой выше схеме.

Особенности ограждающих конструкций

Как уже было сказано, в унифицированном варианте железобетонного каркаса используют однослойные керамзитобетонные панели. Применение кондукторов обеспечивает наилучшую геометрию изделий и точность их размеров.Выпускают элементы ограждающих конструкций с уже вмонтированными, и даже остеклёнными оконными переплётами, а так же декорированной лицевой поверхностью. То есть, степень заводской готовности данных изделий составляет минимум 90%.

• В зависимости от архитектурного решения фасада здания, его ограждающие конструкции могут иметь полосовую горизонтальную, или вертикальную разрезку. Чтобы обеспечить эстетическую индивидуальность, панели могут иметь самую разнообразную отделку.
• Это может быть стеклянная или мраморная (гранитная) крошка, торкрет, керамическая или стеклянная плитка, и даже тонкие плиты природного камня – чаще травертин. Встречаются и более сложные варианты – такие как стемалит (цветное калёное стекло в алюминиевой рамке).
• Заметим, что все виды облицовки выполняются только за счёт адгезии, без использования каких бы то ни было механических креплений. Это, что касается наружного декорирования. С внутренней стороны поверхность панелей просто оштукатурена тонким слоем цементного раствора.
• К каркасу элементы стен крепят посредством приваривания к закладным деталям, но иногда могут быть использованы стальные фахверки. Соответственно, все монтажные детали, необходимые для соединения, идут в комплекте, а их номенклатура оговаривается в спецификации.
• Армируются панели пространственным каркасом, состоящим из нескольких плоских сварных сеток и объединяющих их в пространственный каркас стержней.

Стыки панелей после монтажа замоноличиваются, а их правильное положение обеспечивает соответствующая конфигурация торцевых кромок. Уплотнение стыков выполняется с использованием прокладок на основе пенополиуретана, гернита, синтетического либо натурального каучука.

• при возведении фундаментов можно использовать только арматуру, соответствующую стандартам, с сертификатом качества, определенную в проектной документации;
• прутья сцепляются так, чтобы полностью исключить возможность их смещения во время заливки бетона;
• если для армирования ленточного фундамента используются сварные каркасы или сетки, то при их изготовлении разрешается применять такой способ сварки, который не допускает деформирования;
• радиус изгиба арматурных прутьев должен соответствовать затребованному в проекте;
• механические стыки арматуры по прочности не должны уступать прочности основного материала;
• расстояние между вертикальными стержнями зависит от их диаметра, вида заполнителя бетонной смеси, расположения в каркасе, метода заливки бетона, но не допускается шаг меньше, чем 25 см;
• расстояние между продольными прутьями не должно превышать 40 см;
• расстояние между прутьями, установленными поперечно, не должно превышать 30 см.

Этапы проведения правильного армирования ленточного фундамента

Изготовление любого фундамента требует соблюдения определенной последовательности:

1. Первое что нужно сделать, после того как траншея для фундамента была вырыта, это сделать песчано-гравийную подушку, после чего уложить куски кирпича, создав своеобразную опору для арматурного каркаса. Это позволит углубить арматуру вовнутрь бетона, чтобы не происходила ее деформация, при этом прочность фундамента будет значительно выше. Помимо этого арматура также должна отступать и по 5 см от каждого края стенок фундамента.
2. Важно знать, что для повышения прочности лучше для продольных прутьев использовать целые куски арматуры.
3. Далее нужно вбить в землю вертикальные пруты по всему периметру ленты так, чтобы впоследствии образовались ячейки размером около 20х30 см.
4. Затем после установки всех вертикальных прутов по периметру фундамента, нужно прикрутить нижний ярус арматуры из продольных прутов, после чего приступить к верхнему ярусу. Лучше всего для этого использовать вязальную проволоку и специальный вязальный крючок или пистолет. Их можно приобрести в специальных строительных магазинах или же сделать самостоятельно.

Особое внимание необходимо уделить углам ленточного фундамента, ведь на них действует нагрузка значительно больше. Чаще всего укрепление углов ленты происходит при помощи Г-образных элементов арматуры. Их необходимо заранее выгнуть под углом 90 градусов, после чего соединить их согласно схеме:

Закончив формирование ленточного фундамента в результате должен получиться единый металлический каркас, который имеет хорошую устойчивость.

В завершение фундамент заливается бетоном одномоментно и оставляется накрытым на 2-3 недели.

Вертикальные каркасные стойки устанавливают поверх нижней обвязки и крепят ней гвоздями. Крепление с помощью металлических уголков используют при Т-образном соединении балок без вырубки. Его выполнить проще. Фиксацию балок металлическими гвоздями используют при стыке с частичной вырубкой нижней балки. Это – более сложное к выполнению своими руками соединение.

Крепёжные элементы

В качестве крепежей для узлов каркасного деревянного дома используют следующие элементы:

Крепёжные пластины (уголки или ровные пластины с отверстиями или без них). Пластины и уголки крепят к балкам или опорам с помощью саморезов по дереву. Скобы (прямые и угловые) – проволочные крепежи определённого диаметра. Их края загибают и вставляют в торцы или боковые поверхности балок. Болты – используют для стягивания соседних балок и стропил, вставляют в сквозные отверстия и фиксируют в них гайками. Гвозди.

Все соединяющие фиксирующие и крепёжные элементы для каркасных строений изготавливают из металла. Для крепления несущих элементов используют усиленные уголки из закалённой стали или повышенной толщины, 3-4 мм. Для крепления поддерживающих элементов используют уголки из обычной стали толщиной 2-3 мм.

Разнообразие крепежных элементов.В целях защиты от коррозии для изготовления уголков, пластин используют оцинкованную сталь. Защита от ржавчины особенно важна при наружном строительстве, когда металлические крепежи в стенах могут становиться центром конденсации влаги, намокания участка стены. Поэтому оцинкованные крепёжные элементы весьма востребованы в различных узлах каркасного дома.

Ошибки соединения узлов

Чертёж узлов предполагает наличие эскизов и описаний. Однако несмотря на это, начинающие строители часто допускают обидные ошибки. Давайте перечислим основные и наиболее часто повторяющиеся ошибочные действия, которые допускают начинающие индивидуальные строители при сборке каркаса:Устанавливают не все укосины. Это неверно. Укосины обеспечивают устойчивость стены к ветровым нагрузкам. Кроме укосин, для противостояния ветру необходимо использование жёстких плит в наружной обшивке.

Использовать в качестве угловых стоек цельный брус или плотно поставленные друг рядом с другом доски. Такой угол будет холодным. В нём будет конденсироваться влага и развиваться плесень. Использовать для крепежа «чёрные» саморезы. Они недостаточно прочные, особенно если для строительства закуплено недостаточно сухое дерево. При сушке и короблении у «чёрные» саморезы могут быть банально «сорваны». Более прочный вариант – саморезы золотистого и серебристого цвета, покрытые оцинковкой или слоем хроматирования, фосфатирования. Используют недостаточно сухое дерево, которое даёт сильную усадку и «рвёт» имеющиеся узлы и соединения. И ещё одна ошибка – не использовать гвозди. Эти проверенные крепёжные элементы часто оказываются прочнее любых саморезов.

Каркасное строительство – новая технология, в которой при кажущейся простоте существует множество нюансов, особенностей.