Как вяжется арматура для фундамента: способы, схемы, нормы и правила вязки для начинающих

Содержание

технология, правила, схема + фото

Арматура в фундаменте выполняет важную роль — не позволяет конструкции разрушаться при изгибе. Для соединения стержней между собой можно воспользоваться одним из двух методов: вязка или сварка. Первый способ наиболее предпочтителен, хоть и требует больших трудозатрат. Чтобы грамотно выполнить вязание арматуры нужно ознакомиться с технологией выполнения работ.

Содержание статьи

Правила и схемы вязки

Соединение стержней между собой таким методом можно выполнять тремя способами: пистолетом, крючком или плоскогубцами. Первый вариант позволит сделать все без лишних трудовых и временных затрат, но потребует наличия специальной техники и способности обращения с ней.

Крючок для вязки арматуры.

Для вязки арматуры используют вязальную проволоку. Хомуты нужно выбирать в соответствии с ГОСТ «Проволока стальная низкоуглеродистая общего назначения. Технические условия». Материал должен пройти обработку обжигом, которая позволит увеличить гибкость и упростить работу по вязке каркаса из арматуры. При этом прочность хомутов для соединения не уменьшается, что позволяет не беспокоиться о надежности. При диаметре арматуры для фундамента не более 16 мм рекомендуется применять проволоку сечением 1,2-1,4 мм. Хомуты меньшего размера не смогут гарантировать прочность соединения, поэтому их складывают в несколько раз. При этом важно помнить, что чем толще проволока, тем сложнее ее будет изогнуть.

При работе со специальным пистолетом проблем не возникает, но при частном домостроении к его помощи прибегают редко. Чаще строители выбирают вязальные крючки. Чтобы выполнить соединение нужно действовать по следующей схеме:

  1. Подготавливаются исходные материалы. В данном случае необходимо нарезать вязальную проволоку на части длинной 20-25 см каждая и сложить их вдвое.
  2. Проволоку слегка изгибают и подводят диагонально под пересечение прутков, которые нужно соединить.
  3. Крючок для вязки арматуры заводят в петлю, образовавшуюся при складывании проволоки пополам. Инструментом также зацепляют и второй конец крепежной детали. Для того чтобы конец не соскочил с крючка, его загибают. При этом продевать проволоку через петлю не нужно.
  4. Крючок вращают по часовой стрелке, закручивая тем самым проволоку (петлю и концы) до упора. Важно контролировать усилие, чтобы проволока не повредилась и не порвалась. Чтобы соединение было надежным достаточно ограничится тремя-четырьмя оборотами.
  5. После выполнения соединения нужно аккуратно вытянуть крючок из петли и переходить к следующему участку.

Схема вязки арматуры.

Такая технология применяется при необходимости соединить два стержня расположенных перпендикулярно друг другу. Особенно много таких участков в плитных фундаментах, где армирование производится сетками.

Могут возникнуть сложности при использовании гладкой арматуры класса А240. В данном случае хомуты могут свободно передвигаться, что приводит к снижению надежности соединений и смещению узлов сетки. Нормативные документы не рекомендуют применять для несущих конструкций стержни ниже класса А240, поэтому при соблюдении норм, таких проблем не возникает.

Чтобы упростить работу можно изготовить шаблоны для вязки. Эти элементы работают по принципу верстаков. Для изготовления берут деревянные заготовки шириной 30-50 см и длиной до 3 метров. На них просверливают пазы и отверстия, в которых позже будут зафиксированы стержни. Заранее потребуется разложить отрезки вязальной проволоки.

Подробнее о способах соединения арматуры читайте здесь.

Вязка арматуры для ленточного фундамента

При армировании конструкции важно соблюдать все требования. Ленту следует усиливать каркасами. Схема включает в себя следующие виды армирования:

  • Рабочее. Принимается в зависимости от поперечного сечения фундамента и нагрузки на него. Для частных домов назначается только исходя из размеров ленты. Общая площадь сечения стержней вычисляется как 0,1% от поперечной площади армируемой конструкции. При этом важно учитывать минимальное значение, которое для ленты с длиной стороны менее 3 м составляет 10 мм, а для остальных случаев 12 мм.
  • Поперечное конструктивное. Минимальный диаметр составляет 6 мм.
  • Вертикальное конструктивное. При высоте ленты менее 80 см должно быть не менее 6 мм, в остальных случаях — 8 мм.

При укладке каркаса учитываются правила по защитному слою арматуры, который согласно «Пособию по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения» принимается равным:

  • 40 мм для рабочего армирования при наличии бетонной подготовки, 70 мм при ее отсутствии;
  • 35 мм для конструктивного армирования при наличии бетонной подготовки, 65 мм при ее отсутствии.

Сборку каркаса ленточного фундамента можно выполнять двумя способами: в котловане или траншее и на поверхности. Проще всего контролировать точность и качество соединений при втором методе. После того, как все элементы армирования будут соединены, каркас опускают в выемку и устанавливают в проектное положение. При работе важно учитывать минимальный нахлест стержней при соединении по длине, который составляет 20 диаметров арматуры, но не менее 250 мм. Важно предусмотреть дополнительное усиление на углах ленты. Существует несколько схем для выполнения таких соединений (внахлест, с использованием дополнительных деталей), при этом шаг поперечного армирования уменьшают вдвое.

Одна из возможных схем армирования угла ленточного фундамента.

Подробнее о том как правильно армировать ленточный фундамент читайте здесь.

Вязка арматуры для плиты

Плитный фундамент согласно упомянутому выше пособию армируют из такого расчета, чтобы общее сечение арматурных стержней в одном направлении составляло 0,3% от площади сечения плиты, диаметр стержней не менее 10 мм (12 мм при длине стороны более 3 м). При этом важно учитывать высоту конструкции. Если она составляет 150 мм и менее, то вяжут одну сетку, в остальных случаях потребуется уложить армирование в два ряда, предусмотрев между ними вертикальные хомуты.

Работу по сборке арматурного каркаса выполняют в следующей последовательности:

  • Проверяют соответствие формы для заливки (опалубки) проектным размерам. Она должна быть установлена с соблюдением привязки к осям.
  • Укладывают первый ряд армирования в одном направлении. Чтобы обеспечить защитный слой бетона используют специальные пластиковые фиксаторы. При необходимости наращивания арматуры по длине учитывается минимальный нахлест, который составляет 40 диаметров стержней. Перпендикулярно уложенным прутам устанавливают поперечные, которые не отличаются от первых по шагу и диаметру. Выполняют соединение перекрестий методом вязки.

    Специальный пластиковый стакан обеспечивает защитный слой.

  • Расставляют подставки, которые будут держать второй ряд армирования. Такие элементы имеют множество названий, самые распространенные из которых «стульчик», «столик», «лягушка» и «паук».

    Паук из арматуры диаметром 8 мм.

  • Верхнюю сетку изготавливают так же, как и нижнюю. По торцам плиты необходимо связать П-образные хомуты. В зависимости от материала изготовления стен нужно армировать места их опирания. Чаще всего если стена дома  или цоколя изготавливается из монолитного бетона, то в фундаменте предусматривают выпуски арматуры. В местах повышенной нагрузки от стеновых ограждений также стоит уменьшить шаг стержней рабочего армирования. Чаще всего его уменьшают в два раза. Это значит, что если по всей ширине плиты предусмотрена укладка стержней через каждые 20 см, то под стенами их устанавливают через каждые 10 см.

    С торцов плита армируется П-образными хомутами.

Подробнее о том как правильно армировать плитный фундамент читайте здесь.

Вязка арматуры ростверка

Технология здесь схожа с ленточным фундаментом. Отличие лишь в том, что потребуется изменить схему армирования в узлах сопряжения ростверка и отдельно стоящей опоры. Железобетонный ростверк может устанавливаться для различных фундаментов:

  • железобетонных столбчатых;
  • буронабивных свай;
  • винтовых свай.

Во всех случаях закрепление ленты и опоры выполняется с помощью выпуска арматуры. При этом каркас вяжут так, чтобы два прута соединяли сваю с нижним поясом, а два с верхним. Присоединение только к нижнему ряду — неправильное. Армирование на углах и местах примыкания стен выполняется так же, как для ленточной конструкции.

Схема правильного армирования узла сопряжения ростверк/свая.

Подробнее как правильно армировать железобетонный ростверк здесь.

Если изготовление каркаса выполняется не самостоятельно, а приглашается бригада строителей, недобросовестные работники могут предложить заменить вязку сваркой. Соглашаться на это не стоит. Эта попытка снизить трудоемкость процесса и повысить скорость производства работ может привести к снижению прочности стержней в местах соединения и преждевременной коррозии арматуры.

Совет! Если вам нужны строители для возведения фундамента, есть очень удобный сервис по подбору спецов от PROFI.RU. Просто заполните детали заказа, мастера сами откликнутся и вы сможете выбрать с кем сотрудничать. У каждого специалиста в системе есть рейтинг, отзывы и примеры работ, что поможет с выбором. Похоже на мини тендер. Размещение заявки БЕСПЛАТНО и ни к чему не обязывает. Работает почти во всех городах России.

Если вы являетесь мастером, то перейдите по этой ссылке, зарегистрируйтесь в системе и сможете принимать заказы.

Хорошая реклама

Читайте также

Вязка арматуры под ленточный фундамент – схемы армирования и виды арматуры

Надежность и долговечность любого сооружения, построенного на ленточном фундаменте, зависит от нескольких факторов, главным из которых является прочность самого фундамента. При этом важную роль в прочности фундамента играет его правильное армирование, так как арматура является «силовым скелетом» основания. О правильной вязке арматуры под ленточный фундамент мы поговорим в этой статье.

Часто будущие владельцы домов задают вопрос, можно ли заливать фундамент без арматуры. Такие вопросы возникают из-за желания экономии, и они вполне обоснованы. Но необходимо учитывать, что бетон хорошо воспринимает нагрузки на сжатие, но плохо переносит нагрузки, направленные на растяжение и изгиб. Напротив, арматура работает на растяжение, поэтому бетон и арматура удачно дополняют друг друга. Только совместная работа этих двух элементов позволяет основанию стать монолитным и крепким.

Для удовлетворения требований по безопасности, фундаментные конструкции должны иметь такие начальные характеристики, чтобы при различных расчетных воздействиях в процессе строительства и эксплуатации были исключены разрушения любого характера или нарушения эксплуатационной пригодности. В зависимости от нагрузок, каждый фундамент отличается прочностью, закладываемой на этапе проектирования. На это влияет два параметра – вид бетона и вид арматуры. Поговорим подробнее про арматуру.

Виды арматуры для фундамента

В соответствии со сводом правил СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения», для армирования железобетонных конструкций следует применять отвечающую требованиям соответствующих стандартов или утвержденных в установленном порядке технических условий арматуру следующих видов:

  • горячекатаную гладкую и периодического профиля с постоянной и переменной высотой выступов (кольцевой и серповидный профиль соответственно) диаметром 6-50 мм;
  • термомеханически упрочненную периодического профиля диаметром 6-50 мм;
  • холоднодеформированную периодического профиля диаметром 3-16 мм;
  • арматурные канаты диаметром 6-18 мм.

Арматурный каркас представляет собой металлический скелет, состоящий из продольных прутьев, проходящих вдоль фундамента, и поперечных прутьев-хомутов, поддерживающих продольные прутья в правильном пространственном положении.

Различают два вида арматурных каркасов – сварные и вязаные. Сварные каркасы изготавливают в заводских условиях с применением технологии сварки, не допускающей ослабления арматуры. В полевых условиях использовать сварку не рекомендуется, так как сварные швы ухудшают физико-механические свойства металла в районе шва, что может привести к разрушениям и потери целостности металлического каркаса.

Вязаный арматурный каркас сооружается на месте. Рабочая продольная арматура связывается с поперечной при помощи тонкой стальной проволоки, которая надежно фиксирует прутья в правильном положении.

Рабочая продольная арматура определяется расчетом, а для одноэтажных зданий и временных сооружений назначается конструктивно, не менее 0,1% от площади поперечного сечения фундамента. Диаметр арматуры для ленточного фундамента должен составлять при длине здания:

  • до 3 м – не менее 10 мм;
  • более 3 м – не менее 12 мм.

В качестве продольной арматуры используют рифленые пруты, т.к. они имеют большую прочность и способны лучше сопротивляться изгибающим усилиям.

Поперечная арматура назначается конструктивно, диаметром 6 мм при высоте фундамента до 80 см, в других случаях ставят арматуру диаметром 8 мм. Диаметр поперечной арматуры не должен быть меньше четверти диаметра продольной арматуры. Шаг конструктивной арматуры составляет 30-80 см. В качестве поперечной арматуры подойдут обычные гладкие пруты, т.к. они не несут на себе нагрузку, а только поддерживают продольные прутья в правильном положении.

Альтернативой традиционной стальной арматуре является композитная арматура, появившаяся не так давно. К ее достоинствам можно отнести следующие факторы:

  • Цена. Арматура из стекловолокна дешевле стального прута.
  • Легкость и прочность. Несмотря на то, что вес стекловолоконных прутьев намного ниже, чем стальных, их прочность примерно в 3 раза выше.
  • Стойкость к коррозии и долговечность. Стекловолокно не подвержено коррозии, поэтому срок службы таких элементов не ограничен.
  • Композитная арматура не намагничевается и не создает помех радиоволнам.

Как правильно армировать ленточный фундамент

Для совместной работы бетона и арматуры необходимо четко следовать правилам и схеме армирования ленточного фундамента, изображенной на рисунке ниже:

  • размеры фундамента должны позволять свободно и правильно разместить арматурные каркасы;
  • в арматурном каркасе должно быть не менее четырех продольных прутьев;
  • рабочие стержни необходимо располагать с таким расчетом, чтобы обеспечить совместную работу арматуры и бетона, правильную стыковку арматуры и заливку фундамента;
  • необходимо обеспечить требуемый защитный слой бетона, чтобы обеспечить сохранность арматуры от воздействий окружающей среды, для фундаментов он должен быть не менее 5 см;
  • продольную стыковку арматуры нужно проводить внахлест, длина его должна составлять не менее 60 диаметров арматуры и не менее 25 см;
  • расстояние между продольными хомутами должно быть в пределах 30-80 см;
  • при плотном расположении арматуры нужно использовать бетон с мелкими заполнителями.

Армирование углов и мест примыкания ленточного фундамента

Как правило, последовательность сборки арматурного каркаса фундамента состоит из последовательной сборки прямых участков и связи их в углах фундамента и в местах примыкания внутренних перегородок. На эти участки стоит обращать особенное внимание, так как основные изгибающие и скалывающие напряжения возникают здесь.

Армирование углов ленточного фундамента и мест примыкания стен проводят при помощи жестких лапок, Г и П-образных хомутов.

При использовании жесткой лапки, напоминающей кочергу, длиной не менее 35d рабочего стержня, гнутая часть арматуры располагается таким образом, чтобы внешние стержни в обоих направлениях были соединены, а внутренние стержни привариваются к внешним прутьям. Этим способом можно избежать распространенной ошибки при армировании– отсутствия связи между внешними и внутренними стержнями. В местах изгиба с внутренней стороны ставится вертикальная арматура.

Принцип установки Г-образного хомута аналогичен, только вместо лапки используют гнутый стержень стороной не менее 50d рабочей арматуры. Здесь также внутренние стержни одного направления соединяются с внешними прутьями другой стороны. Хомуты П-образной формы позволяют соединять параллельные внешние и внутренние стержни в одном направлении соединить к перпендикулярно расположенному внешнему стержню в другом направлении. На углах фундаментов применяют два таких хомута, на местах примыкания стены только один.

Наглядно схемы примыкания углов и стыков арматуры показаны на схемах ниже:

Здесь возникает вопрос, как правильно гнуть арматуру для фундамента. Для этого используют специальное приспособление — арматурогиб, состоящее из трех стержней разного диаметра, жестко закрепленных на устойчивое, преимущественно стальное основание. Такое приспособление можно изготовить самостоятельно, либо приобрести в магазине.

Правильная вязка арматуры

Вязка арматуры процесс трудоемкий, требует знаний и навыка, а также специальных приспособлений – вязального пистолета или крючка. Вязальный пистолет вещь удобная, но дорогостоящая, поэтому покупать его для монтажа одного фундамента нецелесообразно. Также можно взять такой инструмент в аренду, либо использовать один с соседями по стройке.

Вязальный крючок продается нескольких видов и легко изготавливается своими руками.

Для вязки арматуры под ленточный фундамент используется отожженная проволока диаметром 0,8-1,4 мм.

Различают схемы вязки при продольном соединении арматуры внахлест и перекрестном соединении двух перпендикулярно расположенных стержней. Применяют различные способы вязки, наиболее эффективными являются: двухрядные, крестовые и мертвые узлы.

Необходимо проследить, чтобы вязальная проволока находилась в углублении профиля арматуры. Продольное соединение внахлест осуществляется вязкой как минимум в 3-5 местах.

Наглядно процесс вязки арматуры показан на видео:

Технологически грамотное армирование ленточного фундамента позволит избежать ошибок, а главное достичь максимальной надежности всего основания, так как от этого зависит долговечность всего сооружения.

Помогла статья? Оцените ее

 

технология и схема, как подготовиться, какие инструменты необходимы

Армирующий каркас в плитном фундаменте служит для обеспечения жесткости конструкции, на которую воздействуют в процессе эксплуатации сжимающие и растягивающие силы.

Собранный по правилам СП 52-101-2003 каркас увеличивает прочность основания в 10 раз.

В статье обсудим, как правильно как правильно вязать арматуру для фундамента из плит, как подготовиться к процессу, из каких этапов состоит, а также все тонкости технологии.

Вязка или сварка?

Чтобы обеспечить повышенную прочность плитного основания, арматурные прутки собирают в силовую конструкцию несколькими способами:

  1. Связывают стержни и фрагменты решетки вязальной проволокой. Для придания пластичности проволока дополнительно обжигается. При соединении деталей используют специальный стальной крючок.
  2. Фиксируют элементы силового каркаса методом применения электрического тока. В бытовых условиях сварку ведут традиционным способом, промышленных – используют контактную точечную сварку.

Методы фиксации проволокой и сваркой характеризуются своими преимуществами и недостатками, что, в свою очередь, предопределяет отсутствие единого мнения у мастеров.

Так, достоинства вязки следующие:

  • сохраняет структура и прочность металла по всей длине стальных элементов;
  • себестоимость работ выходит гораздо ниже, чем использование электродов.

Основные недостатки технологии связывания армирующего каркаса:

  • подвижность конструкции создает сложности в процессе сборки;
  • монтаж требует значительных временных и трудовых затрат.

Преимущества сварных армирующих каркасов:

  • жесткость соединений;
  • высокая скорость сборки;
  • практичность методики.

Недостатки метода фиксации каркаса сваркой:

  • потребность в источниках электрического тока и сварочного аппарата;
  • высокая вероятность пережога металла и снижение прочности стали в местах сварки.

С учетом неоднозначности в эффективности обоих методов на практике придерживаются следующих рекомендаций:

  1. Для строительства многоэтажных домов, которые будут оказывать значительную нагрузку на фундамент, используют метод сварки. К работе привлекают высококвалифицированных сварщиков, чтобы снизить риск возможности пережога металла в местах соединений.
  2. В частном домостроение армирующий каркас монтируют с применением вязальной проволоки. Метод выгодно отличается простотой сборки без применения дорогостоящего оборудования, а также отсутствием повышенного напряжения в местах стыковки элементов.

Правила вязки

Вязать арматуру для силового каркаса можно несколькими способами:

  1. Ручная вязка стальным крючком и кусачками.
  2. Полуавтоматическая вязка специальным крючком, который может находится в реверсивном движении.
  3. Автоматический способ с применением пистолета или шуруповерта с насадкой для вязания проволоки.

Занимаясь частным домостроением, собственник может заказать готовый армокаркас на специализированном предприятии.

Несмотря на высокое качество сборки готовой конструкции, при этом возникают дополнительные расходы, связанные с ее доставкой на стройплощадку. Поэтому строителю целесообразно разобраться с технологией и самому выполнить все работы.

Подготовка

Мероприятия, которые следует выполнить перед началом вязки:

  1. Расчет суммарных нагрузок на фундамент.
  2. Разработка чертежа и рабочего эскиза армокаркаса.
  3. Выбор оптимальной марки арматурных стержней (от класса стали и диаметра стержней зависит допустимый угол изгиба).
  4. Определение потребности в количестве арматуры (расчет проводится по схеме вязки).
  5. Подготовка инструментов для вязания.

Для армокаркаса плитного фундамента используют рифленые стержни диаметром 10–14 мм. Создание чертежа лучше доверить специалистам, которые учтут нагрузки и предусмотрят усиление важных участков с учетом процента армирования и прочности бетона.

Укладка арматурной сетки

При укладке силовой конструкции для плиты соблюдают следующие требования:

  1. Арматуру укладывают в двух направления, формируя квадратные ячейки с максимальным размером 300 на 300 мм. Шаг ячейки уменьшается под несущими стенами. В центральной части размер ячейки может быть максимально большим (до 0,3% армирования).
  2. Фрагменты сетки размещают предельно близко к нижней и верхней граням, учитывая 30 мм защитного слоя.
  3. Стержни сеток по торцам соединяют между собой П-образными хомутами.
  4. В местах стен и колонн оставляют выпуск вертикально арматуры для усиления конструкции.

Технологические этапы и схема вязки армирующего каркаса

Порядок действий зависит от метода вязания элементов. Алгоритм операций при ручной вязке будет следующим:

  1. Укладывают продольные и поперечные арматурные стержни на рабочей площадке.
  2. Нарезают заготовки длинной от 15 до 20 см из вязальной проволоки.
  3. Сгибают заготовки по центру.
  4. В узле стыковки арматурных стержней диагонально размещают согнутую проволоку.
  5. В сформированную петлю продевают крючок.
  6. Втягивают концы проволоки в петлю.
  7. Проворачивают крючок, добиваясь необходимой силы затяжки.

Выполняя затяжку, мастер должен контролировать усилие, чтобы не допустить обрыв проволоки.

Особенности процесса и инструмент

Нюансы вязания армокаркаса:

  1. При толщине монолитной плиты от 150 мм формируют силовую конструкцию из двух ярусов решетки, соединенных между собой вертикальными прутками.
  2. При толщине плиты менее 150 мм размер ячейки может быть в пределах от 200 на 200 до 400 на 400 мм.
  3. Для жесткого соединения элементов используют отожженную проволоку.

Выбор инструмента для вязания силовой конструкции подбирается индивидуально:

  1. Для разового монтажа используют вязальный крючок (покупной или самодельный), кусачки, круглогубцы. Если есть возможность, применяют реверсивный инструмент.
  2. Для изготовления армокаркаса в промышленных масштабах используют автоматический пистолет.

Сварочные работы

Для обеспечения прочности соединений для сборки армирующего каркаса методом точечной сварки используют рифленую проволоку класса А400С и А500С диаметром до 25 мм.

Технология монтажа предполагает следующую последовательность операций:

  1. Нарезание заготовок нужной длины.
  2. Сборка элементов в одной плоскости, начиная с легкой прихватки и доводя до окончательной фиксации.
  3. Монтаж заготовленных частей в единую силовую конструкцию, соблюдая проектные расстояния по чертежу.
  4. Проверка соответствия размеров пространственной рамы.

Сварщик должен грамотно подобрать силу тока для работы, чтобы не допустить перегрев металла, в результате чего его структура может измениться, а прочностные качества всей конструкции снизятся.

Полезное видео

О деталях вязки арматуры для плитного фундамента смотрите в видео:

Армирование ленточного фундамента: схема, расчеты

Все строители знают, что армирование ленточного фундамента – необходимый этап возведения зданий, благодаря которому удается добиться нужных характеристик прочности, надежности, стойкости ко внешним воздействиям, существенно продлить срок службы. Тандем бетона и металла гарантирует наилучшие свойства, которые не может обеспечить ни один из этих материалов по отдельности.

Ленточный фундамент наиболее популярен в индивидуальном строительстве жилых зданий, так как обходится сравнительно недорого, предполагает небольшой расход материалов, быстрое и простое строительство. Но без усиления фундамента конструкция данного типа не будет обладать нужными свойствами и не прослужит долго. Поэтому упрочнение нужно делать обязательно, все работы можно осуществить своими руками.

Требования к бетону

Правильная армировка должна выполняться с использованием наиболее качественных материалов. Марка и класс бетона подбираются в соответствии с нужными показателями. Основные свойства прочности бетонных конструкций – это растяжение (Rbt,n), поперечный излом и осевое сжатие (Rb,n). Могут браться в расчет поправочные коэффициенты надежности в пределах от 1.0 до 1.5.

Требования к арматуре

Чтобы понять, какая арматура нужна для ленточного фундамента, необходимо выполнить расчеты и рассмотреть основные виды материала. Для выполнения работ используется механически упрочненная, горячекатанная строительная термически обработанная арматура. Класс выбирают по максимальным нагрузкам, учитывая характеристики на растяжение, пластичность, свариваемость, стойкость к коррозии, способность выдерживать температурные перепады и т.д.

Основные марки прутьев: стержневая горячекатанная (А), проволочная холоднодеформированная (Вр), канатная очень прочная (К). Для каркасов фундамента выбирают прутья класса по пределу текучести А400 (АIII) с серповидным рисунком по типу «елочки».

Правильное армирование предполагает использование таких видов стержней:

  • Рабочие – для укладки по периметру
  • Поперечные вертикальные
  • Поперечные горизонтальные (хомуты)
  • Дополнительные – обычно вместо них используется вязальная проволока

Чтобы понять, какую арматуру лучше использовать, нужно помнить о некоторых правилах. Для усиления основания одно-, двухэтажных зданий и легких строений подойдут прутья диаметром 10-24 миллиметра. Прочностные характеристики более толстой (и намного более дорогой) арматуры задействованы вряд ли будут.

Стержни должны быть рифлеными, так как они обеспечивают прекрасную адгезию с бетонным раствором, их толщина должна четко соответствовать указанным в документах значениям. Гладкие прутья стоят дешевле, но они не позволят создать надежный и прочный армокаркас. Использовать их можно лишь в поперечных соединениях, где отмечена не очень большая нагрузка.

При создании каркаса ленточного фундамента на однородной почве можно выбрать материал диаметром 10-14 миллиметров, на неоднородной – лучше 16-24. Если сторона здания составляет больше 3 метров, рабочее армирование монолитного фундамента делают из стержней минимум 12 миллиметров, но не более 40.

Технология требует, чтобы горизонтальные хомуты по диаметру не были меньше, чем четверть рабочих прутьев – обычно берут 6 миллиметров. Вертикальные стержни для малозагубленных фундаментов в 80 сантиметров и меньше должны составлять минимум 6 миллиметров в сечении. Все продумав, можно определить, какой диаметр прутьев нужен для разных видов работ.

Требования к армированию

До того, как армировать, нужно определиться с тем, каких размеров будет каркас, выполнить чертеж, нарисовать схему всех работ и конструкций. Геометрические размеры фундамента должны быть такими, чтобы расположение арматуры было свободным. Бетонный слой полностью покрывает каркас, защищая его от внешних воздействий, коррозии.

Минимальные расстояния между прутьями должны быть достаточными для эффективной стыковки и соблюдения всех правил технологии. В работах используется исключительно качественная арматура, в соответствии со СНиП 3.03.01. Гибка прутьев выполняется с использованием специальных приспособлений. Радиус изгиба соответствует диаметру и физическим параметрам стержней.

Видео ручной станок для гибки арматуры

И еще одно полезное видео:

Видео как гнуть арматуру работа на самодельном станке

Расчет размера, количества и диаметра арматуры

Важно сразу знать, сколько нужно арматуры, чтобы сделать арматурный каркас надежным и прочным. Зная размеры постройки, можно все тщательно просчитать.

Стандартная конфигурация каркаса для небольших домов:

  • Нижний и верхний ряд пояса
  • 3-4 прута для каждого ряда
  • Актуальное расстояние между прутьями – около 10 сантиметров. Расстояние от стержней до краев основания должно быть минимум 5 сантиметров.
  • Пояса соединяют хомутами или отрезками стержней с шагом 5-30 сантиметров.

Так, если нужно возвести строение площадью 150 квадратных метров, периметр внешних стен составляет 50 метров. Чтобы высчитать количество арматуры, нужно учесть все: 2 пояса продольного ряда по 3 прута это 6 прутов, умножить на 50 метров, выходит 300 метров основных прутьев. Если укладка перемычек осуществляется с шагом 30 сантиметров, получается 167 штук на 50 метров. Длина перемычек поперечных 30 сантиметров (167х0.3=100.2 метра), вертикальных – 60 (167х0.6=200.4 метра).

Получается, что на вопрос о том, сколько арматуры нужно для упрочнения дома площадью 150 квадратных метров с периметром стен 50 метров, ответ таков: 300 метров толстых рифленых прутьев и 300.6 более тонких стержней. Плюс 10-15% на запас и стыковку.

Правила армирования ленточного фундамента

  • Рабочие стержни должны соответствовать минимум классу А400.
  • Сварка для соединения прутьев не используется из-за вероятности ослабления сечения элемента.
  • По углам каркас связывается, не сваривается.
  • Гладкую арматуру лучше не брать даже для хомутов.
  • Слой внешнего защитного бетона должен составлять минимум 4 сантиметра, что станет гарантией эффективной защиты от ржавчины.
  • В продольном направлении прутья в каркасе соединяют с нахлестом, равным минимум 25 сантиметрам и хотя бы 20 диаметрам стержней.
  • Нормы требуют, чтобы при частом расположении металлических прутьев заполнитель в бетонном растворе был не очень крупным и не застревал между прутьями.
  • Как правильно укладывать арматуру в траншею – это можно сделать двумя способами: создать каркас вне фундамента или прямо в траншее. Способы армирования практически равноценны, но для работы в траншее придется привлечь кого-то, в то время, как сооружение каркаса отдельно на объекте может исполняться самостоятельно.
  • Вязка осуществляется специальным крючком или вязальным станком.
  • Многие задаются вопросом, какая проволока идет на вязку – ответ прост: мягкая тонкая проволока не очень высокого уровня прочности. Ее нужно хорошо натягивать, прочный узел получается за 2-3 оборота крючка.
  • Напуск (расстояние от края прута до точки вязки) должен быть равным минимум 5 сантиметрам.
  • Все проволочные соединения должны быть максимально плотными, без свободного места между хомутами и каркасом, двигаться не должен никакой элемент.

Как вязать арматурную сетку самостоятельно

Нижеследующая пошаговая инструкция даст возможность узнать, как правильно сделать каркас и обеспечить фундаменту нужные свойства. Проще всего готовая арматура для ленточного фундамента вяжется на земле. Вне конструкции создаются прямолинейные участки сетки, а вот вязка углов осуществляется после опускания каркаса в траншею.

  1. Сначала нужно нарезать куски прутьев. Начинать вязку лучше с наиболее короткого участка фундамента, чтобы получить немного опыта. Резать нужно по минимуму, стараясь использовать всю длину рабочих прутов. Если в качестве примера взять ленточный фундамент шириной 40 сантиметров и высотой 120 сантиметров, то показатели получаются следующие.
  2. Со всех сторон металл заливается слоем бетона толщиной минимум 5 сантиметров. Чистые размеры каркаса по высоте – максимум 110 сантиметров, ширине – 30. Прибавляем для вязки по 2 сантиметра по обеим сторонам на нахлест. Получается, что заготовки для горизонтальных перемычек должны быть длиной около 34 сантиметров, вертикальных – около 144 сантиметров. Это для высоких фундаментов, но обычно используют основание высотой около 80 сантиметров.
  3. На ровную площадку кладут 2 прута, на расстоянии 20 см от торцов по обеим крайним сторонам вяжут горизонтальные распорки: складывают вдвое проволоку, просовывают под местом крепления и затягивают прокручиванием крючка.
  4. На расстоянии около 50 сантиметров по очереди крепят все горизонтальные распорки, конструкцию откладывают в сторону, делают еще одну такую же – это нижний и верхний каркасы, которые нужно связать вместе: приспособить упоры для обеих сеток между прутками и по вертикали по торцам по 2 распорки, прикрепить остальные куски. Аналогично нужно сделать со всеми прямыми участками конструкции.
  5. Потом на дно траншеи укладывают подкладки высотой минимум 5 сантиметров, устанавливают правильно боковые подпорки, сетку. Теперь нужно провязать каждый угол и стык, создав единый каркас. Нахлест торцов стержней должен быть равен минимум 50 диаметрам прутков.
  6. Дальше привязывают нижний поворот, крепят вертикальные стойки, к ним – верхний каркас. Потом по всем поверхностям опалубки нужно проверить расстояния, отступы, нахлесты в местах соединений, чтобы все было сделано правильно и четко.
  7. Соединение стержней по длине проблем обычно не вызывает, а вот крепление частей каркаса в углах нужно делать в соответствии с установленными нормами. Способов существует два: между двумя перпендикулярными конструкциями либо в точке примыкания стены к другой.

Технологии вязки углов:

1) Жесткое лапкой – в конце каждого прута под прямым углом вяжут лапку длиной минимум 35 диаметров стержня, соединяют загнутую часть к перпендикулярному участку. Так крепят внешние стержни каркаса стены с внешними прутами другой, в то время, как внутренние привариваются также ко внешним.

2) Г-хомуты – вместо лапки берут хомут длиной минимум 50 диаметров арматуры, одной стороной крепят к каркасу одной стены, вторую крепят с перпендикулярной. Внешние прутья соединяются с внутренними, шаг хомутов составляет ¾ высоты стены.

3) П-хомуты – для одного угла нужна установка двух П-образных хомутов длиной минимум 50 диаметров арматуры, каждый приваривают к одному перпендикулярному стержню и двум параллельным.

Примыкания создаются с использованием аналогичных способов крепежа.

Вязание арматуры при помощи специального приспособления – вязального станка

Чтобы создать этот инструмент, нужно взять несколько досок толщиной 20 миллиметров, отрезать 4 доски по длине арматуры, соединить по две на расстоянии, равном шагу вертикальных стоек, создав 2 одинаковых шаблона. Далее выполняют две вертикальные подпорки высотой, равной высоте сетки арматуры. Подпорки сооружаются с боковыми угловыми упорами, для работы лучше выбрать ровную площадку.

Приспособление используется так: на две сбитые доски устанавливаются ноги упоров, две верхние доски ставятся на верхнюю полку упоров, фиксируются. Все, макет арматурной сетки готов, теперь можно быстро вязать. Достаточно поставить на размеченные места вертикальные распорки арматуры, зафиксировав их гвоздями, прутки установить на каждую стальную перемычку, сделав так по всем сторонам каркаса. Далее берем крючок и проволоку – все, можно вязать. Такое устройство актуально там, где планируется создавать много однотипных секций сетки.

Видео как вязать арматуру при помощи приспособления

Как вязать армированную сетку в траншее

Работа в траншее сложнее, поэтому планировать все нужно загодя. На дно траншеи укладывают специальные приспособления или обычные камни на высоте минимум 5 сантиметров с шагом в ширину сетки. Камни выкладывают продольными стержнями, привязываются горизонтальные распорки. Пока прутки не станут в нужном положении, второй человек держит их за концы.

Осуществляется вязка арматуры с шагом между распорками шириной 50 см. Устанавливаем колышки и начинаем вязать монолитную конструкцию. Так делают на всех прямолинейных участках. Части каркаса к опалубке прикасаться не должны, должны находиться на расстоянии в несколько сантиметров от опалубки.

Потом вяжутся углы одним из нескольких существующих способов. Обязательно соблюдение длины нахлестов, с установкой вертикальных прутков. Часто стержни используют тут большего диаметра, повышая прочность материала. По завершении вязки заливается бетонный раствор в один заход, накрывается полиэтиленом, в процессе высыхания периодически поливается водой методом разбрызгивания.

Сваривание арматуры для армирования

В большинстве мест соединений лучше использовать вязку вместо сварки – готовая конструкция будет более прочной. Сварка возможна лишь при наличии аппарата и большого опыта, исключительно на прямолинейных участках.

Чтобы фундамент был действительно надежным, необходимо также позаботиться о правильности выполнения земельных работ под ленту, обустроив несколько слоев материалов (не только для основания и верха фундамента, но и заполняющие).

Практические советы

В местах, где нет большой нагрузки, можно осуществлять выбор арматуры в пользу прутков меньшего диаметра. Если от этого не страдает прочность, но удается понизить стоимость работ, такой вариант допускается. Решать, арматуру какого диаметра использовать в работе, стоит с учетом двух параметров: обеспечение достаточной прочности и стоимость работ, выбирая оптимальное соотношение цены и качества. В некоторых местах использование толстой арматуры просто не актуально, но покупка более дорогого материала существенно удорожит все строительство.

Раскладка каркаса в опалубке должна быть ровной. До того, как уложить конструкцию, необходимо тщательно проверить все размеры, исключить перекосы, деформации, несоблюдение параметров.

Видео армирование монолитных ленточных фундаментов неглубокого заложения

И еще одно видео:

Как правильно армировать ленточный фундамент своими руками

Правильный подбор арматуры и выполнение всех нормативных требований к организации процесса сделают армирование ленточного фундамента оправданным и эффективным этапом работы. Благодаря каркасу усиления удастся существенно улучшить прочностные характеристики здания, сделать его стойким к разным воздействиям и нагрузкам, надежным и долговечным.

Вязка арматуры монолитной плиты

Монолитные плиты, имеющие необходимую прочность, положительно зарекомендовали себя в качестве надежной фундаментной основы для различных строений. Технология изготовления разрешает использовать арматуру разных марок. Эксплуатационные характеристики фундамента зависят от толщины плитного основания и надежности силового каркаса. Арматурная сетка для плиты – ответственная конструкция, для которой используется стальной прут диаметром 10-14 мм и отожженная проволока. Для обеспечения долговечности основания важно понимать, как правильно вязать арматурную решетку.

Как правильно вязать арматуру для монолитной плиты – общие сведения

Существует принципиальная разница между плитами бетонными и железобетонными, используемыми в строительной сфере. Последние способны воспринимать значительные нагрузки за счет усиления бетонного массива с помощью арматурной решетки.

Плитный фундамент – важный элемент здания, состоящий из следующих составных частей:

  • песчано-щебеночной подушки, демпфирующей реакцию грунта;
  • марочного бетона, изготовленного по стандартной рецептуре;
  • силовой решетки, для изготовления которой можно взять арматурные стержни.

Надежность и долговечность фундаментной основы определяется качеством изготовления плиты, верхней части которой приходится воспринимать вес строения, а нижней – компенсировать реакцию почвы.

Для монолитной плиты вязка арматуры гораздо проще, чем для ленточного фундамента

Расположенная внутри бетонного массива силовая решетка из стальной арматуры выполняет ряд серьезных задач:

  • обеспечивает запас прочности фундамента;
  • предотвращает разрушение плиты и образование трещин;
  • воспринимает сжимающие нагрузки и изгибающие моменты.

Цельная плита представляет собой плавающий фундамент, обеспечивающий целостность строения при подвижках грунта. Конструкция обеспечивает устойчивость зданий на проблемных почвах при условии правильной вязки элементов арматурной решетки и использовании качественного бетона.При выполнении вязальных работ следует руководствоваться требованиями государственного стандарта, а также строительных норм и правил, регламентирующих особенности вязки.

Остановимся более детально на требованиях, предъявляемых к арматурной решетке и нюансах вязки:

  • для изготовления решетки используют ребристые прутья, обеспечивающие повышенное сцепление элементов;
  • формируют два яруса силовых решеток, соединенных между собой вертикальными прутьями при толщине бетона 15 см и более;
  • выполняют однослойное армирование решеткой с ячейками квадратного сечения размером от 20х20 см до 40х40 см при толщине плиты менее 15 см;
  • используют для жесткого соединения элементов арматурного каркаса отожженную проволоку, предназначенную для вязания арматуры.

Отвечая на вопрос об особенностях правильной вязки арматурных элементов, предназначенных для усиления монолитного фундамента, специалисты рекомендуют использовать следующие методы вязки:

Вязка арматуры начинается с покупки металла, количество которого сначала необходимо вычислить с минимально возможным запасом

  • ручной, обеспечивающие надежную фиксацию при минимальных затратах. Для соединения прутков необходимо приложить значительные усилия при выполнении работ кусачками или с помощью вязального крючка;
  • полуавтоматический, позволяющий выполнять увеличенный объем работ за счет применения специального реверсивного устройства. Вращение крючка происходит в результате возвратно-поступательного перемещения корпуса;
  • автоматический, предназначенный для ускоренной вязки арматуры на крупных промышленных объектах. Применение специального пистолета для вязания или шуруповерта с насадкой обеспечивает повышенную эффективность работ.

Выбор инструмента для вязания осуществляется индивидуально в зависимости от объема выполняемых работ:

  • для разовой сборки арматурной решетки подойдет вязальный крючок или реверсивное устройство;
  • при изготовлении арматурных каркасов в промышленных масштабах следует использовать автоматический пистолет.

При выполнении работ следует соблюдать ряд правил:

  • для обеспечения прочного соединения стержней правильно использовать вязальную проволоку с диаметром поперечного сечения 0,8-1,4 мм;
  • соединение отдельных стержней следует производить проволокой в участках их взаимного пересечения;
  • при закручивании проволоки следует прилагать усилие, обеспечивающее жесткую фиксацию арматурных стержней

Технология изготовление решеток способом связывания превосходит метод сварки арматуры, при котором возникает локальный перегрев и значительно снижается прочность.

По подбетонке прокладывается и вяжется сама арматура, которая потом соединяется в общий каркас

Выбор арматурных стержней необходимой марки и диаметра

Начинающие застройщики не всегда имеют правильное представление, какая арматура нужна для монолитной плиты. Планируя выполнить сборку арматурной решетки, следует ознакомиться с требованиями государственного стандарта.

Он классифицирует арматурные стержни следующим образом:

  • стержни с маркировкой А1, которые в соответствии с прежней классификацией обозначались А240, отличаются гладкой поверхностью;
  • прутки класса А2, соответствующие бывшей маркировке А300, имеют незначительные изменения профиля в поперечном сечении;
  • арматура с индексом A3 («рифленка»), которая ранее классифицировалась как А400, отличается профилем переменного сечения.

Для обеспечения надежной фиксации стержней следует применять арматуру с рифлениями. Диаметр арматурных прутков в поперечном сечении выбирается в интервале от 1 до 1,4 см в соответствии с предварительно разработанным эскизом.Чертеж арматурной решетки и все необходимые расчеты следует поручить специалистам, которые учтут все нагрузки на плиту и предусмотрят усиление проблемных участков с учетом процента армирования для конкретной марки бетона.

Для армирования применяют ребристую арматуру диаметром 12-16 мм, что обеспечивает лучшее сцепление

Как связать арматуру для монолитной плиты с соблюдением технологии

В зависимости от применяемого метода вязания изменяется последовательность действий по вязке элементов каркаса. Рассмотрим порядок операций при выполнении вязки вручную.

Он предусматривает следующие действия:

  1. Нарезку проволочных заготовок длиной 0,15-0,2 м.
  2. Сгибание вязальной проволоки по центру заготовки.
  3. Размещение диагонально в узле стыковки прутков.
  4. Продевание вязального крючка в сформированную петлю.
  5. Втягивание в петлю с помощью крючка проволочных концов.
  6. Проворачивание рабочего инструмента в петле до необходимой силы затяжки.

При ручном выполнении работ важно контролировать силу затяжки. Повышенные усилия при работе с инструментом ведут к обрыву проволоки.

Выполнение вязальных операций с помощью реверсивного приспособления предусматривает другой алгоритм:

  1. Введение крючка устройства в петлю.
  2. Осевое перемещение рукоятки на себя.
  3. Возврат ручки в начальное положение.
  4. Повторное проворачивание крючка путем подтягивания рукоятки.

При использовании автоматического пистолета для вязки отпадает необходимость в нарезке проволочных заготовок. Находящаяся на рабочем барабане проволока подается автоматически, что позволяет выполнять вязальные работы ускоренными темпами.

Вязка считается самым хорошим методом соединения прутов

Подготовка к вязке стержней для фундамента типа монолитная плита

Готовясь своими руками осуществить вязку арматурных стержней, следует выполнить подготовительные мероприятия:

  1. Рассчитать величину усилий, которые будут действовать на фундаментную основу. Это сложная задача, решение которой целесообразно доверить профессионалам.
  2. Подобрать марку арматурной проволоки и определить размер стержней в поперечном сечении.От класса и диаметра стержней зависит предельно допустимый угол их изгиба.
  3. Определить количество проволоки для сборки каркаса, а также рассчитать потребность в арматуре. При определении потребности следует руководствоваться схемой вязки.
  4. Определиться со способом выполнения вязальных операций.Следует своевременно подготовить соответствующий инструмент, а также проволоку для вязания.

До начала работ следует разработать чертеж или рабочий эскиз арматурного каркаса.

Каким способом укладывается арматурная сетка для плиты

При укладке арматуры важно обеспечить постоянное расстояние от арматурной решетки до бетонной поверхности, равное 3-5 см. Это позволит предотвратить коррозионное разрушение арматурного каркаса при капиллярном попадании влаги. Для обеспечения гарантированной толщины защитного слоя применяют специальные фиксирующие элементы, изготовленные из пластмассы или металлические подставки.

В местах пересечения прутьев и проводят обвязку

Порядок действий по укладке арматуры:

  1. Проверьте соответствие размеров опалубки.
  2. Уложите нижние элементы решетки на фиксаторы.
  3. Произведите укладку поперечной арматуры.
  4. Свяжите сетчатую решетку нижнего уровня.
  5. Закрепите к нижней сетке вертикальные прутки.
  6. Свяжите верхнюю сетку аналогично нижней решетке.

При недостаточной длине арматурных прутков выполняйте стыковку стержней с перехлестом, величина которого в 40 раз превышает диаметр их сечения. Так для арматурных прутков диаметром 10 мм величина перехлеста будет составлять 40х10 мм= 400 мм.

Технология вязки арматуры для плитного основания

При самостоятельном выполнении работ по сборке арматурной решетки у начинающих застройщиков часто возникает вопрос, как вязать арматуру для монолитной плиты.Технология сборки арматурной решетки для фундаментного основания монолитного типа несложная.

Общий порядок действий предусматривает выполнение следующих операций:

  1. Определение потребности в арматуре.
  2. Приобретение материала в необходимом количестве.
  3. Нарезка арматурных заготовок.
  4. Изготовление подставок.
  5. Монтаж продольных стержней нижнего яруса.
  6. Закрепление поперечных прутков на нижней сетке.
  7. Установка арматурных стоек.
  8. Привязывание к опорам элементов верхнего уровня.

Вязка необходима лишь в момент заливки, внутри бетонной конструкции после ее отвердевания она не несет никакой нагрузки

При выполнении работ следует обратить внимание на ряд моментов:

  • обеспечение минимальной величины защитного слоя;
  • размещение радиусных накладок в угловых участках;
  • соблюдение постоянного шага при укладке арматуры;
  • соединение прутков с перехлестом 0,4-0,65 м в зависимости от их диаметра;
  • обеспечение жесткой фиксации соединяемой арматуры.

В зависимости от общего количества участков стыковки прутков определяется метод выполнения работ.

Как вяжут арматуру – особенности процесса и инструмент

Независимо от метода вязки и применяемого инструмента, процесс фиксации стержней предусматривает:

  1. Охват вязальной проволокой зоны соединения прутков.
  2. Формирование петли вокруг стальных стержней.
  3. Затяжку проволочного узла с помощью ручного или специального инструмента.

Варианты инструмента для ручной затяжки следующие:

  • круглогубцы;
  • кусачки;
  • самодельный крючок;
  • ручное устройство реверсивного типа;
  • покупной крючок для связывания арматуры.

Ускорить выполнение работ позволит полуавтоматический и автоматический инструмент:

  • промышленный пистолет для фиксации стержней;
  • электродрель со специальной насадкой.

При выполнении работ любым видом инструмента важно контролировать усилие затяжки.

Как заливается раствором бетонная плита

При выполнении работ по бетонированию плиты следует обращать внимание на ряд факторов:

  1. применение качественного бетона;
  2. непрерывную подачу рабочего раствора;
  3. удаление воздушных включений;
  4. уплотнение бетонного массива.

Для нормального протекания процесса гидратации следует поддерживать в бетоне постоянную влажность. Для этого поверхность накрывают полиэтиленом и периодически увлажняют водой. После застывания выполняют демонтаж опалубки.

Подводим итоги

Прочностные характеристики фундаментной плиты зависят от качества сборки арматурного каркаса и правильного бетонирования. При самостоятельном выполнении работ следует разобраться, как связать арматуру для монолитной плиты. Важно использовать качественные материалы и определиться с методом вязки. Консультация профессионалов поможет избежать ошибок.

Введение в различные алгоритмы обучения с подкреплением. Часть I (Q-Learning, SARSA, DQN, DDPG) | Автор: Kung-Hsiang, Huang (Steeve)

Обычно установка RL состоит из двух компонентов: агента и среды.

Иллюстрация обучения с подкреплением (https://i.stack.imgur.com/eoeSq.png)

Затем среда относится к объекту, над которым действует агент (например, к самой игре в игре Atari), а агент представляет Алгоритм RL. Среда начинается с отправки состояния агенту, который затем на основе своих знаний предпринимает действие в ответ на это состояние.После этого среда отправляет пару следующих состояний и вознаграждение обратно агенту. Агент обновит свои знания с помощью награды, возвращаемой средой, чтобы оценить свое последнее действие. Цикл продолжается до тех пор, пока среда не отправит терминальное состояние, которое заканчивается эпизодом.

Большинство алгоритмов RL следуют этому шаблону. В следующих параграфах я кратко расскажу о некоторых терминах, используемых в RL, чтобы облегчить наше обсуждение в следующем разделе.

Определение

  1. Действие (A): все возможные действия, которые может предпринять агент.
  2. Состояние (S): текущая ситуация, возвращаемая средой.
  3. Награда (R): немедленный возврат из среды для оценки последнего действия.
  4. Политика (π): Стратегия, которую агент использует для определения следующего действия на основе текущего состояния.
  5. Стоимость (V): ожидаемая долгосрочная доходность с учетом скидки, в отличие от краткосрочного вознаграждения R. Vπ (s) определяется как ожидаемая долгосрочная доходность π политики раскола текущего состояния.
  6. Q-значение или значение действия (Q): Q-значение аналогично значению Value, за исключением того, что оно принимает дополнительный параметр, текущее действие a . Qπ (s, a) относится к долгосрочному возврату текущего состояния s , предпринимая действия a в соответствии с политикой π.

Без модели по сравнению с На основе модели

Модель предназначена для моделирования динамики окружающей среды. То есть модель изучает вероятность перехода T (s1 | (s0, a)) из пары текущего состояния s 0 и действия a в следующее состояние s 1 . Если вероятность перехода успешно изучена, агент будет знать, насколько вероятно войти в определенное состояние с учетом текущего состояния и действия.Однако алгоритмы, основанные на модели, становятся непрактичными по мере роста пространства состояний и пространства действий (S * S * A для табличной настройки).

С другой стороны, алгоритмы без моделей полагаются на метод проб и ошибок для обновления своих знаний. В результате ему не требуется место для хранения всей комбинации состояний и действий. Все алгоритмы, обсуждаемые в следующем разделе, попадают в эту категорию.

Соответствие политике и политике Вне политики

Агент, подключенный к политике, изучает значение на основе своего текущего действия, производного от текущей политики, тогда как его часть, не связанная с политикой, изучает его на основе действия a *, полученного из другой политики.В Q-обучении такой политикой является жадная политика. (Мы поговорим об этом подробнее в Q-Learning и SARSA)

2.1 Q-Learning

Q-Learning — это внеполитический алгоритм RL без моделей, основанный на хорошо известном уравнении Беллмана:

Уравнение Беллмана (https : //zhuanlan.zhihu.com/p/21378532? refer = intelligentunit)

E в приведенном выше уравнении относится к математическому ожиданию, а ƛ — к коэффициенту дисконтирования. Мы можем переписать его в виде Q-значения:

Уравнение Беллмана в форме Q-значения (https: // zhuanlan.zhihu.com/p/21378532?refer=intelligentunit)

Оптимальное значение Q, обозначенное как Q *, может быть выражено как:

Оптимальное значение Q (https://zhuanlan.zhihu.com/p/21378532?refer= Intelligentunit)

Цель состоит в том, чтобы максимизировать Q-значение. Прежде чем погрузиться в метод оптимизации Q-value, я хотел бы обсудить два метода обновления значений, которые тесно связаны с Q-обучением.

Итерация политики

Итерация политики запускает цикл между оценкой политики и ее улучшением.

Итерация политики (http://blog.csdn.net/songrotek/article/details/51378582)

Оценка политики оценивает функцию ценности V с помощью жадной политики, полученной в результате последнего улучшения политики. С другой стороны, улучшение политики обновляет политику действием, которое максимизирует V для каждого состояния. Уравнения обновления основаны на уравнении Беллмана. Он продолжает повторяться до схождения.

Псевдокод для изменения политики (http://blog.csdn.net/songrotek/article/details/51378582)

Итерация значения

Итерация значения содержит только один компонент.Он обновляет функцию ценности V на основе оптимального уравнения Беллмана.

Оптимальное уравнение Беллмана (http://blog.csdn.net/songrotek/article/details/51378582) Псевдокод для изменения значений (http://blog.csdn.net/songrotek/article/details/51378582)

После итерация сходится, оптимальная политика напрямую получается путем применения функции максимального аргумента для всех состояний.

Обратите внимание, что эти два метода требуют знания вероятности перехода p , что указывает на то, что это алгоритм на основе модели.Однако, как я упоминал ранее, алгоритм, основанный на модели, страдает проблемой масштабируемости. Так как же Q-Learning решает эту проблему?

Q-Learning Update Equation (https://www.quora.com/What-is-the-difference-between-Q-learning-and-SARSA-learning)

α относится к скорости обучения (т.е. насколько быстро мы приближается к цели). Идея Q-Learning во многом основана на итерациях значений. Однако уравнение обновления заменяется приведенной выше формулой. В результате нам больше не нужно беспокоиться о вероятности перехода.

Псевдокод Q-обучения (https://martin-thoma.com/images/2016/07/q-learning.png)

Обратите внимание, что следующее действие a ‘ выбрано для максимизации Q-значения следующего состояния. следования текущей политике. В результате Q-обучение относится к категории вне политики.

2.2 Состояние-действие-награда-государство-действие (SARSA)

SARSA очень напоминает Q-обучение. Ключевое различие между SARSA и Q-Learning заключается в том, что SARSA — это алгоритм, соответствующий политике. Это означает, что SARSA изучает значение Q на основе действия, выполняемого текущей политикой, а не жадной политикой.

SARSA Update Equation (https://www.quora.com/What-is-the-difference-between-Q-learning-and-SARSA-learning)

Действие a_ (t + 1) — это действие, выполняемое в следующее состояние s_ (t + 1) согласно текущей политике.

Псевдокод SARSA (https://martin-thoma.com/images/2016/07/sarsa-lambda.png)

Из псевдокода выше вы можете заметить, что выполняются два выбора действий, которые всегда соответствуют текущей политике. Напротив, Q-обучение не имеет ограничений для следующего действия, пока оно максимизирует Q-значение для следующего состояния.Следовательно, SARSA — это алгоритм, основанный на политике.

2.3 Deep Q Network (DQN)

Хотя Q-обучение — очень мощный алгоритм, его основной недостаток — отсутствие универсальности. Если вы рассматриваете Q-обучение как обновление чисел в двумерном массиве (пространство действий * пространство состояний), оно, по сути, напоминает динамическое программирование. Это означает, что для состояний, которые агент Q-Learning не видел раньше, он не знает, какое действие предпринять. Другими словами, агент Q-Learning не имеет возможности оценивать значение для невидимых состояний.Чтобы справиться с этой проблемой, DQN избавляется от двумерного массива, введя нейронную сеть.

DQN использует нейронную сеть для оценки функции Q-значения. Входом для сети является ток, а выходом — соответствующее значение Q для каждого действия.

Пример DQN для Atari (https://zhuanlan.zhihu.com/p/25239682)

В 2013 году DeepMind применил DQN к игре Atari, как показано на рисунке выше. Входными данными является необработанное изображение текущей игровой ситуации. Он прошел через несколько слоев, включая сверточный слой, а также полностью связанный слой.Результатом является Q-значение для каждого действия, которое может предпринять агент.

Вопрос сводится к следующему: Как мы обучаем сеть?

Ответ заключается в том, что мы обучаем сеть на основе уравнения обновления Q-обучения. Напомним, что целевое Q-значение для Q-обучения:

Целевое Q-значение (https://storage.googleapis.com/deepmind-media/dqn/DQNNaturePaper.pdf)

ϕ эквивалентно состоянию s, в то время как обозначает параметры в нейронной сети, которые не входят в область нашего обсуждения.Таким образом, функция потерь для сети определяется как квадрат ошибки между целевым значением Q и выходным значением Q из сети.

3. Теория подкрепления — Психология 484: Отношение к работе и мотивация работы

  • Перейти к содержанию
  • Перейти к панировочным сухарям
  • Перейти к меню заголовка
  • Перейти к меню действий
  • Перейти к быстрому поиску
  • Пространства

  • люди

  • Быстрый поиск

  • Помогите

    • Онлайн помощь

    • Горячие клавиши

    • Feed Builder

    • Доступные гаджеты

    • О Confluence

  • Авторизоваться

PSYCH 484: Отношение к работе и мотивация к работе

  • Страницы
  • Блог
Ярлыки пространства
  • Общие ссылки
  • Списки файлов

Дочерние страницы

  • Отношение к работе и мотивация работы Главная — Kayla 002 )
  • 3.Теория армирования
  • Пример армирования осенью 2012 г.
  • Осенний пример использования армирования 2013 г.
  • Пример использования теории армирования осенью 2014 г. Теория армирования — осень 2015 г. Команда 2
  • Пример армирования, весна 2012 г.
  • Пример армирования, весна 2013 г.
  • Пример теории армирования, весна 2014 г.
  • Пример теории армирования, весна 2015 г.
  • Пример теории армирования, весна 2016 г.
  • Пример армирования летом 2012 г.
  • Лето 2013: Случай армирования
  • Лето 2014 — Пример использования теории армирования

Еще 12 дочерних страниц

Имя

Логотип Сброс на логотип по умолчанию SaveCancel

Просмотр страниц

Инструменты ConfigureSpace

  • инструменты

    • А т прицепов (30)

    • История страницы

    • Ограничения

    • Информация о странице

    • Ссылка на эту страницу…

    • Просмотреть в иерархии

    • Просмотреть исходный код

    • Просмотр XML-кода каркаса

    • Экспорт в PDF

    • Экспорт в Word

Введение в обучение с подкреплением

Томас Симонини

Обучение с подкреплением — это важный тип машинного обучения, при котором агент учится вести себя в среде посредством выполнения действий и наблюдения за результатами.

За последние годы мы заметили много улучшений в этой увлекательной области исследований. Примеры включают DeepMind и архитектуру обучения Deep Q в 2014 году, победу над чемпионом игры Go с AlphaGo в 2016 году, OpenAI и PPO в 2017 году, среди других.

В этой серии статей мы сосредоточимся на изучении различных архитектур, используемых сегодня для решения задач обучения с подкреплением. Они будут включать Q-обучение, Deep Q-Learning, Policy Gradients, Actor Critic и PPO.

Из этой первой статьи вы узнаете:

  • Что такое обучение с подкреплением и как вознаграждение является центральной идеей
  • Три подхода к обучению с подкреплением
  • Что означает «глубокое» в глубоком обучении с подкреплением

Очень важно освоить эти элементы, прежде чем приступать к внедрению агентов глубокого обучения с подкреплением.

Идея обучения с подкреплением заключается в том, что агент будет учиться в среде, взаимодействуя с ней и получая вознаграждение за выполнение действий.

Изучение взаимодействия с окружающей средой происходит из нашего природного опыта. Представьте, что вы ребенок в гостиной. Вы видите камин и подходите к нему.

Тепло, приятно, тебе хорошо (Positive Reward +1). Вы понимаете, что огонь — это хорошо.

А потом пытаешься коснуться огня. Ой! Обжигает руку (Отрицательная награда -1) . Вы только что поняли, что огонь положителен, когда вы находитесь на достаточном расстоянии, потому что он производит тепло.Но подойдите к нему слишком близко, и вы обожжетесь.

Вот как люди учатся через взаимодействие. Обучение с подкреплением — это просто вычислительный подход к обучению на практике.

Процесс обучения с подкреплением

Давайте представим, что агент учится играть в Super Mario Bros в качестве рабочего примера. Процесс обучения с подкреплением (RL) можно смоделировать как цикл, который работает следующим образом:

  • Наш агент получает состояние S0 из среды (в нашем случае мы получаем первый кадр нашей игры (состояние) от Super Mario Bros (среда))
  • Исходя из этого состояния S0, агент выполняет действие A0 (наш агент переместится вправо)
  • Среда переходит в новое состояние S1 (новый фрейм)
  • Среда дает

Обучение с подкреплением с вознаграждением на основе прогнозов

Мы разработали случайную сетевую дистилляцию (RND), основанный на прогнозировании метод, который побуждает агентов обучения с подкреплением исследовать окружающую их среду с любопытством, что впервые превышает среднюю производительность человека в игре «Месть Монтесумы».RND достигает высочайшего уровня производительности, периодически находит все 24 комнаты и решает первый уровень без использования демонстраций или доступа к основному состоянию игры.

RND стимулирует посещение незнакомых состояний, измеряя, насколько сложно предсказать результат фиксированной случайной нейронной сети для посещенных состояний. В незнакомых состояниях сложно угадать результат, а значит, и награда высока. Его можно применить к любому алгоритму обучения с подкреплением, он прост в реализации и эффективен в масштабировании.Ниже мы выпускаем эталонную реализацию RND, которая может воспроизводить результаты из нашей статьи.

Прочитать код PaperView

Прогресс в мести Монтесумы

Чтобы агент достиг желаемой цели, он должен сначала изучить, что возможно в его среде и что составляет прогресс в достижении цели. Во многих игровых сигналах о наградах предусмотрена такая учебная программа, что даже простых стратегий исследования достаточно для достижения цели игры. В основополагающей работе по представлению DQN, Montezuma’s Revenge была единственной игрой , в которой DQN получил 0% среднего человеческого балла (4.7К) . Простые стратегии исследования вряд ли позволят собрать какие-либо награды или увидеть более нескольких комнат из 24 на уровне. С тех пор успехи в «Мести Монтесумы» многие считают синонимом достижений в исследованиях.

Значительный прогресс был достигнут в 2016 году за счет объединения DQN с бонусом исследования на основе подсчета, в результате чего агент, который исследовал 15 комнат, получил высокий балл 6,6 тыс. И среднее вознаграждение около 3,7 тыс. С тех пор значительное улучшение результатов, достигнутых агентом RL, стало возможным только за счет использования доступа к демонстрациям экспертов-людей или доступа к базовому состоянию эмулятора.

Мы провели крупномасштабный эксперимент RND с 1024 рабочими по развертыванию, в результате чего средняя прибыль составила 10 тыс. За 9 прогонов , а наилучшая средняя прибыль — 14,5 тыс. Каждый прогон обнаруживал от 20 до 22 комнат. Вдобавок один из наших менее масштабных, но более продолжительных экспериментов дал один прогон (из 10), в котором была достигнута максимальная отдача в 17,5K, что соответствует прохождению первого уровня и обнаружению всех 24 комнат . На графике ниже сравниваются эти два эксперимента, показывающие среднюю доходность как функцию обновлений параметров.

Визуализация ниже показывает прогресс меньшего масштаба эксперимента по обнаружению комнат. Любопытство побуждает агента открывать новые комнаты и находить способы увеличения игрового счета, и эта внешняя награда заставляет его повторно посещать эти комнаты позже во время обучения.

Ваш браузер не поддерживает видео

Комнаты, обнаруженные агентом, означают эпизодическое возвращение на протяжении всего обучения. Непрозрачность комнаты соответствует тому, сколько запусков из 10 обнаружили ее.

Крупномасштабное исследование обучения, основанного на любопытстве

Перед разработкой RND мы вместе с сотрудниками из Калифорнийского университета в Беркли исследовали обучение без каких-либо наград , зависящих от среды. Любопытство дает нам более простой способ научить агентов взаимодействовать с любой средой, чем с помощью тщательно разработанной функции вознаграждения за конкретную задачу, которая, как мы надеемся, соответствует решению задачи. Такие проекты, как ALE, Universe, Malmo, Gym, Gym Retro, Unity, DeepMind Lab, CommAI, делают большое количество смоделированных сред, доступных для взаимодействия агента через стандартизованный интерфейс.Агент, использующий универсальную функцию вознаграждения, не зависящую от особенностей среды, может приобрести базовый уровень компетенции в широком диапазоне сред, в результате чего агент сможет определять, какие полезные модели поведения представляют собой даже при отсутствии тщательно разработанных вознаграждений.

Чтение кода PaperView

В стандартных настройках обучения с подкреплением на каждом дискретном временном шаге агент отправляет действие в среду, а среда отвечает, отправляя следующее наблюдение, вознаграждение за переход и индикатор окончания эпизода.В нашей предыдущей статье мы требуем, чтобы среда выводила только следующее наблюдение. Там агент изучает модель предсказателя следующего состояния на своем опыте и использует ошибку предсказания как внутреннее вознаграждение. В результате его привлекает непредсказуемое. Например, он обнаружит, что изменение счета в игре будет вознаграждением, только если счет отображается на экране и это изменение трудно предсказать. Агент обычно находит полезными взаимодействия с новыми объектами, поскольку результаты таких взаимодействий обычно труднее предсказать, чем другие аспекты окружающей среды.

Как и в предыдущей работе, мы старались избегать моделирования всех аспектов окружающей среды, независимо от того, актуальны они или нет, выбирая моделирование особенностей наблюдения. Удивительно, но мы обнаружили, что даже случайных функций работают хорошо.

Чем занимаются любопытные агенты?

Мы протестировали нашего агента в более чем 50 различных средах и наблюдали диапазон уровней компетентности от кажущихся случайными действиями до преднамеренного взаимодействия с окружающей средой. К нашему удивлению, в некоторых средах агент достиг цели игры, даже если цель игры не была передана ему через внешнюю награду.

Внутреннее вознаграждение в начале обучения

Всплеск внутренней награды при первом прохождении уровня

Breakout — Агент испытывает всплески внутреннего вознаграждения, когда видит новую конфигурацию кубиков на ранней стадии обучения и когда он впервые проходит уровень после тренировки в течение нескольких часов.

Ваш браузер не поддерживает видео

Pong — Мы обучили агента управлять обеими ракетками одновременно, и он научился удерживать мяч в игре, что привело к длительным розыгрышам.Даже будучи обученным против внутриигрового ИИ, агент пытался продлить игру, а не выиграть.

Ваш браузер не поддерживает видео

Боулинг — Агент научился играть в игру лучше, чем агенты, обученные напрямую максимизировать (обрезанное) внешнее вознаграждение. Мы думаем, что это связано с тем, что агента привлекает трудно предсказуемое мигание табло, которое происходит после ударов.

Ваш браузер не поддерживает видео

Марио — Внутренняя награда особенно хорошо согласуется с целью игры по продвижению по уровням.Агент вознаграждается за обнаружение новых областей, потому что детали вновь обнаруженной области невозможно предсказать. В результате агент открывает 11 уровней, находит секретные комнаты и даже побеждает боссов.

Проблема шумного ТВ

Подобно игроку в игровом автомате, которого привлекают случайные результаты, агент иногда попадает в ловушку из-за своего любопытства в результате проблемы с шумным телевизором. Агент находит источник случайности в окружающей среде и продолжает наблюдать за ним, всегда получая высокую внутреннюю награду за такие переходы.Пример такой ловушки — просмотр статического шума по телевизору. Мы демонстрируем это буквально, помещая агента в среду лабиринта Unity, где телевизор воспроизводит случайные каналы.

Агент в лабиринте с шумным телевизором

Агент в лабиринте без шумного телевизора

В то время как проблема шумного телевидения является проблемой в теории, для в значительной степени детерминированных сред, таких как «Месть Монтесумы», мы ожидали, что любопытство заставит агента открывать комнаты и взаимодействовать с объектами.Мы попробовали несколько вариантов любопытства на основе предсказания следующего состояния, сочетающего бонус исследования со счетом в игре.

В этих экспериментах агент управляет окружающей средой через шумный контроллер, который с некоторой вероятностью повторяет последнее действие вместо текущего. Эта установка с липкими действиями была предложена в качестве наилучшей практики для обучения агентов в полностью детерминированных играх, таких как Atari, для предотвращения запоминания. Липкие действия делают переход из комнаты в комнату непредсказуемым.

Случайная сетевая дистилляция

Поскольку прогнозирование следующего состояния по своей природе подвержено проблеме зашумленного ТВ, мы определили следующие соответствующие источники ошибок прогнозирования:

  • Фактор 1 : ошибка предсказания высока, когда предсказатель не может обобщить из ранее рассмотренных примеров. Тогда новый опыт соответствует высокой ошибке предсказания.
  • Фактор 2 : ошибка прогнозирования высока, поскольку цель прогнозирования является стохастической.
  • Фактор 3 : Ошибка предсказания высока, потому что информация, необходимая для предсказания, отсутствует, или класс модели предсказателей слишком ограничен, чтобы соответствовать сложности целевой функции.

Мы определили, что Фактор 1 является полезным источником ошибок, поскольку он количественно определяет новизну опыта, тогда как Факторы 2 и 3 вызывают проблему зашумленного ТВ. Чтобы избежать факторов 2 и 3, мы разработали RND, новый бонус исследования, который основан на , прогнозирующем выход фиксированной и случайно инициализированной нейронной сети в следующем состоянии, учитывая само следующее состояние .

Интуиция подсказывает, что прогнозирующие модели имеют низкую ошибку в состояниях, подобных тем, которым они были обучены. В частности, предсказания агента относительно выходных данных случайно инициализированной нейронной сети будут менее точными в новых состояниях, чем в состояниях, которые агент часто посещал. Преимущество использования задачи синтетического прогнозирования состоит в том, что мы можем сделать ее детерминированной (минуя фактор 2) и внутри класса функций, которые может представлять предиктор (минуя фактор 3), выбирая предиктор той же архитектуры, что и целевая сеть. .Эти варианты делают RND невосприимчивым к проблеме шумного ТВ.

Мы комбинируем бонус разведки с внешними наградами с помощью варианта проксимальной оптимизации политики (PPO), который использует два заголовка значений для двух потоков вознаграждения . Это позволяет нам использовать разные ставки дисконтирования для разных вознаграждений и комбинировать эпизодические и не эпизодические доходы. Благодаря этой дополнительной гибкости, наш лучший агент часто находит 22 из 24 комнат на первом уровне «Месть Монтесумы» и иногда проходит первый уровень после нахождения двух оставшихся комнат .Тот же метод реализуется по последнему слову техники на Venture и Gravitar.

Визуализация бонуса RND ниже показывает график внутренней награды в течение эпизода «Месть Монтесумы», когда агент впервые находит факел.

Вопросы реализации

Для выбора хорошего алгоритма исследования важны такие соображения, как предрасположенность к проблеме зашумленного ТВ. Тем не менее, мы обнаружили, что получение, казалось бы, мелких деталей прямо в нашем простом алгоритме привело к различию между агентом, который никогда не покидает первую комнату, и агентом, который может пройти первый уровень.Чтобы добавить стабильности тренировкам, мы избежали насыщения функций и довели внутреннее вознаграждение до предсказуемого диапазона. Мы также заметили значительное улучшение производительности RND каждый раз, когда мы обнаруживали и исправляли ошибку (наша любимая проблема заключалась в случайном обнулении массива, в результате чего внешние возвраты рассматривались как неэпизодические; мы поняли, что это имело место только после того, как были озадачены. функцией внешней ценности, которая выглядит подозрительно периодической). Правильная обработка таких деталей была важной частью достижения высокой производительности даже с алгоритмами, концептуально подобными предыдущим.Это одна из причин по возможности предпочитать более простые алгоритмы.

Направления будущего

Мы предлагаем следующие направления дальнейших исследований:

  • Проанализируйте преимущества различных методов разведки и найдите новые способы их комбинирования.
  • Обучите любопытного агента в разных средах без вознаграждения и исследуйте переход в целевые среды с вознаграждением.
  • Исследуйте глобальные геологоразведочные работы, требующие согласованных решений в долгосрочной перспективе.

Если вам интересно работать над преодолением этих трудностей, обращайтесь к нам!

Frontiers | Байесовский фонд индивидуального обучения в условиях неопределенности

Введение

Обучение можно понимать как процесс обновления представлений агента о мире путем интеграции новой и старой информации. Это позволяет агенту использовать прошлый опыт и улучшать прогнозы на будущее; например, последствия выбранных действий.Понимание того, как обучаются биологические агенты, такие как люди или животные, требует спецификации как вычислительных принципов, так и их нейрофизиологической реализации в мозге. К этому можно подойти снизу вверх, построив нейронную цепь из нейронов и синапсов и изучив, какие формы обучения поддерживаются последующей архитектурой нейронов. В качестве альтернативы можно выбрать подход сверху вниз, используя общие вычислительные принципы для построения генеративных моделей обучения и использования их для вывода о лежащих в основе механизмов (например,g., Daunizeau et al., 2010a). Последний подход — это тот, который мы рассматриваем в этой статье.

Законы индуктивного вывода, предписывающие оптимальный способ обучения на основе новой информации, известны давно (Лаплас, 1774, 1812). Они имеют уникальную математическую форму, то есть доказано, что не существует альтернативной формулировки индуктивного рассуждения, которая не нарушала бы последовательности или здравого смысла (Cox, 1946). Индуктивное мышление также известно как байесовское обучение, поскольку необходимое обновление условных вероятностей описывается теоремой Байеса.Поскольку байесовский учащийся обрабатывает информацию оптимальным образом, он должен иметь эволюционное преимущество перед другими типами агентов, и поэтому можно ожидать, что человеческий мозг эволюционировал так, чтобы реализовать идеального байесовского учащегося (Geisler and Diehl, 2002). Действительно, есть существенные доказательства из исследований в различных областях обучения и восприятия, что человеческое поведение лучше описывается байесовскими моделями, чем другими теориями (например, Kording and Wolpert, 2004; Bresciani et al., 2006; Yuille and Kersten, 2006; Behrens et al., 2007; Сюй и Тененбаум, 2007; Орбан и др., 2008; den Ouden et al., 2010). Однако остается по крайней мере три серьезных трудности с гипотезой о том, что люди действуют как идеальные байесовские ученики. Первая проблема состоит в том, что во всех случаях, кроме простейших, применение теоремы Байеса включает сложные интегралы, требующие обременительных и длительных численных расчетов. Это делает онлайн-обучение сложной задачей для байесовских моделей, и любое эволюционное преимущество, обеспечиваемое оптимальным обучением, может быть перевешено этими вычислительными затратами.Вторая и связанная с этим проблема заключается в том, как идеальное байесовское обучение с его требованием оценивать многомерные интегралы будет реализовано нейронно (см. Янг и Шадлен, 2007; Бек и др., 2008; Денев, 2008). Третья трудность заключается в том, что байесовское обучение представляет собой нормативную основу, которая предписывает, как следует обрабатывать информацию , . В действительности, однако, даже при наличии равных предварительных знаний не все агенты обрабатывают новую информацию одинаково. Напротив, даже в тщательно контролируемых условиях животные и люди демонстрируют значительную межиндивидуальную вариабельность в обучении (например,г., Gluck et al., 2002; Daunizeau et al., 2010b). Несмотря на предыдущие попытки байесовских моделей иметь дело с индивидуальной изменчивостью (например, Steyvers et al., 2009; Nassar et al., 2010), неспособность ортодоксальной байесовской теории обучения учесть эти индивидуальные различия остается ключевой проблемой для понимания (mal ) адаптивное поведение человека. Формальные и механистические характеристики этой межсубъектной изменчивости необходимы для понимания фундаментальных аспектов функции мозга и болезней. Например, индивидуальные различия в обучении могут быть результатом межиндивидуальной изменчивости основных физиологических механизмов, таких как нейромодуляторная регуляция синаптической пластичности (Thiel et al., 1998), и такие различия могут объяснить гетерогенный характер психических заболеваний (Stephan et al., 2009).

Этих трудностей удалось избежать с помощью описательных подходов к обучению, которые не основаны на теории вероятности, в частности, некоторых форм обучения с подкреплением (RL), когда агенты узнают «ценность» различных стимулов и действий (Sutton and Barto, 1998; Dayan и Нив, 2008). Хотя RL — это широкая область, охватывающая множество схем, возможно, наиболее типичной и широко используемой моделью является модель Рескорла и Вагнера (1972).В этом описании прогнозы стоимости обновляются в зависимости от текущей ошибки прогнозирования, взвешенной по скорости обучения (которая может отличаться для разных людей и контекстов). Большим преимуществом этой схемы является ее концептуальная простота и вычислительная эффективность. Он был применен эмпирически к различным учебным задачам (Sutton and Barto, 1998) и сыграл важную роль в попытках объяснить электрофизиологические и функциональные магнитно-резонансные изображения (фМРТ), измеряющие активность мозга во время обучения с вознаграждением (например,г., Schultz et al., 1997; Монтегю и др., 2004; O’Doherty et al., 2004; Daw et al., 2006). Кроме того, его ненормативный описательный характер позволяет моделировать аберрантные способы обучения, например, при шизофрении или депрессии (Smith et al., 2006; Murray et al., 2007; Frank, 2008; Dayan and Huys, 2009). Точно так же он нашел широкое применение при моделировании эффектов нейромодулирующих передатчиков, таких как дофамин, на обучение (например, Yu and Dayan, 2005; Pessiglione et al., 2006; Doya, 2008).

Несмотря на эти преимущества, RL также имеет серьезные ограничения.С теоретической точки зрения это эвристический подход, который не следует из принципов теории вероятностей. На практике он часто плохо работает в реальных ситуациях, когда состояние окружающей среды и результаты действий не известны агенту, но также должны быть выведены или изучены. Эти практические ограничения привели некоторых авторов к утверждению, что байесовские принципы и «структурное обучение» важны для улучшения подходов RL (Gershman and Niv, 2010). В этой статье мы представляем новую модель байесовского обучения, которая преодолевает три ограничения идеального байесовского обучения, описанные выше (т.е., вычислительная сложность, сомнительная биологическая реализация и неспособность учесть индивидуальные различия), и это связывает байесовское обучение со схемами RL.

Любая байесовская схема обучения основана на определении так называемой «генеративной модели», то есть набора вероятностных предположений о том, как генерируются сенсорные сигналы. Предлагаемая нами генеративная модель основана на основополагающих работах Беренса и др. (2007) и включает в себя иерархию состояний, которые развиваются во времени как гауссовские случайные блуждания, причем размер шага каждого блуждания определяется следующим высшим уровнем иерархии.Эта модель может быть инвертирована (подогнана) агентом с использованием приближения среднего поля и нового приближения к условным вероятностям неизвестных величин, которое заменяет обычное приближение Лапласа. Это позволяет нам вывести уравнения обновления в закрытой форме для апостериорных ожиданий всех скрытых состояний, управляющих непредвиденными обстоятельствами в окружающей среде. Это приводит к чрезвычайно эффективным вычислениям, которые позволяют обучаться в реальном времени. Форма этих обновляющих уравнений аналогична уравнениям обучения Рескорла – Вагнера, обеспечивая байесовский аналог теории RL.Наконец, путем введения параметров, которые определяют характер связи между уровнями иерархической модели, оптимальность обновления ставится в зависимость от значений параметров, которые могут варьироваться от агента к агенту. Эти параметры кодируют предшествующие убеждения о структуре высшего порядка в окружающей среде и позволяют модели учитывать межиндивидуальные (и межвременные внутрииндивидуальные) различия в обучении. Другими словами, модель способна описывать поведение, которое является субъективно оптимальным (по отношению к предыдущим убеждениям агента), но объективно неадаптивным.Важно отметить, что параметры модели, определяющие характер обучения, могут относиться к конкретным физиологическим процессам, таким как нейромодуляция синаптической пластичности. Например, была выдвинута гипотеза, что дофамин, регулирующий пластичность глутаматергических синапсов (Gu, 2002), может кодировать точность ошибок предсказания (Friston, 2009). В нашей модели прецизионное взвешивание ошибок прогнозирования определяется параметрами модели (см. Рисунок 4). В конечном итоге, наш подход может быть полезен для вывода на основе моделей о конкретных вычислительных и физиологических механизмах обучения, с потенциальными клиническими приложениями для диагностических классификаций расстройств психиатрического спектра (Stephan et al., 2009).

Во избежание ложных ожиданий, мы хотели бы отметить, что эта статья носит чисто теоретический характер. Его цель — подробно представить теоретические основы и вывод нашей модели, а также передать понимание явлений, которые она может уловить. Из-за ограничений по длине, а также для обеспечения ясности и целенаправленности некоторые важные аспекты не могут быть рассмотрены в этой статье. Например, исследование численной точности нашей вариационной схемы инверсии, представление приложений выбора модели или представление доказательств того, что наша модель обеспечивает более мощный вывод о механизмах обучения на основе эмпирических данных, чем другие подходы, выходит за рамки этой первоначальной теоретической статьи. .Эти темы будут рассмотрены в следующих статьях нашей группы.

Эта статья структурирована следующим образом. Во-первых, мы выводим общую структуру модели, уровень за уровнем, и рассматриваем как ее точную, так и вариационную инверсию. Затем мы представляем аналитические обновленные уравнения для каждого уровня модели, которые вытекают из нашего вариационного подхода и квадратичного приближения к вариационным энергиям. Следуя структурной интерпретации уравнений обновления модели с точки зрения RL, мы представляем моделирование, в которых мы демонстрируем поведение модели при различных значениях параметров.Наконец, мы проиллюстрируем общность нашей модели, продемонстрировав, что она в равной степени может иметь дело с (i) дискретными и непрерывными состояниями окружающей среды и (ii) детерминированными и вероятностными отношениями между состояниями среды и восприятия (то есть ситуациями с перцепционной неопределенностью и без нее).

Теория

Генеративная модель при минимальных предположениях

Обзор нашей генеративной модели представлен на рисунках 1 и 2. Чтобы смоделировать обучение в общих чертах, мы представим агента, который получает последовательность сенсорных входных данных u (1) , u (2) ,…, u ( n ) .Учитывая генеративную модель того, как среда агента генерирует эти входные данные, теория вероятностей говорит нам, как агент может оптимально использовать входные данные u (1) ,…, u ( k −1) и любую дополнительную «предшествующую» информацию для прогнозирования следующего ввода u ( k ) . Генеративная модель, которую мы представляем здесь, является расширением модели, предложенной Daunizeau et al. (2010b), а также черпает вдохновение в работе Behrens et al.(2007). Наша модель очень общая: она может иметь дело с состояниями и входными данными, которые являются дискретными или непрерывными, одномерными или многомерными, и в равной степени учитывает детерминированные и вероятностные отношения между событиями окружающей среды и состояниями восприятия (то есть ситуациями с перцепционной неопределенностью и без нее). Однако, чтобы математический вывод был как можно более простым, мы сначала имеем дело со средой, в которой сенсорный ввод u (k) ∈ {0, 1} при испытании k имеет двоичную форму; обратите внимание, что это можно легко распространить на гораздо более сложные среды и структуры ввода.Фактически, на более позднем этапе мы также будем иметь дело со стохастическими отображениями (т.е. перцепционной неопределенностью; см. Уравнение 45) и непрерывными (действительными) входами и состояниями (см. Уравнение 48).

Рисунок 1. Обзор иерархической генеративной модели . Вероятность на каждом уровне определяется переменными и параметрами на следующем более высоком уровне. Обратите внимание, что дополнительные уровни могут быть добавлены поверх третьего. Эти уровни связаны друг с другом путем определения размера шага (изменчивости или дисперсии) случайного блуждания.Максимальный размер шага — это постоянный параметр ϑ . На первом уровне x 1 определяет вероятность входа u .

Рис. 2. Генеративная модель и апостериорные распределения по скрытым состояниям . Слева: схематическое изображение генеративной модели в виде байесовской сети. скрытые состояния окружающей среды в момент времени k . Они генерируют u ( k ) , вход в момент времени k , и зависят от их непосредственно предшествующих значений и параметров ϑ , ω , κ .Справа: минимальное параметрическое описание q ( x ) апериорных зубов на каждом уровне. Параметры распределения µ (апостериорное ожидание) и σ (апостериорная дисперсия) могут быть найдены путем аппроксимации минимальных параметрических апостериорных значений к маргинальным апостериорным значениям среднего поля. Для многомерных состояний x , μ — вектор, а σ — ковариационная матрица.

Для простоты представьте ситуацию, когда агент интересуется только одним (двоичным) состоянием своей среды; е.г., будь то светлый или темный. В нашей модели состояние окружающей среды x 1 в момент времени k , обозначенное входными причинами u ( k ) . Здесь может обозначать состояние включения / выключения переключателя света, а и — ощущение света или темноты. (Для простоты мы часто опускаем временной индекс k ). Далее мы принимаем следующую форму модели правдоподобия:

Другими словами: u = x 1 для обоих x 1 = 1 и x 1 = 0 (и наоборот ).Это означает, что состояние знания x 1 позволяет точно предсказать ввод и : когда переключатель включен, он светится; когда он выключен, темно. Детерминированный характер этого отношения не влияет на общность наших аргументов и позже будет заменен стохастическим отображением при рассмотрении неопределенности восприятия ниже.

Поскольку x 1 является двоичным, его распределение вероятностей может быть описано одним действительным числом, состоянием x 2 на следующем уровне иерархии.Затем мы сопоставляем x 2 с вероятностью x 1 , так что x 2 = 0 означает, что x 1 = 0 и x 1 = 1 равны вероятно. Для x 2 → ∞ вероятность для x 1 = 1 и x 1 = 0 должна приближаться к 1 и 0 соответственно. И наоборот, для x 2 → ∝ вероятности для x 1 = 1 и x 1 = 0 должны приближаться к 0 и 1 соответственно.Этого можно достичь с помощью следующей эмпирической (условной) априорной плотности:

, где s (·) — сигмовидная (softmax) функция:

Проще говоря, x 2 — это неограниченный реальный параметр вероятности того, что x 1 = 1. В нашем примере светлый / темный можно интерпретировать x 2 как тенденцию света быть на.

Для общности мы не делаем никаких предположений относительно вероятности x 2 , за исключением того, что она может меняться со временем как гауссовское случайное блуждание.Это означает, что значение x 2 в момент времени k будет нормально распределено вокруг своего значения в предыдущий момент времени,

Новый взгляд на офис и рабочую жизнь после COVID-19

COVID-19 принес беспрецедентных человеческих и гуманитарных проблем. Многие компании по всему миру оказались на высоте, быстро предприняв действия, чтобы защитить сотрудников и перейти на новый способ работы, который не мог быть предусмотрен даже самыми экстремальными планами обеспечения непрерывности бизнеса.Руководители всех отраслей будут использовать уроки этого масштабного эксперимента по работе на дому, чтобы по-новому взглянуть на то, как выполняется работа — и какую роль должны играть офисы — творчески и смело.

Изменение отношения к роли офиса

До пандемии считалось, что офисы имеют решающее значение для производительности, культуры и победы в войне за таланты. Компании интенсивно конкурировали за лучшие офисные помещения в крупных городских центрах по всему миру, и многие из них сосредоточились на решениях, способствующих сотрудничеству.Плотность, дизайн открытого офиса, размещение в гостиницах и совместная работа были боевыми кличами.

Но оценки показывают, что в начале апреля этого года 62 процента работающих американцев работали дома во время кризиса,

по сравнению с примерно 25 процентами пару лет назад. Во время пандемии многие люди были удивлены тем, насколько быстро и эффективно были внедрены технологии видеоконференцсвязи и другие формы цифрового сотрудничества. Для многих результаты оказались лучше, чем предполагалось.

Согласно исследованию McKinsey, 80 процентов опрошенных сообщают, что им нравится работать из дома. Сорок один процент говорят, что они более продуктивны, чем были раньше, и 28 процентов, что они столь же продуктивны. Многие сотрудники, освобожденные от долгих поездок на работу и поездок, нашли более продуктивные способы провести это время, получили большую гибкость в совмещении личной и профессиональной жизни и решили, что они предпочитают работать из дома, а не в офисе. Многие организации думают, что они могут получить доступ к новым пулам талантов с меньшим количеством географических ограничений, внедрить инновационные процессы для повышения производительности, создать еще более сильную культуру и значительно снизить затраты на недвижимость.

Эти же организации с нетерпением ждут открытия и решения его проблем. До того, как вакцина станет доступной, офисный опыт, вероятно, не останется таким, каким был до пандемии. Многие компании будут требовать от сотрудников постоянно носить маски, перепланировать пространство, чтобы обеспечить физическое дистанцирование, и ограничить передвижение в густонаселенных районах (например, в лифтах и ​​кладовых). В результате, даже после открытия, отношение к офисам, вероятно, продолжит развиваться.

Но возможно ли, что удовлетворение и продуктивность, которые люди испытывают при работе на дому, являются продуктом социального капитала, накопленного в результате бесчисленных часов разговоров, встреч и общественных мероприятий до начала кризиса? Разрушатся ли корпоративные культуры и сообщества со временем без физического взаимодействия? Будут ли нарушены запланированные и незапланированные моменты сотрудничества? Будет ли меньше наставничества и развития талантов? Была ли работа на дому успешной только потому, что она рассматривается как временная, а не постоянная?

Реальность такова, что обе стороны аргумента, вероятно, правы.Каждая организация и культура уникальны, как и обстоятельства каждого отдельного сотрудника. Многим понравился этот новый опыт; другие утомлены этим. Иногда одни и те же люди в разное время испытывали разные эмоции и уровни счастья или несчастья. Увеличилась продуктивность сотрудников, выполняющих различные виды работ; для других он снизился. Многие формы виртуального сотрудничества работают хорошо; другие нет. Некоторые люди получают наставничество и участвуют в случайных, незапланированных и важных беседах с коллегами; другие упускают из виду.

Четыре шага к переосмыслению работы и рабочих мест

Ведущие организации будут смело подвергать сомнению давние предположения о том, как должна выполняться работа и о роли офиса. Не существует универсального решения. Ответ, индивидуальный для каждой организации, будет зависеть от того, какие таланты необходимы, какие роли наиболее важны, сколько сотрудничества необходимо для достижения совершенства и где сегодня расположены офисы, среди других факторов. Даже внутри организации ответ может выглядеть по-разному в зависимости от географического положения, бизнеса и функций, поэтому определение того, что потребуется в будущем, должно быть командным спортом в сфере недвижимости, человеческих ресурсов, технологий и бизнеса.Перед вами встанет трудный выбор, и лидер должен быть наделен полномочиями управлять усилиями отдельных подразделений и предприятий. Постоянные изменения также потребуют исключительных навыков управления изменениями и постоянных поворотов в зависимости от того, насколько хорошо усилия работают с течением времени.

Мы рекомендуем организациям предпринять следующие шаги, чтобы переосмыслить, как выполняется работа, и какова будет будущая роль офиса.

1. Восстановите, как выполняется работа

Во время изоляции организации неизбежно адаптировались к продолжению сотрудничества и к тому, чтобы наиболее важные процессы могли выполняться удаленно.Большинство из них просто перенесли существующие процессы в контекст удаленной работы, имитируя то, что было сделано до пандемии. Это хорошо сработало для некоторых организаций и процессов, но не для других.

Организации должны определить наиболее важные процессы для каждого крупного бизнеса, географического положения и функции и полностью пересмотреть их, часто с участием сотрудников. Эти усилия должны изучить их пути профессионального развития (например, физическое присутствие в офисе в начале и удаленная работа позже) и различные стадии проектов (например, физическое совместное размещение для первоначального планирования и удаленная работа для выполнения) .

Раньше, например, организации могли генерировать идеи, созывая собрания, проводя мозговой штурм на физической или цифровой доске и поручив кому-то доработать полученные идеи. Новый процесс может включать в себя период асинхронного мозгового штурма по цифровому каналу и включения идей из всей организации, за которым следует многочасовой период обсуждения и уточнения на открытой видеоконференции.

Организации должны также задуматься о своих ценностях и культуре, а также о взаимодействиях, практиках и ритуалах, которые способствуют развитию этой культуры.Например, компания, которая занимается развитием талантов, должна спросить, могут ли небольшие моменты наставничества, происходящие в офисе, спонтанно продолжаться в цифровом мире.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*

*

*