Балки фундаментные монолитные и сборные: размеры, серии, виды, нормативы, монтаж

Каркасные капитальные объекты строительства с вертикальными точечными опорами требуют возведения отдельно стоящих фундаментов стаканного типа со ступенчатой подошвой, воспринимающих продавливающие усилия.

Несущие конструкции здания и фундаменты под них, чаще всего, устраиваются в створе, вдоль строительных осей. Колонны каркаса здания обшиваются стеновыми ограждающими конструкциями по периметру, а внутри часто возводятся перегородки для разделения пространства на различные функциональные блоки.

Для таких конструкций требуется опора, которая обеспечивается фундаментными балками, уложенными или залитыми между отдельно стоящими фундаментами. Далее подробно описываются фундаментные балки, их сфера применения, преимущества и недостатки, правила монтажа, а также приводится их подробная классификация по различным критериям.

Что это такое?

Фундаментные балки – это несущие вспомогательные конструктивные элементы, являющиеся составной частью фундаментов каркасных зданий, которые предназначены для создания площадки опирания под наружные или внутренние ненесущие стеновые конструкции, а также для предотвращения их прямого контакта с грунтом основания.

Балки могут быть сборными или монолитными, изготавливаются на объекте или в заводских условиях, в соответствии с типовыми чертежами серийной документации, сопрягаются с образованием жёстких или шарнирных узлов с телом фундамента.

Сечение и механические характеристики данных конструкций подбираются по расчёту, модели каркаса здания, после сбора нагрузок, в зависимости от величины внутренних усилий и пролёта между опорами. На практике данные пролётные несущие конструкции могут называться рандбалками.

Для чего они нужны?

Фундаментные балки – важные конструкции для любого каркасного здания, которые выполняют следующие функции:

• Опирание наружных стен по периметру здания в зоне расположения основных и фахверковых колонн.
• Опирание внутренних перегородок, простенков или других конструкций, предусмотренных проектом.
• Зашита пористых материалов блочной кладки ограждающих конструкций сооружения от капиллярного подсоса влаги из обводнённого грунта основания, что обеспечивает их долговечность.
• При выступании данного конструктивного элемента над поверхностью земли, он формирует цокольную часть здания.

Данные элементы фундаментов в сборном исполнении оказывают дополнительную нагрузку на них, что требует их учёта при расчёте конструкции на продавливании, разность осадок, крен.

В случае устройства балок с монолитными узлами, они также служат для перераспределения внутренних усилий на отдельно стоящие фундаменты, способствуя их частичной разгрузке.

Плюсы и минусы использования

Фундаментные балки часто используются при проектировании капитальных объектов строительства, так как они имеют множество неоспоримых преимуществ перед другими несущими конструкциями:

• Надёжность и повышенная механическая прочность сборных конструкций заводского изготовления.
• Минимизация земляных работ при отрывке котлована и устройства фундаментных конструкций.
• Монтаж сборных ЖБИ изделий осуществляется с применением старой, проверенной временем технологии.
• Возможность возведения зданий на слабых или просадочных грунтах с локальной заменой основания только под подошвой отдельно стоящих фундаментов, так как балка, работает в пролёте между ними и не опирается на грунт.
• Возможность монтажа конструктивных элементов здания в северных регионах страны, на вечномёрзлых грунтах.
• Долговечность балок, так как они практически не соприкасаются с грунтовым основанием и подземными водами, что снижает риск коррозии несущих элементов и их преждевременного физического износа.
• Возможность строительства зданий и сооружений в сейсмически опасных районах, так как шарнирное сопряжение обеспечивает конструкции несколько степеней свободы без риска передачи усилий на несущие конструкции каркаса возводимого капитального сооружения.
• Балки обеспечивают длительную сохранность наружных стен из пористых материалов, которые обладают незначительной водонепроницаемостью и морозостойкостью.
• Устройство рандбалок обуславливается экономической выгодой данного конструктивного решения – фундаментные конструкции обходятся значительно дешевле, чем устройство полноценной монолитной или сборной ленты, либо железобетонной плиты.

В то же время, несмотря на достоинства, рассматриваемые несущие элементы также имеют ряд недостатков, из-за чего проектировщики нередко предпочитают назначать другие конструкции фундамента, в частности:

• Сложность монтажа сборных рандбалок, так как требуется привлечение специальной грузоподъёмной техники.
• Высокий риск образования брака при заливке монолитных конструкций ниже нулевой отметки.
• Пролётный элемент может подвергаться деформациям от собственного веса наружных и внутренних стен.
• Требуется проведение детального расчёта рандбалок по двум группам предельных состояний.
• Сложность обеспечения логистики при длине изделий заводского изготовления более 5000 мм.
• В отличие от ленточного или другого фундамента, не обеспечивается повышенная жёсткость подземной части каркаса капитального объекта.
• Сложность прокладки инженерных коммуникаций в тех местах, где по расчёту нельзя смонтировать ребристую перфорированную рандбалку.

  В монолитной конструкции также требуется устройство гильз для ввода инженерных сетей в здание, что существенно отражается на прочности изгибаемого пролётного элемента.

Для обоснования целесообразности применения данных балок, проектировщик рассматривает несколько вариантов фундаментов, что позволяет ему получить объективную картину расходов материалов.

Нормативы ГОСТ

Как было сказано выше, фундаментные балки могут быть монолитными или сборными. В случае, если в рабочий проект заложены ЖБИ изделия заводского изготовления, их условные обозначения и маркировка отвечают требованиям следующих ГОСТ, а также типовых серийных альбомов:

• ГОСТ 28737-2016 «Балки фундаментные железобетонные для стен зданий промышленных и сельскохозяйственных предприятий»
• Серия 1.415-1. Выпуск 1 «Железобетонные фундаментные балки для стен производственных зданий».
• Серия 1.015.1-1 Выпуск 1 (Выпуск 2, Выпуск 3) «Балки фундаментные железобетонные для наружных и внутренних стен зданий промышленных и сельскохозяйственных предприятий».

В случае, если данные конструктивные элементы имеют общепринятую маркировку и полностью соответствуют чертежам серий, обеспечивается их несущая способность, прочность и надёжность под действием расчётных нагрузок, так как типовые проекты разрабатываются после детального расчёта каждой фундаментной балки.

Маркировка рассматриваемых конструкций имеет следующий общий вид и расшифровку:

х БФ ***, где

• х – порядковый номер модификации балки, что означает форму и габариты поперечного сечения (от 1 до 6). Основные параметры изделия ЖБИ по данному критерию подробно описываются в классификации ниже.
• БФ – аббревиатура от «Балка Фундаментная».
• *** – длина балки в дециметрах, от 15 до 60. Здесь следует учесть, что фактическая длина балки на 50 мм меньше, чем стоящий в её маркировке индекс, так как при монтаже требуется обязательное обеспечение компенсационного зазора между соседними элементами.

Примеры:

• 2БФ51 – балка фундаментная с конструкцией поперечного сечения №2 (тавровая, (нижнее основание – 160 мм, верхнее – 300 мм), длиной 5050 мм.
• 1БФ30 – балка фундаментная с конструкцией поперечного сечения №1 (трапециевидная, нижнее основание – 160 мм, верхнее – 200 мм), длиной 2950 мм.

В случае с балочными фундаментными конструкциями из монолитного железобетона, проектирование ведётся с соблюдением требований, следующих СП и других нормативных документов:

• СП 430.1325800.2018, «Монолитные конструктивные системы».
• СП 63.13330.2018, «Бетонные и железобетонные конструкции».
• СП 22.13330.2016, «Основания зданий и сооружений».

Перед тем, как чертежи поступают на строительную площадку, они проходят экспертизу на предмет соответствия принятых решений требованиям перечисленных выше нормативов, что обеспечивает безопасность будущего капитального сооружения, при условии следования подрядчиками проектной документации.

Размеры

ГОСТ 28737-2016 содержит всю основную информацию относительно размеров балок, форм их сечения, маркировки, материалов, требований приемки, а также методов контроля качества и условий хранения и перевозки.

Классификация

Сборные и монолитные фундаментные балки классифицируются по типу конструкции, месту установки, а также по наличию и количеству арматуры, обеспечивающей работу несущего элемента на растяжение и на изгиб в пролёте под действием эксплуатационных нагрузок. Далее приводится подробная классификация данных конструктивных элементов фундаментов зданий.

По типу конструкции

По типу конструкции балки бывают:

• Сборные, трапециевидные – БФ-1 (ширина нижнего основания поперечного сечения в виде трапеции 160, верхнего – 200 мм), БФ-5 (нижнее основание – 240 мм, верхнее – 320 мм), БФ-6 (низ – 240 мм, верх – 400 мм).
• Сборные, тавровые – БФ-2 (нижнее основание – 160 мм, верхнее – 300 мм), БФ-3 (нижнее основание – 200 мм, верхнее – 400 мм), БФ-4 (нижнее основание – 200 мм, верхнее – 520 мм), то есть, меняется ширина полки тавра изделия.
• Монолитные – прямоугольные, трапециевидные, тавровые, произвольной конфигурации поперечного сечения в зависимости от особенностей рабочего проекта и результатов расчёта конструкции.

По месту установки

По месту установки различают:

• Пристенные – устанавливаются по линии наружного периметра здания, предназначены для опирания ненесущих ограждающих конструкций для закрытия тёплого контура сооружения.
• Связные – являются частью несущих конструкций фундамента, имеют жёсткие узлы сопряжения с ним. Предназначены для перераспределения изгибающих моментов и перерезывающих сил, предотвращения разности осадок, крена подошвы, обеспечения пространственной жёсткости всего сооружения.
• Рядовые – вспомогательные конструкции, которые укладываются между главными рандбалками, опирающимися на фундаменты.

  Закладываются в проект для опирания стеновых конструкций и перегородок, расположенных за пределами главных строительных осей, а также для усиления несущей способности каркаса капитального сооружения.

• Ребристые – переформированные рандбалки, устройство которых позволяет беспрепятственно прокладывать под зданием внутренние инженерные сети от точки ввода до места предполагаемого разбора поставляемых энергоресурсов потребителями.

По армированию

По армированию есть 2 разновидности:

• Преднапряжённые – большепролетные сборные железобетонные конструкции с самой высокой несущей способностью. Армируются тросами и стержнями с периодическим профилем, которые предварительно натягиваются на специальном вытяжном стенде в заводских условиях.

  После бетонирования балки и снятия напряжения, арматура плотно обжимает конструкцию, обеспечивая предварительное отрицательное напряжение в бетоне, а также незначительный обратный выгиб балки, что увеличивает прочность и сопротивляемость деформациям изделия при его эксплуатации в проектном положении под нагрузками.

• С обычным армированием – рандбалка может быть, как сборной, так и монолитной. Внутри изделия расположен арматурный каркас из стержней и хомутов, которые не подвергаются предварительному напряжению, что сказывается на приемлемой стоимости конструкции, но такие балки отличаются более низкой прочностью и несущей способностью.

По конструкции опорных узлов

По конструкции опорных узлов:

• Шарнирные узлы – сопряжение рандбалки с отдельно стоящим фундаментом осуществляется через площадку опирания, либо через закладную деталь на сварке.

  Такие изделия практически не участвуют в работе каркаса, так как в точку опоры приходит нулевой момент.

• Жёсткие узлы – сопряжение балки осуществляется через арматурные выпуски с последующим омоноличиванием площадки опирания.

  Перераспределение внутренних усилий обеспечивает совместную работу фундаментов и рандбалок, а также других конструктивных элементов каркаса сооружения.

Правила монтажа

Монтаж железобетонных фундаментных балок – это сложный технологический процесс, при выполнении которого нужно обязательно придерживаться следующих требований и правил.

Сборные железобетонные изделия

Монтаж сборных ЖБИ изделий:

1. Укладываются опорными частями на заранее подготовленные площадки на основных фундаментах здания.
2. Перед монтажом рандбалок проводится геодезическая разбивка реперных точек и установочных осей данных пролётных элементов.
3. Площадка опирания должна быть полностью очищена от наплывов бетона, грязи и пыли.
4. При монтаже ЖБИ, осевые риски на них, нанесённые в центре тяжести узла сопряжения, должны полностью совпадать с реперными точками на фундаментах, на которые опираются пролётные элементы.
5. Сборные рандбалки укладываются на постель из жёсткой цементно-песчаной смеси с подвижностью П1 и менее, толщиной от 10 до 20 мм.
6. При устройстве готовых конструкций заводского изготовления, требуется использование металлической траверсы, монтажных строп, а также грузоподъёмного оборудования.
7. В случае укладки нескольких балок в одну линию в створе, между ними выдерживается расстояние не менее 20 – 30 мм для обеспечения компенсации возможных линейных температурных расширений готовой части сооружения во время эксплуатации.
8. В случае, если каркас сооружения монтируется на обводнённом участке или в паводковый период, перед укладкой рандбалок в проектное положение, требуется устройство строительного водопонижения.
9. Если на рандбалках предусмотрены закладные детали, после монтажа, контактная плоскость обваривается по всему периметру для обеспечения надёжного шарнирного соединения.

Монолитные рандбалки

Монтаж монолитных рандбалок:

1. Устраиваются в соответствии с чертежами индивидуального рабочего проекта.
2. Могут иметь шарнирное (через площадку опирания) или жёсткое (через арматурные выпуски) сопряжение с фундаментами здания.
3. Заливаются из жидкого бетона класса В15 и выше, согласно расчёту и спецификации к проекту).
4. Армируются по расчёту, стальной каркас состоит их продольных рабочих, конструктивных поперечных и распределительных стержней. В качестве поперечной арматуры могут использоваться готовые гнутые хомуты. Класс арматуры – А500с и А240с.
5. В зимнее время требуется устройство электрического кабеля ПНСВ и подключение ТМО для прогрева бетона.
6. После устройства арматурного каркаса и заливки бетона, весь объём рандбалки подвергается тщательному вибрированию и уплотнению.
7. Снятие опалубки осуществляется не ранее, чем на 3 сутки после укладки бетонной смеси в конструкцию.
8. Набор прочности продолжается до 28 суток, но первые монтажные операции можно производить через 10 – 15 дней после заливки, при наличии такого указания в листе общих данных к рабочему проекту.
9. После разопалубливания, готовая конструкция должна быть обследована, при необходимости, подвергнуться локальному ремонту, после чего устраивается гидроизоляция рандбалки.

В случае неправильного монтажа, перекоса балок или формирования ненадёжного узла сопряжения, прочность и несущая способность конструкции обеспечиваются не полностью, что часто приводит к аварийным ситуациям и дорогостоящим ремонтным работам каркаса сооружения.

Заключение

Фундаментные балки – это несущие конструкции, которые опираются на отдельно стоящие фундаменты под колонны, пилоны или другие несущие элементы каркаса возводимого капитального сооружения.

Предназначены для опирания ненесущих наружных ограждающих или внутренних стен и перегородок без контакта с грунтовым основанием, а также для обеспечения совместной работы отдельно стоящих фундаментов.

Могут быть сборными и монолитными, изготавливаются на заводе, по типовой серийной документации или отливаются непосредственно на строительной площадке, в соответствии с чертежами рабочего проекта.