Сколько арматуры нужно: Расчет количества арматуры для фундамента: ленточного, плиты, столбчатого

alexxlab | 14.04.2019 | 0 | Разное

Содержание

Как подсчитать сколько арматуры нужно на фундамент

Перед тем как заказывать арматуру у поставщика, цены которого показались наиболее приемлемыми, необходимо скрупулезно рассчитать требуемый метраж на фундамент. Ниже мы покажем, насколько просто с этим можно справиться, и рассмотрим расчет для различных типов оснований.

Количество арматуры для разных фундаментов

Очевидно, что типы железобетонных оснований различаются не только по объему бетона, но и по метражу арматурных стержней для металлического каркаса фундамента. Больше всего прутьев потребуется на плитный фундамент, далее идут ленточные и свайные буронабивные фундаменты.

Какими бывают арматурные каркасы для фундаментаКакими бывают арматурные каркасы для фундамента

Рассмотрим случай, когда фундамент для дома имеет размеры в плане 6 × 6 м, и проведем расчет метража арматуры.

Метраж на ленточный фундамент

Для вязки арматурного каркаса ленточного фундамента обычно используются гладкие стержни и стержни с периодическим профилем. Метраж их будет напрямую зависеть от ширины и длины ленты, а также периметра основания. Предположим, что в нашем случае ширина ленты составляет 300 мм, высота – 1 000 мм. Шаг между монтажной (гладкой) арматурой выбираем равным 500 мм. Какая арматура нужна для фундамента – это уже вы сами определяйтесь, исходя из нагрузок и показателей грунта.

Считаем общую длину ленты под дом 6 × 6 м (с поправкой в большую сторону – без учета толщины ленты):
6 × 4 = 24 м.
Считаем метраж прутьев периодического профиля (ребристой) при условии, что лента будет состоять из двух поясов по два стержня в каждом:
24 × 2 × 2 = 96 м.
Учитываем, что в угловой части фундамента прутья придется изгибать и делать выпуски в перпендикулярную ленту длиной 0,5 м. Итого на каждый угол придется 4 м таких выпусков, или 16 м всего на весь фундамент. Прибавляем это количество к метражу ребристых прутьев и получаем метраж арматуры периодического профиля на фундамент:
96 + 16 = 112 м.
Теперь необходимо подсчитать, сколько нужно гладких прутьев. Для этого находим количество сопряжений арматуры с учетом принятого шага в 500 мм:

24/0,5 = 48 шт.
Определяем сумму вертикально и горизонтально ориентированной поперечной арматуры (с запасом – без учета толщины защитного слоя):
(0,3 + 1) × 2 = 2,6 м.
Определяем общий метраж гладких прутьев:
2,6 × 48 = 124,8 м ≈ 125 м.
Итого на данный фундамент потребуется 112 м прутьев периодического профиля, 125 м – гладких.

Метраж на плитное основание

На плитный фундамент в основном идет ребристая арматура (диаметр арматуры для фундамента в расчетах расхода материала роли не играет) – формируются две сетки с ячейками 200 × 200 мм.

Для начала определяем количество продольных и поперечных прутьев (в нашем случае оно одинаково):
6/0,2 = 30 шт.
Общее количество прутьев на одну сетку будет больше в 2 раза:
30 × 2 = 60 шт.
Длину прутьев принимаем равной 6 м (с запасом – не учитывая величину защитного слоя бетона), поэтому метраж арматуры на одну сетку составит:
60 × 6 = 360 м.
Соответственно, на весь фундамент (2 сетки) прутьев потребуется вдвое больше:
360 × 2 = 720 м.
Расстояние между сетками можно выдерживать специальными штучными элементами, а не монтажной арматурой, – так удобнее.

Метраж для буронабивных свай

Предположим, что мы будем использовать сваи диаметром 200 мм и длиной 1,5 м. Шаг между опорами составит 1,5 м. Свая будет армироваться тремя прутами рабочей арматуры и двумя хомутами из гладкой. Выпуски, используемые для связи свай с железобетонным ростверком, принимаем длиной 300 мм.

Рассчитываем требуемое количество свай, учитывая полученную ранее величину периметра основания (24 м) и шаг между опорами:
24/1,5 = 16 шт.
Считаем, сколько нужно ребристых стержней на одну сваю:
(1,5 + 0,3) × 3 = 5,4 м.
На все сваи уйдет:
5,4 × 16 = 86,4 м ≈ 87 м прутьев периодического профиля.
Для формирования каркаса будут использоваться гладкие прутья, согнутые в окружность. Считаем длину этой окружности (с запасом – по диаметру сваи):
3,14 × 0,2 = 0,628 м.
Таких хомутов на одну сваю потребуется как минимум два:
0,628 × 2 = 1,256 м.
На все 16 буронабивных свай гладких прутьев потребуется:
1,256 × 16 = 20,096 м ≈ 20 м.
Итого на выбранный нами фундамент необходимо 87 м прутьев периодического профиля, 20 м – гладких.

В заключение статьи

Казалось бы, узнать требуемое количество арматуры – очень просто! Но будьте внимательны при расчетах, несколько раз перепроверьте свои вычисления! Гораздо дешевле сразу заказать необходимый метраж, чем потом докупать.

Какими бывают арматурные каркасы для фундамента Загрузка...

Расход арматуры на 1 м3 бетона


Бетон — очень прочный материал, который с лёгкостью противостоит нагрузкам, действующим на него сверху – он не подвержен сжатию. Но в процессе эксплуатации на фундамент влияют еще и силы растяжения, которым он противостоять не может. Армирование нужно для того, чтобы укрепить бетонное основание и защитить его от растяжения и разрушения. Важно верно рассчитать количество стройматериала, которое потребуется для укрепления фундаментальной опорной части, а для этого нужно знать расход арматуры на 1 м³ бетона.

Факторы, влияющие на расходование материала

Расход арматуры на куб бетона и на армирование всего фундаментального основания в целом зависит от нескольких немаловажных факторов:

Содержание арматуры в 1 м3 бетона

Содержание арматуры в 1 м3 бетона

  • Плотность раствора (имеет значение состав) – чем меньше показатель плотности, тем мельче в армирующем каркасе должна быть сетчатая структура – уменьшается шаг.
  • Тип строения и его вес – нормы использования стройматериала на конкретный тип конструкции указаны в таких регулирующих документах: ГОСТ, ГЭСН и ФЕР.
  • Размер (длина, ширина и глубина) бетонной опорной части обуславливает количество продольных и поперечных элементов в армирующем каркасе.
  • Тип почвы – для устойчивых грунтов с высокой несущей способностью применяют металлоизделие с диаметром 10, в противном случае – 14–16 миллиметров.
  • Класс элемента, повышающего прочность, и площадь сечения прутьев обуславливают вес будущей конструкции и нагрузку на грунт.

А также влияет тип фундамента – для каждого вида есть примерные (ориентировочные) показатели затрат арматуры на куб бетона:

  • Для ленточного образца – 20 кг на 1 кубометр.
  • Для столбчатого фундамента – 10 кг на 1 кубометр.
  • Для плитного (имеет два продольных пояса – верхний и нижний) – 50 кг на 1 кубометр.
Параметры гладкой арматуры А1

Параметры гладкой арматуры А1

Варианты подсчета нормы

Выполнить расчёт расхода арматуры на куб бетона несложно. Между рядами несущей конструкции при устойчивом грунте (не подверженном плавучести и вспучиванию) расстояние может составлять 20–30 сантиметров. От всех краёв необходимо отступить по 5 сантиметров, чтобы раствор полностью скрывал каркас и защищал от его влияния окружающей среды (от коррозии). Для поперечных полос армирующего каркаса в целях экономии выбирают продукцию наименьшего диаметра и стоимости.

Поведение бетонных конструкций без арматуры под действием нагрузок

Поведение бетонных конструкций без арматуры под действием нагрузок

Пример проведения расчетов №1 (1 м³)

Расчёт расхода арматуры диаметром 12 миллиметров для горизонтальных рядов:

  • В одном бетонном кубе (то есть в блоке длиной, шириной и высотой по 100 см) поместится 4 продольных ряда (шаг 30).
  • В каждом ряду будет по 4 полосы.
  • Итого: 4*4=16 девяностосантиметровых прутьев (100-2*5).
  • Общая протяжённость армирующих элементов равна 16*90=1440 (14,4 м).

Вычисление расхода арматуры для поперечных горизонтальных и вертикальных элементов, выполненных из материала толщиной 8 мм:

Расчет арматуры для свайного фундамента

Расчет арматуры для свайного фундамента

  • В одном поперечном сечении поместится по 4 лежачих и стоячих девяностосантиметровых прута (всего 8).
  • Сечение повторяется каждые 0,3 ед., а значит, в одном кубе оно присутствует 4 раза.
  • Итого: 8*4=32 девяностосантиметровых металлопрута, расположенных по ширине в одном кубе бетона.
  • Итоговая протяжённость материала равна 32*90 = 2880 (28,8 м).

Вывод: для укрепления бетонного блока размером 1 м³ понадобится 14,4 двенадцатимиллиметровой и 28,8 метра восьмимиллиметровой арматуры.

Для расчёта общего количества стройматериала, необходимого для укрепления конкретного фундамента, нужно знать его тип и точные размеры.

Пример проведения расчетов №2 (ленточный образец)

Вычисление количества металлопродукции для укрепления ленточного фундамента шириной 40, периметром 3000 (9*6), высотой 100 сантиметров:

Расчет арматуры

Расчет арматуры

  • В ширине поместится 2 полосы арматуры (шаг — 30 см, толщина — 10 мм).
  • В основании глубиной 1 метр поместится 4 горизонтальных ряда.
  • Итого: 4*2=8 полос, длиной равных периметру опорных частей, то есть 3000 сантиметров.
  • Итоговая протяжённость равна 8*300=24000 (240 м).
  • В поперечном сечении поместится: 4 горизонтальных ряда тридцатисантиметровых прутьев толщиной 6: по формуле (40–2*5) и 2 вертикальных девяностосантиметровых металлопрута (100–2*5).
  • Итого: 4*30+2*90=120+180=300 (3 м) арматуры в одном рассматриваемом отрезке.
  • Периметр основания — 3000, а поперченное сечение будет повторяться каждые 30 см, то есть 3000/30=100 раз.
  • Итоговая протяжённость равна 100*300 = 30000 (300 м).

Вывод: для укрепления ленточного фундамента шириной 40, а глубиной 100 сантиметров для дома 6*9 понадобится 240 десятимиллиметровой и 300 метров шестимиллиметровой металлопродукции.

Схема монтажа фундамента

Схема монтажа фундамента

Перевод погонных метров в тонны

Чтобы перевести погонный метраж в килограммы или тонны нужно обладать информацией о том, сколько весит 1 метр данной металлопродукции определённого диаметра. Самые распространённые виды имеют следующие показатели:

  • 16 – 1578.
  • 14 – 1208.
  • 12 – 888.
  • 10 – 617.
  • 8 – 395.
  • 6 – 222.
Расчет веса арматуры

Расчет веса арматуры

Показатели массы элемента, повышающего прочность, для 1 м³:

  • 12-14,4*888=12787,2 г (12,787 кг).
  • 8-28,8*395=11376 г (11,376 кг).
  • Итоговый вес – 12,787+11,376=24,163 килограмма (0,024 тонны).

Показатели массы металлоизделия для ленточного фундамента (из примера №2):

  • 10-240*617=148080 г (148,08 кг).
  • 6-300*222=66600 (66,6 м).
  • Общий вес – 148,08+66,6=215,4 килограмма (0,216 т).
Расчёт арматуры для ленточного фундамента

Расчёт арматуры для ленточного фундамента

Рассчитать, сколько понадобится материалов для создания армирующей несущей конструкции любого фундамента не составит труда, если знать обозначенные выше принципы. Это нужно для того, чтобы приобрести достаточное количество стройматериалов и избежать лишних затрат.

Видео по теме: Как рассчитать расход арматуры


Как рассчитать количество арматуры, расчет арматуры


 Расчет количества арматуры для фундамента производится на основании типа фундамента и его формы. Тип и размеры фундамента определяются с учетом расчетных нагрузок и несущей способности грунта. Ранее мы в качестве примера рассчитали нагрузки на фундамент (статья «Как рассчитать нагрузку на фундамент и грунт») для дома размером 6 м на 10 м с двумя внутренними стенами. В настоящей статье произведем расчет количества арматуры и вязальной проволоки для того же дома.

Расчет количества арматуры для армирования плитного фундамента

Исходя из данного типа фундамента нам понадобится арматура с ребристой поверхностью (арматура класса А3) диаметром от 10 мм. Чем больше будет диаметр арматуры, тем крепче фундамент.

Выбор толщины прутка зависит от веса дома и типа грунта. Если несущая способность грунта достаточно высокая, т.е. грунт плотный и непучинистый, то фундамент будет деформироваться меньше и плита может быть менее устойчивой. Чем больше вес дома, тем большая нагрузка приходится на фундамент, тем устойчивее он должен быть. При строительстве легкого деревянного, каркасного, щитового дома на грунте с хорошей несущей способностью. Можно использовать арматуру диаметром 10 мм. И, наоборот, для плитного фундамента  тяжелого дома на слабом грунте потребуется арматура диаметром 14 мм – 16 мм.

Как правило, арматурный каркас делают с шагом сетки 20 см. Для дома размером 6 м х 10 м необходимо уложить:                                              (6/0,2+1) + (10/0,2+1)= 31 (прутки по 6 м) + 51 (прутки по 10 м) = 82 прутка.  В плитном фундаменте 2 пояса армирования – верхний и нижний, следовательно, количество прутков удваиваем. Получается:

82 *2 = 164 прутка, в т.ч. 62 прутка по 6м и 102 прутка по 10 м. Итого 62*6+102*10= 1392 м арматуры.

Верхняя сетка должна быть соединена с нижней, соединения выполняются в каждом пересечении продольных прутков арматуры с поперечными. Количество соединений составит: 31*51 = 1581 шт. При толщине плиты 20 см и расстоянии каркаса до поверхности плиты 5 см, для соединения потребуются прутки длиной 20-5-5=10 см или 0,1 м, общая дина прутков для соединения – 1581*0,1 = 158,1 м.

Общее количество арматуры на плитный фундамент составляет: 1392 + 158,1 = 1550,1 м.
Расчет количества вязальной проволоки: в каждом месте пересечения прутков у нас будет две вязки арматуры – соединение продольного прутка с поперечным и их последующая вязка с вертикальным прутком. Количество соединений в верхнем поясе 31*51=1581 шт., в нижнем поясе столько же. Итого соединений 1581*2=3162 шт.

Для каждой вязки арматуры потребуется вязальная проволока сложенная вдвое длиной 15 см или 30 см чистой длины.

Общее количество вязальной проволоки равно количество соединений умноженное на количество вязок в каждом соединении умноженное на длину проволоки на одну вязку: 3162*2*0,3=1897,2

Армирование ленточного фундамента

Расчет количества арматуры для армирования ленточного фундамента

Ленточный фундамент подвержен изгибу в гораздо меньшей степени, чем плитный фундамент, поэтому для армирования ленточного фундамента используют арматуру меньшего диаметра. При строительстве малоэтажного дома чаще используется арматура диаметром 10 мм – 12 мм, реже — 14 мм.

Независимо от высоты ленточного фундамента при его армировании используют два пояса: продольные прутки арматуры укладываются на расстоянии 5 см от поверхности ленточного фундамента в верхней и нижней его части. Продольные прутки принимают на себя нагрузку на фундамент, поэтому используется ребристая арматура (арматура класса А3).

Поперечные и вертикальные прутка армирующего каркаса ленточного фундамента  не несут такой нагрузки и могут быть выполнены из гладкой арматуры (арматура класса А1).

При ширине ленточного фундамента 40 см будет достаточно четырех продольных прутков – двух сверху и двух снизу. При большей ширине фундамента, или при строительстве фундамента на подвижном грунта, равно как и строительстве тяжелого дома необходимо использовать при армировании большее количество продольных прутков в каждом поясе (3 или 4).

Длина ленточного фундамента под домом 6 м на 10 м с двумя внутренними стенами составит 6+10+6+10+6+10=48 м

При ширине фундамента 60 см и армировании в 6 продольных ребристых прутков их длина составит 48*6= 288 м.

Поперечные и вертикальные прутки можно установить с шагом 0,5 м. При ширине фундамента 60 см, высоте 190 см и отступах прутков каркаса по 5 см от поверхности фундамента длина гладкой арматуры диаметром 6 мм на каждое соединение составит (60-5-5)*2 +(190-5-5)*3 = 640 см или 6,4 м, всего соединений будет 48/0,5+1= 97 шт., на них потребуется 97*6,4=620,8 м арматуры.

Каждое такое соединение имеет 6 пересечений для вязки арматуры и потребует 12 кусков вязальной проволоки. Длина проволоки на одну связку равна 30 см, общий расход вязальной проволоки на каркас для ленточного фундамента составит 0,3 м х 12 х 97 = 349,2 м.

 

Расчет количества арматуры для столбчатого фундамента


При армировании столбиков фундамента достаточно использовать арматуру диаметром 10 мм – 12 мм. Вертикальные прутки выполняются из ребристой арматуры (арматура класса А3). Горизонтальные прутки используются только для связи вертикальных прутков в единый каркас, выполняются из гладкой арматуры небольшого диаметра (достаточно 6 мм). В большинстве случаев армирующий каркас столбика состоит из 2-6 прутков длиной равной высоте столба, прутки равномерно распределяются внутри столба. Вертикальные прутья связываются по высоте столба на расстоянии 40см -50см.

Для армирования столбика диаметром 40 см длиной 2 метра можно ограничиться четырьмя прутками из арматуры диаметра 12 мм, расположенными на расстоянии 20 см друг от друга, перевязанными  гладкой арматурой диаметром 6 мм в четырех местах.

Расход ребристой арматуры на вертикальные прутки 2 м*4=8 м, расход гладкой арматуры 0,2*4*4=3,2 м.

Таким образом, для 48 столбиков понадобится ребристой арматуры 8 м*48=384 м, гладкой 3,2 м*48=153,6 м

Каждый из четырех горизонтальных прутков в столбике крепится к четырем вертикальным. Для их вязки необходимо 0,3 м*4*4 = 4,8 м вязальной проволоки. Для всего фундамента из 48 столбов потребуется 4,8 м*48 = 230,4 м проволоки.

 

Расчет стоимости арматуры для фундамента

Произведя расчет количества арматуры в погонных метрах, мы можем рассчитать её вес и узнать стоимость. Для этого нам понадобится таблица зависимости веса одного погонного метра арматуры от её диаметра. Формула для расчетов: (количество арматуры в погонных метрах)*(вес одного погонного метра арматуры для соответствующего диаметра)*(стоимость одной тонны арматуры)/1000.

Как рассчитать арматуру на монолитную плиту

Информация по назначению калькулятора.

Онлайн калькулятор монолитного плитного фундамента (плиты) предназначен для расчетов размеров, опалубки, количества и диаметра арматуры и объема бетона, необходимого для обустройства данного типа фундамента домов и других построек. Перед выбором типа фундамента, обязательно проконсультируйтесь со специалистами, подходит ли данных тип для ваших условий.

Все расчеты выполняются в соответствии со СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции», СНиП 3.03.01-87 и ГОСТ Р 52086-2003

Плитный фундамент (ушп) – монолитное железобетонное основание, закладываемое под всю площадь постройки. Имеет самый низкий показатель давления на грунт среди других типов. В основном применяется для легких построек, так как с увеличением нагрузки существенно возрастает стоимость данного типа фундамента. При малом заглублении, на достаточно пучинистых грунтах, возможно равномерное приподнимание и опускание плиты в зависимости от времени года.

Обязательно наличие хорошей гидроизоляции со всех сторон. Утепление может быть как подфундаментное, так и располагаться в стяжке пола, и чаще всего для этих целей применяется экструдированный пенополистирол.

Главным преимуществом плитных фундаментов является относительно низкая стоимость и простота возведения, так как в отличии от ленточного фундамента нет необходимости в проведении большого количества земляных работ. Обычно достаточно выкопать котлован 30-50 см. в глубину, на дне которого размещается песчаная подушка, а так же при необходимости геотекстиль, гидроизоляция и слой утеплителя.

Обязательно необходимо выяснить какими характеристиками обладает грунт под будущим фундаментом, так это это является основным решающим фактором при выборе его типа, размера и других важных характеристик.

При заполнении данных, обратите внимание на дополнительную информацию со знаком Дополнительная информация .

Далее представлен полный список выполняемых расчетов с кратким описанием каждого пункта. Вы так же можете задать свой вопрос, воспользовавшись формой в правом блоке.

Общие сведения по результатам расчетов.

  • Периметр плиты — Длина всех сторон фундамента
  • Площадь подошвы плиты — Равняется площади необходимого утеплителя и гидроизоляции между плитой и почвой.
  • Площадь боковой поверхности — Равняется площади утеплителя всех боковых сторон.
  • Объем бетона — Объем бетона, необходимого для заливки всего фундамента с заданными параметрами. Так как объем заказанного бетона может незначительно отличаться от фактического, а так же вследствие уплотнения при заливке, заказывать необходимо с 10% запасом.
  • Вес бетона — Указан примерный вес бетона по средней плотности.
  • Нагрузка на почву от фундамента — Распределенная нагрузка на всю площадь опоры.
  • Минимальный диаметр стержней арматурной сетки — Минимальный диаметр по СНиП, с учетом относительного содержания арматуры от площади сечения плиты.
  • Минимальный диаметр вертикальных стержней арматуры — Минимальный диаметр вертикальных стержней арматуры по СНиП.
  • Размер ячейки сетки — Средний размер ячеек сетки арматурного каркаса.
  • Величина нахлеста арматуры — При креплении отрезков стержней внахлест.
  • Общая длина арматуры — Длина всей арматуры для вязки каркаса с учетом нахлеста.
  • Общий вес арматуры — Вес арматурного каркаса.
  • Толщина доски опалубки — Расчетная толщина досок опалубки в соответствии с ГОСТ Р 52086-2003, для заданных параметров фундамента и при заданном шаге опор.
  • Кол-во досок для опалубки — Количество материала для опалубки заданного размера.

Для расчета УШП необходимо вычесть объем закладываемого утеплителя из объема рассчитанного бетона.

Необходимый расчёт арматуры на монолитную плиту.

kak-rasschitat-armaturu-na-monolitnuyu-plituКак рассчитать арматуру на монолитную плиту.

Производится расчет арматуры для фундаментной плиты в соответствии с нормативами СНиП 52-01 от 2003 года. Основными задачами при проектировании являются: выбор сечения стержней, хомутов, изготовление схемы армирования каждого пояса, определение количества в метрах, перевод в единицы веса для покупки на стройрынке.

Для чего нужен армопояс?

На фундаментную плиту действуют преимущественно растягивающие нагрузки от веса здания, мебели, жильцов, ветра, снега. Однако присутствуют и сжимающие усилия. Бетон работает исключительно на сжатие, причем подобным нагрузкам этот материал противостоять не может. Поэтому в нижней части плиты у подошвы помещают арматурную сетку, компенсирующую сжатие. В верхней части уложена вторая сетка, воспринимающая усилия растяжения.

kak-rasschitat-armaturu-na-monolitnuyu-plitu-2Как рассчитать арматуру на монолитную плиту.

Порядок расчета арматуры.

Согласно нормативам СНиП, процент армирования бетона должен составлять 0,15 – 0,3% (М300 – М200, соответственно). Практика проектирования показывает, что пруток периодического сечения 12 мм обладает достаточным запасом прочности для любых малоэтажных зданий с кирпичными, бетонными стенами. Максимально возможный диаметр стержня, используемый индивидуальными застройщиками, составляет 16 мм. То есть, с увеличением сборных нагрузок необходимо увеличивать, как толщину плиты, так и диаметр арматуры.

Расчет арматуры начинается с определения толщины плиты:

  • длина пролета делится на 20 – 25
  • добавляется 1% погрешности
  • получается высота конструкции

kak-rasschitat-kolichestvo-armatury-dlya-monolitnoy-plityКак рассчитать количество арматуры для монолитной плиты.

Например, для стандартных 6 м пролетов толщина конструкции составляет 30 см. Армируют плиту исключительно горячекатаной арматурой класса А2 и выше. Хомуты, вертикальные перемычки допускается изготавливать из прутков класса А1 диаметром 6 – 8 мм.

Определение сечений.

Расчет арматуры по сечению зависит от прочности бетона (класс В10 – В25), арматуры (класс А240 – А500, В500) на сжатие. Чаще используется бетон В25, арматура А500, имеющие расчетное сопротивление 11,5 МПа, 435 МПа, соответственно. Опирание по контуру в кирпичных коттеджах (четыре несущих стены по периметру) встречается редко. Поэтому используется расчет статической конструкции со средними опорами, план нижнего уровня. Конфигурация верхнего, мансардного этажа обычно совпадает с ним.

  • фундамент имеется под проемами
  • нагрузки распределяются равномерно
  • сопротивление грунта минимально возможное 1 кг/м2

kak-rasschitat-armaturu-dlya-monolitnoy-plity-2Как рассчитать арматуру для монолитной плиты.

Последнее допущение позволяет перестраховаться при незначительном увеличении сметы строительства, не заказывать геологию, топографию, определять грунты на глаз. При сборе нагрузок достаточно производят расчет нагрузки от плиты – объемный вес ж/б (2500 кг/м 2 ) умножается на высоту плиты, коэффициент надежности (1,2). Аналогичным образом добавляются нагрузки от всех конструкций (полы, стропила, кровля, перекрытия, снеговая, ветровая).

Схема армирования.

При наличии внутренних стен нагрузки распределяются неравномерно, расчет арматуры производится по нескольким сечениям плиты. Вычисления могут производиться по нескольким методикам с примерно одинаковым результатом (новый СНиП, способ ж/б балки, по моменту сопротивления), изменится высота расположения сетки армопояса.

После чего корректируется принятая на начальном этапе толщина плиты для экономии бетона. После сверки с таблицами СНиП вычисляются необходимые площади сечения, количество прутков, диаметр арматуры. Затем этот параметр унифицируется с учетом коэффициента армирования в зонах опор. При значительных габаритах плиты реальная экономия металлопроката достигает 27% за счет отсутствия нижней сетки в ее центральной части

Расчет количества.

Арматура обычно продается весом, у каждого продавца имеется таблица перевода длины прутка в массу и наоборот. Если произвести вычисления заранее, можно проконтролировать эти цифры при покупке. Производится расчет количества арматуры по схеме:

  • вычисление количества продольных стержней – из длины короткой стены необходимо отнять два защитных слоя по 2 см, разделить цифру на шаг сетки, отнять еще единицу
  • подсчет количества поперечных стержней – аналогично предыдущему способу, только с размером длиной стены

Далее необходимо учесть наращивание прутков по длине:

  • стандартный размер арматуры 6 м либо 12 м
  • доставить на объект легче 6 м прутки
  • если длина стен больше этого размера, потребуется нарастить цельный стержень обрезком
  • минимальный нахлест по СНиП 60 диаметров (например, 60 см для 10 мм арматуры)

kak-pravilno-rasschitat-armaturu-dlya-monolitnoy-plityКак правильно рассчитать арматуру для монолитной плиты.

Останется сложить длину всех прутков, нахлестов, чтобы получить общий погонаж «рифленки». Для хомутов используется гладкая арматура, куски которой изгибаются в пространственные конструкции сложной формы. Подсчитать длину заготовки можно сложением всех сторон.

Для каждого стыка потребуется 30 см кусок вязальной проволоки. Их количество можно вычислить перемножением продольных прутков на поперечные. Если в проект заложена «шведская», чашеобразная плита, расход арматуры автоматически увеличится:

  • в каждом ребре жесткости проходят 4 продольных прутка (возможно с нахлестом)
  • они связываются квадратными хомутами через каждые 30 – 60 см
  • ребра обязательны по периметру
  • могут добавляться параллельно короткой стене через 3 м

На последнем этапе расчет арматуры заключается в переводе единиц измерения. Зная массу погонного метра, можно вычислить общий вес каждого сортимента металлопроката для плитного фундамента коттеджа.

Корректировка конструкции ж/б плиты.

Если заменить дорогостоящий плитный фундамент ленточным невозможно по ряду объективных причин, можно постараться снизить бюджет строительства. Например, при толщине 30 см крупногабаритные конструкции сложно залить даже при регулярном приеме смеси из миксеров. Выходом часто становится подбетонка:

  • при толщине 5 – 7 см она не требует армирования
  • заливается в один прием
  • выравнивает основание
  • защищает гидроизоляцию от порывов щебнем
  • снижает толщину защитного слоя (нижнего) на 20 – 35 мм
  • использует тощий бетон

kak-rasschitat-armaturu-dlya-monolitnoy-plityКак рассчитать арматуру для монолитной плиты.

Однако в этом случае сечение стержней верхнего слоя придется пересчитать. Для несимметричных плит (внутренняя стена смещена относительно центра конструкции) производится расчет по большему значению длины пролета, как для симметричных. Запас прочности повысится при незначительном повышении сметы.

Подобным способом можно рассчитывать арматуру для плитных фундаментов любой сложности. Кроме того, существует ПО для проектировщиков, делающих это с высокой точностью.

Монолитный плитный фундамент.

Монолитная фундаментная плита представляет собой ни что иное как плиту из бетона, имеющую плоскую или же ребристую форму, содержащую внутри арматурное укрепление, которое называется армированием. Такой тип фундамента применим чаще всего на слабых размываемых грунтах под строительство не очень тяжелых строений или же при возведении тяжелых печей и каминов, а также под тяжелое стационарное оборудование.

Данный калькулятор позволяет рассчитать для монолитного сплошного фундамента:

  • Объем бетона для заливки плиты.
  • Необходимое количество материалов для приготовления бетона.
  • Количество доски, необходимое для устройства опалубки.
  • Ориентировочную стоимость всех стройматериалов.
  • Армирование фундаментной плиты зависит от геологических условий и проекта.

Калькулятор материалов для монолитной фундаментной плиты

Онлайн калькулятор для расчета приблизительной стоимости и необходимого количества материалов для монолитной фундаментной плиты.

Основные достоинства монолитного плитного фундамента:

  • высокая несущая способность;
  • способность противостоять смещению и вспучиванию грунта;
  • простота конструкции;
  • хорошая способность противостоять грунтовым и талым (поверхностным) водам;
  • возможность строительства цокольного этажа, защищённого от талых вод;

Основные достоинства монолитного плитного фундамента:

  • высокая несущая способность;
  • способность противостоять смещению и вспучиванию грунта;
  • простота конструкции;
  • хорошая способность противостоять грунтовым и талым (поверхностным) водам;
  • возможность строительства цокольного этажа, защищённого от талых вод;

Плитный фундамент хорош в том случае, когда строительство ведется на песчаных подушках или сильно сжимаемых, пучинистых грунтах. Благодаря тому, что монолитная плита покрывает всю площадь здания, для такого фундамента не опасны смещения грунта.

Плитный фундамент — разновидность мелкозаглубленного ленточного — представляет собой либо монолитную плиту либо железобетонную решетку под всю площадь здания. Такой фундамент используется для возведения коттеджа (особенно из ячеистых бетонных блоков), На тяжелых пучинистых, насыпных и слабонесущих грунтах возможно устройство так называемых плавающих фундаментов из сплошных или решетчатых монолитных железобетонных плит.

Недостаток плитного сплошного фундамента:

  • недостатков у монолитной плиты, за исключением её высокой затратности — нет.

Монолитный сплошной фундамент, особенно заглубленный может составить от 30 до 50% стоимости коробки дома. Если же плитный фундамент мелкозаглубленный, то затраты на бетон и арматуру компенсируются простотой сооружения, если-же плитный фундамент заглубленный, то помимо большой массы бетона придется завезти значительное количество песка и щебня для сооружения подушки и обратной засыпки, аренда техники для сооружения котлована и другие расходы зачастую превышают разумную пропорцию (20 % общей стоимости коробки).

 

Рекомендация: Это всего лишь обзорная статья о том как рассчитать арматуру для плитного фундамента. Для общего развития ее нужно прочитать. Но если вы не хотите получить массу проблем и потерять деньги, то лучше привлечь специалиста и проконтролировать его.

Расчет арматуры для монолитной плиты

Содержание статьи:

 

монолитная плитаМонолитные плиты применяются, когда планируется отойти от стандартных параметров при строительстве и использовать особенные характеристики зданий.

Благодаря повышенной жесткости, использование монолитных плит является наиболее экономически выгодным вариантом. Единственный минус – монолитные плиты сложно укладывать при пониженных температурах.

Чтобы перекрытие было устойчивым и прочным и прослужило долгие годы, важно производить точный расчет монолитной конструкции, а если она заливается самостоятельно, то здесь не обойтись без расчета арматуры, которая является основой конструкции.

Во время создания составления проекта необходимо:

  • определить марку бетона
  • тип арматуры,
  • просчитать схему ее укладывания,
  • продумать систему изоляции от воздействия воды и тепла,
  • подсчитать, сколько стройматериала необходимо для проведения работ.

Применение арматуры в строительных целях

Арматурные стержни в первую очередь служат для того, чтобы уберечь бетонное основание от значительных нагрузок и, как следствие, образования разрушений и трещин. Бетон сам по себе не может дать прочностные характеристики, особенно при большой площади использования, заливки.

В первую очередь арматура, стальная или композитная, позволяет фундаменту справляться с резкими скачками температур и подвижностью грунта. Здесь сразу становится Композитная арматураактуальным информация о фундаменте на пучинистых грунтах, и о том, как именно его собирать и заливать.

В свою очередь, бетонное покрытие же спасает арматуру от плавления под воздействием огня и уберегает от коррозии, правда, последнее относится к стальному материалу, если же в работе используется современная стеклопластиковая арматура, то коррозия ей совершенно не страшна.

Неровная поверхность арматуры позволяет прочно сцепляться материалам при заливке бетонного раствора. Стержни арматуры укладываются продольно и поперечно для прочности всей конструкции. При этом укладку следует проводить по всем правилам.

Важно! Приступая к работе с армированием монолита, нужно понимать, как на практике реализовывается схема армирования.

Кроме того, необходимо выбрать способ соединения арматуры. Если это стальные стержни, то можно использовать и вязательную проволоку и сварку, если композитная, то проволоку.

Правила выбора арматуры

Перед тем, как подобрать материал, важно выяснить уровень планируемой нагрузки. Для этого выбирается фундамент и производится анализ грунта.

Далее производится расчет арматурного сечения. Для монолитной плиты выбирается диаметр стержней свыше 10 мм. При этом важно помнить о степени нагрузки на грунт.

При слабом грунте применяются более толстые арматурные стержни, к примеру, от 12 мм. Что касается углов строения, то здесь может быть использована и арматура до 16 мм.

Арматура бывает нескольких видов в зависимости от особенностей:

  • Арматура продольного типа не позволяет растягиваться конструкции и появляться вертикальным трещинам. При воздействии арматурный стержень берет на себя часть нагрузки и равномерно распределяет по всей поверхности плиты.
  • Арматура поперечного типа защищает от появления трещин в момент воздействия напряжения на опоры.

Расход арматуры при армировании

Обладая точными цифрами, можно правильно подобрать арматуру, толщину плиты, марку и количество бетона. Это в свою очередь позволит сэкономить силы и финансовые средства.

Напомним снова, как бы банально это не было, но не стоит экономить на покупке качественных стройматериалов, особенно, когда дело касается фундамента. В противном случае то может Монолитное строительствосказаться на сроке эксплуатации конструкции, и при ремонте потребуется выложить гораздо больше денег, чем было сэкономлено.

Существуют общепринятые нормы, как рассчитать расход арматурного материала в расчете на 1 кубометр бетонного раствора. При укладке арматура размещается вплотную на поверхности плиты, при этом от края остается 3-5 см.

Расчет на примере плиты 8х8

Точное количество арматуры рассчитывается на примере плиты размером 8х8 метров.

Для устойчивости грунта идеально подойдет стержень арматуры ∅ 10 мм. Как правило, сетка из арматуры выкладывается через шаг до 200 мм. Исходя из этого, не сложно вычислить нужное количество стержней.

Для этого ширина плиты делится на размер шага в метрах и прибавляется 1 прут (8/0,2+1=41). Для получения сетки стержни размещаются в перпендикулярном направлении. Значит, полученный результат нужно умножить на два (41х2=82 стержня).

Важно! При монтаже монолитной плиты требуется укладка двух слове сетки из арматуры сверху и снизу. Следовательно, данные снова умножаем на два (82х2=164 стержня).

Длина стандартного арматурного стержня составляет 6 метров. Исходя из этого, получается следующий расчет: 164х6=984 м.

Слои связаны между собой точками пересечения, количество которых легко вычислить, если количество стержней умножить на этот же показатель (41х41=1681 штук). Арматура в виде сетки укладывается в 5 см от основания плиты.

Толщина монолитной плитыТолщина монолитной плиты равняется 200 мм. Чтобы произвести соединение, потребуется стержень длиной 0,1 метров.

Для осуществления всех соединений понадобится 0,1х1681=168,1 метров арматурного материала. Итого для проведения строительных работ потребуется 984+168,1=1152,1 метров арматуры, это теперь можно посчитать и в весе, если знать, сколько весит метр арматуры. Цифра получится также важной для расчета нагрузок на основания строения.

Практически всегда арматурные стержни продаются в строительных магазинах в килограммах. Один стержень весит в среднем 0,66 кг, значит, потребуется 0,66х1152,1=760 килограмм арматуры.

Сколько арматуры нужно на фундамент 10 на 10

Для возведения любого здания или сооружения большое значение имеет наличие надежного и прочного фундамента. Именно от его качества в первую очередь будет зависеть долговечность и безопасность здания. Для того чтобы произвести заливку посредством бетона и закладку арматуры монолитного фундамента 10х10 и не ошибиться, следует подготовить подробную смету работ, тщательно рассчитав расход материалов, их количество, а также стоимость. Особенно пристальное внимание следует уделить тому, сколько арматуры нужно приобрести для надежного укрепления фундамента.

Подсчет количества арматуры

Сколько потребуется металлической арматуры для фундамента проще всего рассчитать на примере основания размером 10х10 м.

Поскольку каркас арматуры – один из наиболее дорогостоящих элементов основания, чтобы избежать лишних расходов, надо особенно тщательно рассчитать расход арматуры на куб или на весь фундамент. Обычно для того, чтобы рассчитать необходимое количество арматуры используется следующая формула: L=4xP, где:

  • «L» — это то количество материала, которое необходимо для продольных несущих стержней арматуры;
  • «Р» — это периметр фундамента.

Сколько нужно арматуры для перемычек, считается по немного иной формуле: L=10xP. Разница в формулах объясняется тем, что для создания перемычек материала надо более, чем в два раза.

Используется в данном случае арматура диаметров от 10 до 12 мм. Прутья надо располагать двумя поясами, надежно соединенными один с другим.

Каждый такой пояс представляет собой арматурную сетку с диаметром ячейки около 20 см. При условии, что толщина каркаса составляет порядка 20 см, длина перемычек должна быть 25 см.

Если произвести несложные расчеты, расход арматуры рассчитать оказывается довольно просто: на 10 м плиты надо 51 металлических стержней, длина каждого из которых составляет 10 м. Для перпендикулярной сетки нужно аналогичное количество прутьев. Итого общий расход арматурных прутьев составит для одного пояса 102 прута. Сколько надо прутьев для второго арматурного пояса, сосчитать будет еще проще: 102х2 – 204.

Расход арматуры на кубический метр бетона

Отдельно следует рассмотреть расход арматуры на м3 бетона. Расчет производится по действующему ГОСТу индивидуально в каждом отдельно взятом случае. Связано это с тем, что характеристики самого бетона могут варьироваться в достаточно широких пределах в зависимости от наполнителя и добавок.

Для армирования фундамента чаще всего используется стальная ребристая арматура с диаметром от 8 до 14 мм. Подобная поверхность позволяет обеспечить максимальное сцепление со слоем бетона. На фундамент 10 на 10 в среднем уходит 150-200 кг арматуры на каждый куб бетона (для колонн расход составляет от 200 до 250 кг на куб бетона). В последнее время в процессе строительства используется арматура из стеклопластика. Ее стоимость несколько выше стоимости металлического аналога. Но если рассчитать, сколько нужно таких армирующих прутьев на м3, вероятнее всего использование композитной арматуры для фундамента окажется намного более выгодным. Как правило, стоимость композитной арматуры оказывается в среднем вдвое ниже, чем стальной. Это связано с тем, что расход на куб бетона у прутьев аналогичный, но при этом вес композитной намного ниже.

Для того чтобы рассчитать расход прутьев на куб бетона и не ошибиться, в принципе не так уж сложно. Нужно только знать, сколько м3 бетона будет использоваться для заливки фундамента. Если вы боитесь ошибиться в расчетах арматуры на куб бетона, всегда можно воспользоваться помощью профессионалов. Они с максимальной точностью рассчитают расход материалов на м3 раствора и при необходимости выполнят и саму закладку фундамента, а также его армирование.

Сколько арматуры нужно на ленточный фундамент 10х10

Если взять ленточный фундамент со стороной 10 метров и одной несущей стеной посередине, его общая длина составит 10х(10х4)=50 м. При ширине основания 40 см для закладки прочного и добротного основания надо уложить три арматурных стержня. А поскольку ленточный фундамент обязательно должен иметь 2 пояса, прутков нужно 6. Умножаем эту цифру на длину стержня (10 м) и получаем результат. Для того чтобы качественно армировать ленточный фундамент, потребуется потратить 60 м прутьев. Помимо этого, потребуется рассчитать и количество поперечных прутьев. При длине ячейки 50 см размер прутка должен быть 30 см. Таким образом, на одну сторону основания понадобится 90 мм арматурных прутьев, а поскольку рассматриваемый ленточный фундамент имеет пять лент, то итоговая цифра составит уже 450 м.

Сколько арматуры нужно на плитный фундамент 10х10

Чтоб создать площадку, делают фундамент в форме плиты (плитное основание). Прежде чем приступить к заливке фундамента необходимо насыпать слой песка со щебнем, покрыть его небольшим слоем раствора и разложить арматуру. Обычно с данной целью используются прутья диаметром 12 мм. Размер ячеек составляет в данном случае 20 мм и применяется двухпоясная система закладки армирующего слоя.

При размере плиты основания 10х10 м, на один погонный метр необходимо десять стержней. Соответственно на 10 м – 50 штук. Прибавим сюда 50 поперечных прутьев и получаем расход материала на один пояс – 50 прутьев. Поскольку поясов потребуется два, умножаем на это число полученное количество прутьев и получаем необходимый объем материала – 100 прутьев.

Сколько арматура нужно на столбчатый фундамент 10х10. Для армирования столбчатого фундамента потребуются арматурные стержни с сечением от 10 до 12 мм. Они устанавливаются вертикально с шагом от 10 до 15 см. На один столб приходится 4 стержня. Для подсчета количества арматуры необходимо знать общее число всех столбов. Узнать эту цифру можно из проектной документации.

Расход арматуры на 1 м3 бетона: расчет армирования

Во время проектирования крупных сооружений все расчеты по материалам выполняются в строгом соответствии с проектом и нормативными документами. Расход арматуры на 1 м3 бетона имеет важное значение и при малых застройках в частном строительстве, ведь неправильная закладка прутьев может повлечь за собой ряд дефектов и ненадежность выполненной конструкции. Для определения необходимого количества компонентов используют математические формулы.

Необходимость армирования сооружения

Армирование конструкции выполняют для создания устойчивого фундамента и конструктивных элементов. Основа монолита поддается нагрузке сил растяжения, которым и оказывает сопротивление армирующий каркас. Назначение здания влияет на количество металла и его нормативный вес в бетонном слое, а также и тип. При разработке рабочего проекта учитываются все возможные нагрузки. Это не только нагрузка из бетона с армированием на основание конструкции, но и состояние почвы, на которой возводят здание, влияние подземных вод или агрессивной окружающей среды (снег, ветер, дождь).

Зачем нужно производить контроль использования арматуры?

Расчет количества арматуры необходим для прочности сооружения, а также сокращения затрат на строительство.

Расход арматуры на куб бетона позволяет определить требуемое количество материала — бетонной составляющей и каркаса. Если стальных элементов будет недостаточно, то конструкция получится непрочной. Если же прутьев закладывают намного больше, чем необходимо — это понесет дополнительные затраты, причем в этом нет необходимости. Поэтому количество арматуры в 1 м³ бетона рассчитывают, согласно 3-м основным сведениям о постройке:

  • вид почвы;
  • расчет арматурных прутков;
  • нагрузка фундаментной плиты.

Чтобы точно понять какой Ø и шаг закладки необходим при возведении основания, необходимо провести вычисления или закладывать элементы с большим запасом по прочности и минимальным шагом.

Расчет армирования для основания здания: методы

Вычисление численности элементов арматуры на фундамент требует использования норм смет государственного назначения (СН 81—02—06—81) или ФЕР и ГОСТ-5781. В сметных нормах указано, что армирование монолитного основания здания объемом до 5 куб. метров используют 1 т стали. В сборнике единичных ремонтно-строительных работ расчет на действие эксплуатационной нагрузки проводится в зависимости от типа выполняемого фундамента здания (объемный или плоский). Норма в проектировании между ними может быть с разницей более в 100 килограмм сплавов на 1 м куб.

Посмотреть «ГОСТ 5781-82» или cкачать в PDF (0 KB)

Существуют нормы, которые указывают сколько рекомендовано исользовать материала, в зависимости от типа фундамента.

Ориентировочно вывели показатели нормы объемов используемой арматуры для возведения фундаментов в зависимости от типа в кг/м3:

  • ленточной закладки — 20;
  • плитный монолитный — 50;
  • столбчатый — 10.

В Строительных нормах и правилах (СНиП 52—01—2003 и ВСН 416—81 дополнение 452—84) представлены данные для подсчета материала стандартной постройки. Для этого необходимо знать высоту, глубину закладки и опорную площадь, а по таблицам определить вес, длину и класс проволоки, число прутьев на единицу площади. Поскольку их укладывают в бетонный слой внизу и сверху бетона, в ходе определения величин опираются на тип стройматериала и вид перекрытия. Чем массивнее здание и тяжелее, тем Ø стержней берут больше. Легкие сооружения закладывают прутьями 10—12 мм, тяжелые — до 18 мм. Для железобетона одним из важных показателей является плотность бетонной смеси. Стальных элементов используют в большем количестве при меньшей плотности.

Строительство плитного фундамента

Толщина плиты влияет на укладку арматуры. Если она менее 15 см, то укладка прутьев выполняется в 1 слой. Если показатель превышает эти значения, следует выполнять каркас из сетки. От используемого материала зависит длина ячеек, железобетонные стены выполняют квадратами по 20 см, а для легких построек с использованием газобетона или пустотелого кирпича до 40 см. Например, длина 4 м, высота 0,4 м, а ширина 6 м, прутья 12 мм, в таблицах нормы соотношения определяем, что понадобится 500 м арматуры — 21 ряд горизонтально и 31 вертикально.

Обустройство ленточного фундамента

Наиболее простым в расчетах является ленточное основание, для которого выкладывают арматуру каждые 20 см.

Для этого типа фундамента применяется армирование продольно. В основном по ширине основания выкладывают арматуру через каждые 20 см. Поэтому провести подсчет количества, зная исходные данные не составляет труда. Все внутренние и примыкающие стены делают с меньшей частотой закладки и диаметра.

Пример: если выложено 6 стальных элемента по ширине конструктивного элемента, то для получения точного количества всей арматуры периметр ленты умножают на 6. Вертикальные элементы закладывают через 1 м в зависимости от глубины закладки и высоты стен. Расстояние закладки стержней до краев бетонной конструкции, менее 5 см, чтобы избежать коррозии. На ленточный фундамент зачастую делают стыковку железных прутков, в которой наложение в месте стыка должно быть 30 диаметров. Если же диаметр ячеек 15 на 15 см, то следует их класть в 2 слоя.

Как перевести вес погонного метра арматуры в тонны?

Это значение равносильно 1 м изделия, независимо от высоты и ширины. Наиболее простой метод определения линейных размеров— это от цельного куска отрезать 100 см элемента и определить массу. Для определения сколько в 1 т погонных метров необходимо разделить тонну (или 1000 кг) на определенный вес 1 метра необходимого вида металла, опираясь на нормативные документы.

Таблица соотношения веса и погонного метра арматуры

Количество метров в тонне арматуры зависит и от ее диаметра. Если арматурные элементы тонкие, то тем их больше в переводе на большой вес. Пример: Задача решается путем умножения массы и количества метров. После математических вычислений получим килограммы определяемого материала, таким образом, стальные прутки Ø 12 мм умножаем на вес 0,617 кг. В результате получаем 74,04 кг на м. Переводим эту цифру в тонны делением на 1 тыс.: 74,04/1000=0,07404 т. Выполняя все подсчеты согласно существующим правилам можно точно определять количество арматуры на 1 м3 бетона фундамента.

Чего ожидать от обучения с подкреплением? | Мориц Кирште

Обучение с подкреплением - это сквозное

Вы помните три основные проблемы, связанные с имитационным обучением?
Первую проблему можно решить, предоставив вашей системе возможность самостоятельно решать, какое действие потребуется для достижения прогресса. При этом исчезает и вторая проблема просто потому, что она больше не имитирует и учится самостоятельно, оценивая более высокую цель вознаграждения (третья проблема предвидения).

Чтобы подчеркнуть, что: он учится так же, как человек изначально изучил задачу, но начиная с самого первого начала. Первые несколько часов обучения будут буквально означать просто сбор данных путем случайных действий, и, надеюсь, мы сделаем что-то отличное (определяемое функцией вознаграждения), чтобы мы могли научиться укреплять это поведение, которое должно стать более вероятным в будущих итерациях.

Это можно сравнить с методом проб и ошибок в обучении новорожденного ребенка, который на самом деле не знает своих собственных возможностей.Его способ справиться с этой ситуацией - исследовать окружающую среду, ползая и плача, что в настоящее время для него лучший выбор.

Обратите внимание, что по мере того, как мы станем лучше, нам придется продолжать не только предпринимать те действия, которые были многообещающими в прошлых итерациях, но также рассматривать новые необычные действия. Это называется компромиссом между эксплуатацией и исследованием, при котором в таких алгоритмах, как ε-greedy, небольшой процент отводится случайным действиям. Это момент, когда большинство людей останавливаются, заявляя: «Это хорошо работает, так зачем что-то менять?».Всегда есть лучшее решение, его изучение требует времени, затрат и усилий…

Определения

Цикл обучения с подкреплением, слегка улучшенный из курса DeepRL Сергея Левина

Я не хочу вас путать, поэтому я быстро пойду рассмотрим здесь основные технические термины и вкратце проясним весь процесс цикла в обучении с подкреплением.

В основном задействованы всего две стороны: среда и агент . Среда предоставляет агенту подходящее наблюдение текущего состояния (e.грамм. изображение, видео, сенсорные данные и т. д.), которые обрабатываются агентом посредством политики (например, сверточной нейронной сети), выводящей наиболее вероятное действие в этом текущем состоянии, которое затем может быть выполнено агентом в своей среде. Окружение теперь отвечает сигналом reward , оценивающим качество этого шага. Это может быть положительный сигнал для поощрения определенного поведения или отрицательный для наказания за плохие решения. Конечно, весь процесс повторяется до тех пор, пока либо эпизод не завершится достижением цели, либо мы не достигнем верхнего предела.Некоторые алгоритмы зависят от данных, собранных в течение всего этого эпизода, например Policy Gradient , другим просто нужно изучить пакет { state , action , reward , next state }.

А какие критерии оптимизации?

Это просто максимизация суммы всех ожидаемых будущих наград в данном эпизоде.

Один пакет данных { s , a , r , s ’}.Изображения пейзажа от NVIDIA

Здесь этот пакет данных визуализирован графически. Важно отметить, что теперь нам нужен непрерывный поток данных. Таким образом, одноразовый процесс маркировки данных, как в Imagenet, больше не имеет ценности. Это потому, что нам нужно будет собирать данные даже по этим регионам, алгоритм даже не знает вначале, что такой регион может существовать. Как ребенок, который не знает, как весело играть с игрушкой, пока в конце концов не найдет ее. Или автомобиль, который не знает, что он должен осознавать риск скольжения во время снегопада, пока не попадет в такую ​​ситуацию.

Вот почему среда является неотъемлемой частью разработки алгоритма и не может быть предварительно вычислена, как в контролируемом обучении.

Q-Learning

Q-Learning - один из самых известных конкретных алгоритмов обучения с подкреплением. Он был назван в честь Q-функции, которая оценивает сумму всей будущей награды, выполняя определенное действие в данном состоянии. Обратите внимание, что это не просто дает возможность узнать вне политики, что означает любое { состояние , действие , вознаграждение , следующий состояние } -пакет достаточно вместо одного целого эпизода, содержащего несколько кроме того, это также снижает дисперсию: благодаря вычислению Q-функции алгоритм не полагается только на информацию одного эпизода.Вместо этого он предпочитает те шаги, которые превратились в одинаковых ситуациях в несколько эпизодов, как хорошие. Один эпизод сам по себе всегда каким-то образом необычен и ошибочен, но в сумме подчеркивается их основная общая закономерность.

А как вообще тренировать эту Q-функцию?

Уравнение Беллмана: Q (s, a) = r + γ * max Q (s ', a')

Q-функция, выводящая все будущие награды, может быть представлена ​​в виде огромной таблицы с состояниями в виде строк и действия в виде столбцов или нейронной сети.

Абстрактно говоря, обучение может быть таким простым, как показано на рисунке выше: добавьте к текущему вознаграждению за пакет данных Q-Value следующего состояния (при условии, что вы всегда будете предпринимать наилучшие действия в соответствии с Q-Value) и это по определению текущее значение Q-Value. Теперь постарайтесь максимально увеличить эту награду.

Коэффициент дисконтирования γ от его имени гарантирует, что алгоритм предпочитает достижение определенного вознаграждения сейчас, а не такое же вознаграждение за два или более временных шага, поэтому он не достигает цели определенно в какой-то точке бесконечного горизонта, а вместо этого, как только возможно.Умножение коэффициента дисконтирования на каждое вычисленное Q-значение, как правило, делает будущее вознаграждение менее полезным.

Табличный пример Q-Learning: FrozenLake

FrozenLake: Пример кода FrozenLake: Начиная с пластины 1, агент должен найти свой путь к пластине 16, которая вознаграждается одним, избегая смертельных дыр.

В примере FrozenLake агент взаимодействует со своим окружением, получая состояние (от 1 до 16: текущая пластина) и отправляя желаемое действие (рассчитанное с помощью Q-функции), что приводит к определенной награде.

Удаление коэффициента дисконтирования в этом случае приведет к появлению таблицы, содержащей либо 0,00 для лунок, либо 1,00 для остальных озер: она учит, как решить задачу без ошибок, но не решить ее как можно скорее, насколько это будет логично для нас, людей.

Более того, в более реалистичном сценарии нельзя просто использовать таблицу, даже если рассматривать изображения как входные состояния или даже непрерывные состояния. Вот тут и появляются нейронные сети.К сожалению, в этой ситуации не гарантируется, что она сойдется, однако на практике это часто бывает.

Скорее полезной, чем наш игрушечный пример, является игра под названием Breakout:

Q-обучение в Breakout: 1-й против 7-тысячного [~ 4 часа] против 9-тысячного [~ 10 часов] эпизода

Четыре десятилетия назад Стив Джобс и Воз запрограммировали Breakout в Atari за четыре ночи, используя всего 42 TTL-чипа. Представляли ли они тогда, что теперь возможно с помощью обучения с подкреплением изучить продвинутую политику, способную самостоятельно наблюдать, как лучше всего играть? Искусственный интеллект, специально не запрограммированный для одной игры и явно не имеющий доступа к внутреннему представлению состояния? Это больше, чем просто знакомство с доступными действиями и поддержание мяча в живых, это стратегия игры: избегание как штрафов за попадание в оранжевые блоки (увеличенная скорость), так и начала игры (укороченная ракетка), кажется, вполне срабатывает. хорошо.По крайней мере, в более поздних версиях…

На основе модели RL

И последнее, но не менее важное, высшая дисциплина, крем-де-ла-крем, все еще отсутствует: мета-обучение. Алгоритм обучения на высшем уровне! О нет, только не крем. А пока мы будем придерживаться того, чтобы RL на основе моделей было таким же дальновидным, как мета-обучение, но более простым в использовании.

Вместо изучения функции вознаграждения, как в Q-обучении в RL на основе моделей, рассматривается еще более сквозной подход: мечтать о том, какой может быть среда, а затем действовать в соответствии со своей мечтой, насколько это возможно.

.

Демистификация обучения с подкреплением: исследование против эксплуатации в сеттинге многоруких бандитов. | Мохаммад Ашраф

Эпизод 5, демистификация дилеммы разведки и эксплуатации, жадность, ε-жадность и алгоритмы UCB в сеттинге многоруких бандитов.

Mohammad Ashraf

Разведка и эксплуатация

Принятие решений в режиме онлайн включает фундаментальный выбор; исследование, когда мы собираем больше информации, которая может привести нас к более правильным решениям в будущем или эксплуатации, где мы принимаем лучшее решение с учетом текущей информации.

Это происходит потому, что мы учимся в режиме онлайн. В условиях обучения с подкреплением никто не дает нам некоторого пакета данных, как при обучении с учителем. Мы собираем данные по ходу работы, и действия, которые мы предпринимаем, влияют на данные, которые мы видим, поэтому иногда стоит предпринять различные действия для получения новых данных.

Задача k-arm Bandit

Рассмотрим следующую задачу обучения. Вы неоднократно сталкиваетесь с выбором из k различных вариантов или действий.После каждого выбора вы получаете числовую награду, выбранную из стационарного распределения вероятностей, которое зависит от выбранного вами действия. Ваша цель - максимизировать ожидаемую общую награду за некоторый период времени, например, выбор 1000 действий или временных шагов.

Это оригинальная форма задачи о бандите k , названная так по аналогии с игровым автоматом, за исключением того, что она имеет рычаги k вместо одного. Выбор каждого действия похож на нажатие одного из рычагов игрового автомата, а награды - это выплаты за выигрыш джекпота.Посредством повторяющегося выбора действий вы должны максимизировать свой выигрыш, сосредоточив свои действия на лучших рычагах.

Каждое из действий k имеет ожидаемую или среднюю награду при условии, что это действие выбрано; назовем это ценностью этого действия. Мы обозначаем действие, выбранное на временном шаге t , как At , а соответствующее вознаграждение как Rt. Тогда значение произвольного действия a , обозначенное q * (a) , является ожидаемым вознаграждением, учитывая, что выбрано a :

Если бы мы знали значение каждого действия, то было бы тривиально Решите проблему с бандитом k : вы всегда выбираете действие с наибольшим значением.Мы предполагаем, что нам неизвестны значения действий с уверенностью, хотя у нас могут быть оценки. Мы обозначаем оценочное значение действия a на временном шаге t как Qt (a). Нам бы хотелось, чтобы значение Qt (a) и было близко к q * (a).

Если вы ведете оценки значений действий, то на любом временном шаге существует по крайней мере одно действие, оценочное значение которого является наибольшим. Мы называем это жадными действиями . Когда вы выбираете одно из этих действий, мы говорим, что вы используете свои текущие знания о значениях действий.Если вместо этого вы выбираете одно из нежадных действий, мы говорим, что вы исследуете, потому что это позволяет вам улучшить вашу оценку ценности нежадных действий. Эксплуатация - это то, что нужно сделать, чтобы максимизировать ожидаемую награду на одном этапе, но исследование может принести большую общую награду в долгосрочной перспективе, так что мы должны делать, чтобы решить эту дилемму?

Сначала мы начнем с рассмотрения методов оценки значений действий и использования этих оценок для принятия решений о выборе действий, которые мы все вместе называем методами значения действия.Напомним, что истинное значение действия - - это средняя награда, когда это действие выбрано. Один из естественных способов оценить это - усреднить фактически полученные награды:

Если знаменатель равен нулю, то вместо этого мы определяем Qt (a) как некоторое значение по умолчанию, например 0. Поскольку знаменатель стремится к бесконечности, закон больших чисел, Qt (a) сходится к q * (a) . Мы называем это методом выборочного среднего для оценки ценности действий, потому что каждая оценка представляет собой среднее значение выборки соответствующих наград.Конечно, это всего лишь один способ оценить ценность действий, и не обязательно лучший.

Сожаление

Вместо того, чтобы учитывать размер полученного вознаграждения, мы можем задать вопрос, насколько мы сделали хуже, чем лучшее, что мы могли сделать? Оптимальное значение В * - лучшее, что мы могли бы сделать, если бы знали, какая машина принесла больше всего:

Жалко, насколько мы далеки от В * , это потеря возможности для одного шага в ожидание,

Общее сожаление - это общие потери возможностей за все временные шаги,

Мы хотим максимизировать совокупное вознаграждение, что означает, что мы хотим минимизировать общее сожаление.Полезно думать о сожалении, потому что оно помогает нам понять, насколько хорошо может работать алгоритм. Мы хотим найти алгоритмы, сводящие к нулю каждый шаг сожаления.

Мы можем сформулировать сожаление по-другому. Считайте, что Nt (a) - количество - это ожидаемое количество раз, которое мы выбрали действие a . Габарит Δa - это разница в стоимости между действием a и оптимальным действием a * ,

. Теперь мы можем выразить сожаление в зависимости от пропусков и подсчетов,

Если мы подсчитываем, сколько мы потеряли каждый раз, когда мы выбираем действие a , это то же самое, что подсчитывать, сколько раз мы выбирали это действие, и умножать его на то, сколько мы теряли каждый раз, когда выбирали это действие.

Каждый раз, когда болтание огромно, то есть какая-то машина действительно ужасна, нам нужно убедиться, что мы потянули эту руку очень несколько раз, тогда как если есть другая машина, у которой есть небольшая болтовня, теперь мы хотим тянуть эту руку больше и больше. Хороший алгоритм гарантирует малые подсчеты для больших болтовни. Проблема в том, что габариты неизвестны, так как мы не знаем V * .

Жадный алгоритм

Рис.1 любезно предоставлен Дэвидом Сильвером

На этом рисунке показано общее сожаление в зависимости от временных шагов и различных алгоритмов выбора действий.Первый и самый простой - выбрать одно из действий с наибольшей оценочной стоимостью, то есть одно из жадных действий. Жадное действие - это действие, оценочная ценность которого является наибольшей. Если имеется более одного жадного действия, то выбор из них производится произвольным образом, возможно, случайным образом. Мы запишем этот жадный метод выбора действия как,

, где argmax обозначает действие a , для которого следующее выражение является максимальным.Жадный выбор действий всегда использует текущие знания для получения максимальной немедленной награды; он вообще не тратит времени на выборку явно неполноценных действий, чтобы увидеть, действительно ли они могут быть лучше. Такой жадный может навсегда заблокировать неоптимальные действия, в результате чего общее сожаление будет линейным по временным шагам.

Значения начального действия также можно использовать как простой способ стимулировать исследование. Это называется «жадный с оптимистичной инициализацией» . Предположим, что вместо того, чтобы устанавливать начальное значение действия равным нулю, мы устанавливаем его вместо этого на +5, учитывая, что среднее значение всех действий, например, равно 0, таким образом, первоначальная оценка +5 является широко оптимистичной.Мы будем предполагать, что все действительно хорошо, пока не будет доказано обратное.

Этот оптимизм поощряет жадный метод исследования. Какие бы действия ни были выбраны изначально, вознаграждение меньше начальных оценок; агент переключается на другие действия, «разочаровавшись» полученным вознаграждением. В результате все действия выполняются несколько раз, прежде чем оценки значений сходятся. Система выполняет изрядное количество исследований, даже если жадные действия выбираются все время.Это простой прием, который может быть весьма эффективным для стационарных задач, то есть для задач, в которых вероятности вознаграждения не меняются со временем. Но этот метод далеко не всегда полезен для поощрения исследований.

Этот метод не поможет, если задача изменится, и возникнет новая потребность в исследовании. Любой метод, который каким-либо образом фокусируется на начальных условиях, вряд ли поможет в общем нестационарном случае. Начало времени происходит только один раз, поэтому нам не следует слишком зацикливаться на нем.

Другая проблема этого метода заключается в том, что несколько неудачных образцов могут навсегда заблокировать оптимальные действия. Предположим, я начал думать, что действие a1 является лучшим. Пробовала, не повезло. Пробую еще раз, не повезло. Теперь я могу навсегда заблокировать это действие, потому что я могу попробовать другое действие a2 , и оно окажется лучше, и я никогда больше не исследую a1 . Так что каждый раз мы несем сожаление.

ε-greey Алгоритм

Простая альтернатива жадному выбору действий состоит в том, чтобы большую часть времени вести себя жадно, но время от времени, скажем, с небольшой вероятностью ε, вместо этого выбирать случайным образом из всех действия с равной вероятностью, независимо от оценок ценности действия.Преимущество этого метода заключается в том, что при увеличении количества шагов каждое действие будет дискретизировано бесконечное количество раз, что гарантирует, что все Qt (a) сходятся к q * (a) .

ε-жадный алгоритм продолжает исследовать бесконечно, с вероятностью 1- ε выбрать лучшее действие, с вероятностью ε выбрать случайное действие. Каждый раз, когда мы исследуем случайным образом, мы, скорее всего, сделаем какие-то ошибки и не потянем лучшую руку, поэтому каждый раз испытываем сожаление.ε-жадный имеет линейное полное сожаление.

Чтобы оценить относительную эффективность жадного и ε-жадного алгоритмов, мы сравниваем их численно на наборе тестовых задач. Это набор из 2000 случайно сгенерированных задач с k бандитами с k = 10. Для каждой задачи с бандитами, такой как показанная на рисунке,

Значения действий, q * (a) , a = 1,…., 10, были выбраны в соответствии с нормальным распределением со средним 0 и дисперсией 1.Затем, когда метод обучения, примененный к этой проблеме, выбрал действие На этапе на временном шаге t , фактическое вознаграждение, Rt , было выбрано из нормального распределения со средним значением q * (At) и дисперсией 1. Эти распределения показаны на рисунке серым цветом. Мы называем этот набор тестовых заданий 10-вооруженным стендом.

Для любого метода обучения мы можем измерить его производительность и поведение по мере того, как он улучшается с опытом более 1000 временных шагов при применении к одной из проблем бандитов.Это составляет один заход. Повторяя это для 2000 независимых прогонов, каждое с другой проблемой бандита, мы получаем меры среднего поведения алгоритма обучения.

На этом графике сравнивается жадный метод с двумя ε-жадными методами (ε = 0,01 и ε = 0,1) на 10-лучевом испытательном стенде. Все методы сформировали свои оценки ценности действий с использованием упомянутой выше методики выборочного среднего. Жадный метод улучшился немного быстрее, чем другие методы в самом начале, но затем выровнялся на более низком уровне.Жадный метод работал значительно хуже в долгосрочной перспективе, потому что он часто зависал, выполняя неоптимальные действия.

ε-жадные методы в конечном итоге показали лучшие результаты, потому что они продолжали исследовать и увеличивать свои шансы на распознавание лучшего действия. Метод ε = 0,1 исследовал больше и обычно находил оптимальное действие раньше, но он никогда не выбирал это действие более чем в 91% случаев. Метод с ε = 0,01 улучшался медленнее, но в конечном итоге будет работать лучше, чем метод ε = 0.1 способ.

Также можно уменьшить ε с течением времени и выбрать график уменьшения значения ε, чтобы попытаться получить лучшее из обоих миров. Распадающаяся ε-жадность имеет логарифмическую асимптотику полного сожаления.

Преимущество ε-жадных методов перед жадными зависит от задачи. Предположим, что дисперсия вознаграждения была больше, скажем, 10 вместо 1. При более шумном вознаграждении требуется больше исследований, чтобы найти оптимальное действие, а ε-жадные методы должны работать даже лучше, чем жадные методы.С другой стороны, если бы дисперсия вознаграждения была равна нулю, то жадный метод знал бы истинное значение каждого действия после его однократной попытки.

Предположим, что бандитская задача была нестационарной, то есть истинные значения действий менялись с течением времени. В этом случае необходимо исследование даже в детерминированном случае, чтобы убедиться, что одно из нежадных действий не изменилось и не стало лучше, чем жадное. Нестационарность чаще всего встречается в обучении с подкреплением.

Даже если основная задача является стационарной и детерминированной, агент сталкивается с набором бандитских задач по принятию решений, каждая из которых меняется со временем по мере обучения и изменения политики принятия решений агентом.

Нижняя граница

Существует нижняя граница сожаления, т.е. ни один алгоритм не может работать лучше, чем определенная нижняя граница. Это означает, что существует нижняя граница того, насколько хорошо мы можем сожалеть. мы хотим приближать наши алгоритмы к этой нижней границе.Эта нижняя граница является логарифмической по количеству шагов по времени, как и убывающий ε-жадный алгоритм.

В задаче о бандитах эффективность любого алгоритма определяется сходством между оптимальной рукой и другими руками. Простая проблема бандита - это когда одна рука явно хороша, а другая явно плохая. Вы просто попробуете эту руку один раз и дадите вам хороший номер, вы попробуете другую руку один раз, и она даст вам плохой номер, тогда все будет готово.

Проблема жесткого бандита - это то, в чем, например, первая рука является лучшей, мы этого еще не знаем.Пробуем каждую доступную руку. Первая рука иногда лучше, чем другие, а иногда и плохо. На них много шума, и разобраться в них действительно сложно. Мы делаем много ошибок, и нужно очень много времени, чтобы понять, что первая рука намного лучше остальных. Это случай нестационарности, как мы упоминали ранее.

Таким образом, у сложных проблем есть похожие на вид руки с разными средствами. Мы можем описать это формально с точки зрения болтовни между ними и того, насколько похожи их распределения, используя метод расхождения KL, который является мерой того, насколько одно распределение вероятностей отличается от другого эталонного распределения вероятностей.

Формально, это теорема, которая утверждает,

Теорема (Лай и Роббинс): Асимптотическое полное сожаление как минимум логарифмическое по количеству шагов.

Это означает, что мы никогда не сможем добиться большего, чем эта нижняя граница с точки зрения временных шагов. Это говорит нам о том, что чем больше будут разные руки, тем больше будет сожаления.

Оптимизм перед лицом неопределенности

Представьте, что есть 3 разных руки. Существует распределение вероятностей по значению действия для каждой руки.Может быть, мы много раз пробовали зеленый, так что у нас есть довольно хорошее представление о том, что означает это действие. Возможно, мы пробовали синий пару раз, но не совсем уверены в среднем значении, а красный находится посередине. Вопрос в том, какую руку выбрать следующей?

Оптимизм перед лицом неопределенности говорит о том, что не выбирайте тот, который вы в настоящее время считаете лучшим. Сделайте то, что имеет наибольший потенциал, чтобы стать лучшим. Синее действие имеет наибольший потенциал иметь более высокое среднее значение.Так что мы должны попробовать и сузить распределение. По мере того, как мы сужаем распределения, мы начинаем становиться все более и более уверенными в том, что на самом деле является лучшим действием, пока не выберем то, которое имеет максимальное среднее значение.

Так что это способ уменьшить нашу неуверенность и в то же время попробовать то, что имеет наибольший потенциал для успеха.

Верхняя граница уверенности (UCB)

Исследование необходимо, потому что всегда существует неопределенность в отношении точности оценок действия и ценности.Жадные действия - это те, которые смотрят в настоящее время, но некоторые другие действия могут быть лучше. ε-жадный выбор действия заставляет пробовать нежадные действия, но без разбора, без предпочтения тех, которые почти жадны или особенно неуверенны.

Было бы лучше выбирать среди нежадных действий в соответствии с их потенциалом для фактической оптимальности, принимая во внимание как их оценки максимальными, так и неопределенности в этих оценках.

Мы не просто попытаемся оценить среднее значение действия, мы будем оценивать некоторую верхнюю достоверность Ut (a) того, что, по нашему мнению, может быть среднее значение. Думайте об этом как о хвосте приведенного выше распределения. Мы собираемся оценить какое-то дополнение, какой-то бонус, который характеризует размер хвоста распределения.

Вы можете думать о Ut (a) как о высокой вероятности верхней уверенности в том, какой может быть ценность действия. Затем мы выберем действие с наивысшим верхним значением достоверности.

Это зависит от Nt (a) , т. Е. Количества раз, когда было выбрано действие. Маленький Nt (a) означает, что большее значение будет Ut (a) (расчетное значение не определено). Чем больше Nt (a) , тем меньше будет Ut (a) (расчетное значение является точным). Мы будем добавлять все меньше и меньше бонусов к действиям, которые мы пробовали больше, потому что мы становимся все более и более уверенными в том, что означает это действие. В конце концов, мы просто используем среднее значение.

Выбираем действие максимизирующее UCB.Здесь максимизация превышает ценность действия, добавленную к верхней достоверности этого действия. Это помогает нам систематически осматривать пространство действия и выяснять, какое из этих действий дает нам наилучшие результаты.

Итак, как рассчитать верхнюю доверительную границу действия? Здесь мы не будем делать никаких предположений о распределении действий.

Теорема (неравенство Хёффдинга):

По сути, она говорит нам, что если у нас есть какие-то случайные величины, мы отбираем их между [0, 1], мы продолжаем выборку этих значений X снова и снова, мы берем эмпирический среднее значение всех наших выборок, какова вероятность того, что мы действительно ошибаемся в нашей оценке этого эмпирического среднего значения как минимум на или .

Это верно для любого распределения, когда награды ограничены между [0,1]. Мы применим неравенство Хёффдинга к вознаграждениям бандита при условии выбора действия a,

Это говорит о том, какова вероятность того, что мы ошибаемся в нашей оценке Q более чем на Ut (a) . Мы собираемся использовать это, чтобы найти значения Ut (a) и установить для них соответствующие значения, чтобы гарантировать, что эта вероятность находится, скажем, в пределах 95%.

Мы собираемся найти Ut (a),

, и это дает нам это верхнее значение достоверности. Что в этом хорошего, так это то, что нам не нужно ничего знать о болтовнях, нам не нужно ничего знать о наградах, кроме того, что они ограничены. Этот термин обладает всеми необходимыми нам свойствами. Счетчик находится в знаменателе, то есть по мере того, как мы выбираем вещи все больше и больше, этот бонусный член будет сдвигаться к нулю, а для действий, которые мы не пробовали очень часто, у нас будет очень большой бонусный член.

Теперь мы хотим выбрать расписание. Мы хотим гарантировать, что выбираем оптимальное действие по мере продолжения, мы хотим, чтобы это асимптотическое сожаление было логарифмическим по временным шагам. Поэтому мы добавляем расписание к нашим значениям P по мере того, как наблюдаем больше наград, например мы могли бы установить P равным t в степени -4. Используя правило логарифмической степени, «Логарифм показателя степени x, возведенный в степень y, равен y, умноженному на логарифм x» ,

, мы получаем это уравнение:

Таким образом, мы гарантируем, что выбираем оптимальный действие при т → .

UCB1

Это приводит к алгоритму UCB1 , который является довольно эффективным алгоритмом в настройке k -вооруженный бандит.

На каждом шаге мы оцениваем значения Q , используя метод выборочного среднего, а затем добавляем бонусный член, который зависит только от количества временных шагов t и количества раз, которое мы выбирали это действие, Nt (a) ,

Это очень похоже на нижнюю границу, за исключением того, что у нас нет термина KL, потому что нет никаких предположений о распределении вероятностей.

Сводка

  • Жадный с оптимистической инициализацией : мы инициализируем значения действий очень оптимистичным значением и предполагаем, что все хорошо, пока не будет доказано обратное. В конце концов, мы подавляем каждое значение действия до его реалистичного значения.
  • Случайное исследование : ε-жадный алгоритм работает хорошо, если мы настроим его правильно. Сложность в том, что если мы ошибаемся, может быть трудно в конце концов перейти к оптимальному действию.
  • Оптимизм перед лицом неопределенности : мы оцениваем, сколько мы не знаем о ценности действия, и используем это, чтобы направлять нас к действиям, которые имеют наибольший потенциал, чтобы быть хорошими. Это небезопасное исследование. В промышленности исследователи и инженеры не используют этот подход, поскольку он небезопасен.
  • UCB : Часто этот алгоритм работает лучше, чем ε-жадный, но его труднее распространить за пределы бандитов на более общие настройки обучения с подкреплением.При использовании аппроксимации функции выбор действия UCB обычно нецелесообразен. UCB, не зная о проблеме, на самом деле систематически работает очень хорошо.

Убедитесь, что вы оставили ответ , , выражающий свои мысли, и поставьте моему блогу подписчиков , если вам понравился этот пост и вы хотите увидеть больше!

Предыдущие серии

Ссылки

Введение Ричарда Саттона в обучение с подкреплением

.

Что такое обучение с подкреплением ?. «Обучение с подкреплением похоже на многие… | by Gayan Samuditha

«R Обучение с подкреплением похоже на многие темы с названиями, оканчивающимися на -ing, такие как машинное обучение, глубокое обучение в методах искусственного интеллекта и т. д. Некоторые названия, такие как планирование и альпинизм, являются одновременно проблемой, классом методы решения, которые хорошо работают с классом проблем, и область, изучающая эти проблемы, и методы их решения ».

Как правило, проблемы обучения с подкреплением включают в себя изучение того, что делать? , Как отображать ситуации или действия? - чтобы максимизировать числовой сигнал вознаграждения.По сути, они представляют собой проблемы замкнутого цикла, потому что действия обучающих систем влияют на их последующие входные данные. Кроме того, учащемуся не сообщают, какие действия следует предпринять, как во многих формах машинного обучения, вместо этого он должен интересоваться интересными и сложными случаями, действия могут повлиять не только на немедленное вознаграждение, но и на следующую ситуацию, а также на все последующие вознаграждения.

Есть три характеристики, которые существенно замкнуты , не имея прямых инструкций относительно того, какие действия предпринять, и где последствия действий, включая сигналы вознаграждения, разыгрываются в течение длительного времени периоды являются тремя наиболее важными отличительными чертами задач обучения с подкреплением.

** В частности, полная спецификация задач обучения с подкреплением с точки зрения оптимального управления марковскими процессами принятия решений должна подождать до моей следующей истории.

Но, проще говоря, основная идея состоит в том, чтобы уловить наиболее важные аспекты реальной проблемы, с которой обучающийся агент взаимодействует со своей средой для достижения цели. Очевидно, что агент должен уметь в какой-то степени ощущать состояние окружающей среды и уметь предпринимать действия, влияющие на это состояние.Таким образом, агент также должен иметь цель или задачи, относящиеся к состоянию окружающей среды. Формулировка предназначена для включения только этих трех основных аспектов. Это - ощущение, действие и цель - в их простейших возможных формах без упрощения какой-либо из них.

Любой метод, который хорошо подходит для решения такого рода задач, мы считаем методом обучения с подкреплением.

  • * Обучение с подкреплением отличается от обучения с учителем, которое изучается в большинстве современных исследований в области машинного обучения.
  • ** Обучение с учителем - это обучение на основе обучающего набора помеченных примеров, предоставленных компетентным внешним руководителем. Каждый пример представляет собой описание ситуации вместе со спецификацией (меткой) правильного действия, которое система должна предпринять в этой ситуации, часто для определения категории, к которой принадлежит ситуация.
  • Целью этого типа обучения является экстраполяция или обобщение ответов системы таким образом, чтобы она действовала правильно в ситуациях, отсутствующих в обучающей выборке.Это важный вид обучения, но одного его недостаточно для обучения на основе взаимодействия. В интерактивных задачах часто нецелесообразно получить примеры желаемого поведения, которые одновременно являются правильными и репрезентативными для всех ситуаций, в которых агент должен действовать. На неизведанной территории - где можно было бы ожидать, что обучение будет наиболее полезным - агент должен уметь учиться на собственном опыте.

Обучение с подкреплением также отличается от того, что исследователи машинного обучения называют обучением без учителя, которое, как правило, заключается в поиске структуры, скрытой в коллекциях немаркированных данных.

  • *** Термины контролируемое обучение и неконтролируемое обучение, кажется, исчерпывающе классифицируют парадигмы машинного обучения, но это не так.
  • Хотя у кого-то может возникнуть соблазн думать об обучении с подкреплением как о разновидности обучения без учителя, поскольку оно не опирается на примеры правильного поведения, обучение с подкреплением пытается максимизировать сигнал вознаграждения вместо того, чтобы пытаться найти скрытую структуру.
  • Раскрытие структуры в опыте агента, безусловно, может быть полезно при обучении с подкреплением, но само по себе не решает проблему максимизации сигнала вознаграждения агента обучения с подкреплением.Поэтому мы рассматриваем обучение с подкреплением как третью парадигму машинного обучения, наряду с обучением с учителем, обучением без учителя и, возможно, другими парадигмами. ****

Одна из проблем, возникающих при обучении с подкреплением, а не при других видах обучения, - это компромисс между исследованием и эксплуатацией. Чтобы получить много вознаграждений, агент обучения с подкреплением должен предпочесть действия, которые он пробовал в прошлом и которые оказались эффективными для получения вознаграждения.Но чтобы обнаружить такие действия, он должен попробовать действия, которые не выбирал ранее.

Агент должен использовать то, что он уже знает, чтобы получить награду, но он также должен исследовать, чтобы лучше выбирать действия в будущем. Дилемма состоит в том, что ни разведка, ни эксплуатация не могут осуществляться исключительно без отказа в выполнении поставленной задачи. Агент должен пробовать различные действия и постепенно отдавать предпочтение тем, которые кажутся лучшими. В стохастической задаче каждое действие нужно пробовать много раз, чтобы получить надежную оценку ожидаемого вознаграждения.Дилемма разведки-эксплуатации интенсивно изучается математиками на протяжении многих десятилетий (об этом мы поговорим в следующем рассказе). А пока, , я просто отмечаю, что проблема баланса между исследованием и эксплуатацией даже не возникает в контролируемом и неконтролируемом обучении, по крайней мере, в его чистейших формах.

Другая ключевая особенность обучения с подкреплением заключается в том, что оно явно рассматривает всю проблему целенаправленного взаимодействия агента с неопределенной средой.Это контрастирует со многими подходами, которые рассматривают подзадачи, не обращая внимания на то, как они могут вписаться в общую картину.

Например,

, мы упоминали, что большая часть исследований в области машинного обучения связана с контролируемым обучением без явного указания того, как такая способность в конечном итоге будет полезна. Другие исследователи разработали теории планирования с общими целями, но без учета роли планирования в принятии решений в реальном времени или вопроса о том, откуда берутся прогностические модели, необходимые для планирования.Хотя эти подходы принесли много полезных результатов, их ориентация на отдельные подзадачи является существенным ограничением.

Обучение с подкреплением принимает противоположный курс, начиная с полного, интерактивного, целенаправленного агента. Все агенты обучения с подкреплением имеют четкие цели, могут ощущать аспекты своего окружения и могут выбирать действия, чтобы влиять на свое окружение. Более того, обычно с самого начала предполагается, что агент должен действовать, несмотря на значительную неопределенность в отношении среды, с которой он сталкивается.Когда обучение с подкреплением включает планирование, оно должно учитывать взаимодействие между планированием и выбором действий в реальном времени, а также вопрос о том, как модели среды приобретаются и улучшаются. Когда обучение с подкреплением включает обучение с учителем, это происходит по определенным причинам, которые определяют, какие способности являются критическими, а какие нет.

Для того, чтобы научные исследования продвигались вперед, важные подзадачи должны быть изолированы и изучены, но они должны быть подзадачами, которые играют четкие роли в полных, интерактивных, стремящихся к цели агентах, даже если все детали полного агента еще не могут быть раскрыты. заполнен.

********************************************** ******************

Хороший способ понять обучение с подкреплением - рассмотреть некоторые примеры и возможные приложения, которые руководили его разработкой.

  • Мобильный робот решает, следует ли ему войти в новую комнату в поисках мусора, который нужно собрать, или начать попытки вернуться к своей станции зарядки аккумуляторов. Решение принимается на основе текущего уровня заряда аккумулятора и того, насколько быстро и легко ему удавалось найти зарядное устройство в прошлом.
  • Мастер шахмат делает ход. Выбор основывается как на планировании - предвидении возможных ответов и встречных ответов, так и на немедленных интуитивных суждениях о желательности позиций и ходов.
  • Адаптивный контроллер регулирует параметры работы нефтеперерабатывающего завода в реальном времени. Контроллер оптимизирует компромисс между выходом, стоимостью и качеством на основе заданных предельных затрат, не придерживаясь строго заданных значений, первоначально предложенных инженерами.

Практический пример (ежедневный пример обучения с подкреплением):

  • Фил готовит свой завтрак.При внимательном рассмотрении даже эта, по-видимому, обыденная деятельность раскрывает сложную сеть условного поведения и взаимосвязанных отношений цель-подцель: идти к шкафу, открывать его, выбирать коробку с хлопьями, затем тянуться к ней, хватать и извлекать ее.
  • Другие комплексы, настроенные, интерактивные последовательности действий требуются для получения миски, ложки и молочника. Каждый шаг включает в себя серию движений глаз для получения информации и управления достижением и передвижением.
  • Постоянно принимаются быстрые решения о том, как нести предметы или что лучше перенести некоторые из них к обеденному столу, прежде чем брать другие.
  • Каждый шаг руководствуется целями, такими как схватить ложку или добраться до холодильника, и служит другим целям, например, иметь ложку для еды после приготовления хлопьев и, в конечном итоге, получить питание.
  • Осознает он это или нет, но Фил получает доступ к информации о состоянии его тела, которое определяет его потребности в питании, уровень голода и пищевые предпочтения.

В этих примерах используются настолько простые функции, что их легко не заметить.Все они предполагают взаимодействие между активным агентом, принимающим решения, и его средой, в которой агент стремится достичь цели, несмотря на неопределенность в отношении своего окружения.

Действиям агента разрешается влиять на будущее состояние окружающей среды (например, следующая шахматная позиция, уровень резервуаров нефтеперерабатывающего завода, следующее местоположение робота и будущий уровень заряда его батареи), тем самым влияя на варианты и возможности, доступные агенту в более позднее время.********* - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - **********

Вне агента и окружающей среды, можно выделить четыре основных подэлемента системы обучения с подкреплением. Это политика, сигнал вознаграждения, функция ценности и, возможно, модель окружающей среды.

1. Политика:

• Политика определяет способ поведения обучающегося агента в данный момент времени. Грубо говоря, политика - это отображение предполагаемых состояний окружающей среды на действия, которые необходимо предпринять в этих состояниях.Это соответствует тому, что в психологии можно было бы назвать набором правил или ассоциаций «стимул-реакция» (при условии, что стимулы включают те, которые могут исходить изнутри животного).

* [В некоторых случаях политика может быть простой функцией или таблицей поиска, тогда как в других она может включать в себя обширные вычисления, такие как процесс поиска. Политика является ядром агента обучения с подкреплением в том смысле, что одного ее достаточно для определения поведения. В общем, политика может быть стохастической.]

2. Награда:

· Сигнал вознаграждения определяет цель в задаче обучения с подкреплением. На каждом временном шаге среда отправляет агенту обучения с подкреплением одно число - вознаграждение. Единственная цель агента - максимизировать общее вознаграждение, которое он получает в долгосрочной перспективе.

· Таким образом, сигнал вознаграждения определяет, какие события являются хорошими и плохими для агента. В биологической системе мы можем думать о вознаграждении как о аналоге переживания удовольствия или боли.Они являются непосредственными и определяющими характеристиками проблемы, с которой сталкивается агент.

· Награда, отправляемая агенту в любое время, зависит от текущего действия агента и текущего состояния среды агента. Агент не может изменить процесс, который это делает. Единственный способ, которым агент может повлиять на сигнал вознаграждения, - это его действия, которые могут иметь прямое влияние на вознаграждение или косвенное влияние через изменение состояния окружающей среды.

· В приведенном выше примере, когда Фил завтракает, агент обучения с подкреплением, управляющий его поведением, может получать различные сигналы вознаграждения, когда он ест свой завтрак, в зависимости от того, насколько он голоден, в каком настроении и других особенностях его его тела, которое является частью среды его агента обучения с внутренним подкреплением.Сигнал вознаграждения - это основная основа для изменения политики. Если за действием, выбранным политикой, следует низкое вознаграждение, тогда политика может быть изменена, чтобы выбрать какое-либо другое действие в этой ситуации в будущем.

*** В общем, сигналы вознаграждения могут быть стохастическими функциями состояния окружающей среды и предпринятых действий. ***

*** В то время как сигнал вознаграждения указывает на то, что хорошо в непосредственном смысле, функция ценности указывает, что хорошо в долгосрочной перспективе.Грубо говоря, ценность состояния - это общая сумма вознаграждения, которую агент может ожидать накопить в будущем, начиная с этого состояния.

*** В то время как вознаграждения определяют непосредственную внутреннюю желательность состояний окружающей среды, ценности указывают на долгосрочную желательность состояний после рассмотрения состояний, которые могут последовать, и вознаграждений, доступных в этих состояниях.

Например,

Состояние может всегда давать низкое немедленное вознаграждение, но все же иметь высокое значение, потому что за ним регулярно следуют другие состояния, которые приносят высокие вознаграждения.Или наоборот. Если провести аналогию с человеком, награды в чем-то похожи на удовольствие (если оно высокое) и боль (если оно низкое), тогда как ценности соответствуют более тонкому и дальновидному суждению о том, насколько мы довольны или недовольны тем, что наша среда находится в состоянии.

**** Выражаясь таким образом, это хорошо, я надеюсь, очевидно, что функции значений формализуют базовую и знакомую идею.

· Награды в некотором смысле первичны, тогда как ценности, как предсказания вознаграждений, вторичны.Без вознаграждений не может быть ценностей, и единственная цель оценки ценностей - добиться большего вознаграждения.

· Тем не менее, это ценность, о которой мы больше всего заботимся при принятии и оценке решений. Выбор действий осуществляется на основе оценочных суждений.

· Мы ищем действия, которые вызывают состояния высшей ценности, а не высшей награды, потому что эти действия приносят нам наибольшую награду в долгосрочной перспективе.

· ** В процессе принятия решений и планирования производная величина, называемая стоимостью, является той, которая нас больше всего интересует.К сожалению, определить ценности намного сложнее, чем определить награды.

· Награды в основном присуждаются непосредственно окружающей средой, но значения должны оцениваться и переоцениваться на основе последовательностей наблюдений, которые агент делает на протяжении всего своего жизненного цикла. Фактически, наиболее важным компонентом почти всех рассматриваемых нами алгоритмов обучения с подкреплением является метод эффективной оценки значений.

· Центральная роль оценки ценностей, возможно, самая важная вещь, которую мы узнали об обучении с подкреплением за последние несколько десятилетий.

3. Модель:

· Конечным элементом некоторых систем обучения с подкреплением является модель окружающей среды.

· Это то, что имитирует поведение окружающей среды или, в более общем смысле, позволяет делать выводы о том, как среда будет себя вести.

Например,

Учитывая состояние и действие, модель может предсказать следующее результирующее состояние и следующее вознаграждение. Модели используются для планирования, под которым мы подразумеваем любой способ принятия решения о ходе действий путем рассмотрения возможных будущих ситуаций до того, как они возникнут.Методы решения задач обучения с подкреплением, использующие модели и планирование, называются методами на основе моделей, в отличие от более простых методов, не использующих модели, которые учатся методом проб и ошибок, что почти противоположно планированию.

********************** КОНЕЦ ************************ **************

.Объяснение отрицательного армирования

| HubPages

Обзор основ

Чтобы понять усиление, нам нужно понять основы. Подкрепление - это когда что-то происходит (стимул) вслед за поведением, которое увеличивает вероятность возникновения этого поведения. Термины «положительный» и «отрицательный» относятся к добавлению или удалению предмета или стимула после определенного поведения, чтобы увеличить вероятность того, что такое поведение произойдет. Положительное и отрицательное не относятся к тому, как кто-то это воспринимает.Только добавлено ли это или убрано.

Наказание - это то, что происходит после поведения, которое снижает вероятность такого поведения в будущем. Эта тема будет рассмотрена в следующем руководстве, но важно отметить, что термины «положительный» и «отрицательный» применяются одинаково. Положительное наказание - это добавление предмета или стимула. Отрицательное наказание - это когда у вас отнимают предмет или стимул. Помните, что если поведение усиливается из-за предмета или стимула, оно усиливается, но если оно уменьшается из-за предмета или стимула, оно наказывается.

Что НЕ является отрицательным подкреплением

Видео выше - прекрасный пример того, что люди обычно принимают за отрицательное подкрепление. В этом конкретном примере «ученый» применяет отвращение в попытке уменьшить поведение. Прежде чем двигаться дальше, ответьте на вопрос ниже:

Если бы вы выбрали положительное наказание, вы были бы правы, вроде ... У вас нежелательное поведение не только не уменьшилось, но и усилилось другое поведение. Агрессивное поведение.И да, понятно, что реклама сделана из юмора, и это смешно. Здесь речь идет не о юморе, а о заблуждениях, связанных с прикладным анализом поведения. Понимание того, как подкрепляющие и карательные средства влияют на поведение, является центральным в решении проблем, с которыми мы сталкиваемся в этом мире. Один из побочных эффектов наказания на самом деле демонстрируется в видео, но это для более позднего урока о наказании.

Учитель математики и отрицательное подкрепление

Идея подкрепления заключается в том, что мы пытаемся повысить вероятность желаемого поведения.Итак, в случае отрицательного подкрепления мы удаляем стимул, чтобы усилить желаемое поведение.

Очень хороший пример удаления стимула для усиления желаемого поведения - это учитель математики, у которого классная практика на листе, который она разработала. В отличие от типичного рабочего листа, с тем, который она разработала, если учащиеся показывают свою работу, им нужно выполнить только первую половину рабочего листа. С другой стороны, если они не показывают свою работу, они должны заполнить весь рабочий лист, когда она или ее помощник приходит, чтобы проверить их прогресс.

Целевое поведение - показать студенту свою работу. Исследования показывают, что учащиеся, показывающие свою работу при выполнении математических заданий, имеют более высокий уровень понимания и более высокую скорость обучения по сравнению с теми, кто этого не делает. Таким образом, возможность не заполнять весь рабочий лист означает, что желаемое поведение при написании своей работы усиливается.

Также важно отметить, что учитель и помощник в этом примере также дали положительное подкрепление в виде похвалы за усилия.На практике редко используется одно подкрепление. Это реальный пример.

Опасность отрицательного подкрепления

Отрицательное подкрепление основано на желании избежать или избежать отрицательного стимула. В отличие от положительного подкрепления, отрицательное подкрепление связано с некоторыми опасностями. Наиболее заметна этическая опасность отрицательного подкрепления. Чтобы получить подкрепление с помощью отрицательного подкрепления, необходимо удалить нежелательный стимул.Если стимул добавляется так, чтобы его можно было убрать, мы попадаем в сферу наказания, а наказание вызывает проблемы при слишком частом использовании. Лучше искать более естественные отрицательные подкрепления, чтобы избежать злоупотребления этим методом, хотя такие примеры, как учитель математики и тренер, приведенные выше, являются случаями, когда отрицательное подкрепление по замыслу является этичным и эффективным. Другой способ взглянуть на это - мышление, основанное на следствиях. Если следствием желаемого поведения является уменьшение нежелательного стимула, такого как задача, то у вас есть отрицательное подкрепление.

Важность положительного подкрепления

Положительное подкрепление имеет меньше ловушек, чем отрицательное подкрепление, потому что оно не мотивировано побегом или уклонением. Более того, во многих отношениях позитивное подкрепление проще. Добавление чего-то вроде искренней похвалы за хорошо выполненную работу, поощрения за усилия или даже небольшого угощения - все это примеры положительного подкрепления. Есть такая вещь, как чрезмерное или недооценка положительного подкрепления, и есть этические вопросы, связанные с этой формой подкрепления, но они гораздо менее вероятны по сравнению с отрицательным подкреплением или любой формой наказания.Это не значит, что их нельзя использовать. Просто любое использование должно регулироваться путем рассмотрения и взвешивания этических проблем, связанных с применением этих знаний.

Сроки - это ВСЁ !!!

Также важно понимать, что время - это все, независимо от того, какое подкрепление используется. Чем дольше вы ждете, прежде чем закрепить какое-то поведение, тем выше вероятность того, что неправильное поведение будет закреплено. Слишком часто родитель или учитель говорят что-то вроде: «Вы просто подкупаете их, чтобы они сделали то, что они уже должны сделать!» Лучший ответ на это - спросить, происходит ли это уже независимо.Если ответ отрицательный, но они хотят, чтобы поведение усилилось, необходимо подкрепление. График подкрепления - это следующая тема, которая будет рассмотрена, и способ, которым подкрепление доставляется, влияет на то, как подкрепляется поведение.
Точно так же важно, чтобы усиление было правильной интенсивности или величины. Получение мармелада для уборки всего дома скорее всего будет воспринято как жестокая шутка или наказание, а не как награда. Точно так же мыть стакан ребенку и говорить: «Так как вы хорошо поработали, я вам помог!» также может иметь неприятные последствия.И противоположное направление интенсивности или величины тоже важно. Дать ребенку машину для выполнения одного задания или позволить ему взять неделю отпуска из школы для выполнения этого задания - это излишне.

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *