●Конструктивные решения сплошных фундаментов аналогичны решениям монолитных железобетонных перекрытий и могут проектироваться как ребристые или безбалочные плиты, загруженные снизу отпором грунта, а сверху - сосредоточенными или распределенными нагрузками от колонн или стен.
В ребристых плитах ребра располагают сверху или снизу плиты. Последнее решение предпочтительнее, особенно в зданиях с подвалом, поскольку в этом случае не требуется устройства опалубки ребер (бетон можно укладывать в траншеи) и упрощается устройство пола подвала. Безбалочные плиты целесообразны при сетке колонн, близкой к квадратной (см. рис. 10.1, в). Применяют также коробчатые (рамные) фундаменты под многоэтажные здания и некоторые другие высокие сооружения. Они состоят из верхней и нижней плит и системы продольных и поперечных вертикальных ребер (диафрагм).
Особенности расчета сплошных фундаментов изложены в .
Свайные фундаменты
●Свайные фундаменты применяются при возведении зданий и сооружений на грунтах с недостаточной несущей способностью. Они состоят из группы свай, объединенных поверху ростверком - железобетонной плитой (балкой). По сравнению с фундаментами на естественном основании применение свайных фундаментов уменьшает объем земляных работ, снижает трудоемкость нулевого цикла, облегчает производство работ в зимнее время.
Рис. 10.6. Схема свайного фундамента:
а - на сваях-стойках, б - на висячих сваях;
1 - твердый грунт; 2 - сваи; 3 - рыхлый грунт; 4 - ростверк
●По характеру работы различают сваи-стойки, опирающиеся на твердый грунт, и висячие сваи, нагрузка на которые воспринимается грунтом как по площади поперечного сечения сваи, так и силами трения по ее боковой поверхности (рис. 10.6). В отечественной практике известно более 150 видов свай, отличающихся материалом, способом устройства и т. п., однако наибольшее распространение получили железобетонные сваи.
●По форме поперечного сечения различают железобетонные сваи сплошные и полые (пустотелые и сваи-оболочки). При диаметре поперечного сечения до 800мм и наличии внутренней полости сваи называют пустотными, при диаметре более 800мм - сваями-оболочками.
При небольших нагрузках широко применяют сваи квадратного сплошного сечения (цельные и составные) размером от 200×200 мм до 400×400 мм, длиной 3...16м без предварительного напряжения продольной арматуры и 3...20 м с предварительным напряжением. Сваи без предварительного напряжения изготовляют из бетона класса В15, арматуры классов А-II, А-III, диаметром не менее 12мм. В верхней части сваи, непосредственно воспринимающей удар молота, устанавливают 3...5 сеток из арматурной проволоки на расстоянии 5см друг от друга. В средней части располагают две строповочные петли. Шаг поперечной (спиральной) арматуры принимают у концов сваи 50мм, в средней части 100...150 мм (рис. 10.7). Сваи с предварительно напряженной продольной арматурой изготовляют из бетона В20...В25; по сравнению со сваями без предварительного напряжения арматуры они экономичней (по расходу арматуры) и поэтому предпочтительней. Полые круглые сваи и сваи-оболочки применяют при больших нагрузках. Их изготовляют звеньями длиной 2...6 м. Стыки звеньев могут быть болтовыми, сварными или на вкладышах.
Несущая способность фундаментов на сваях-стойках (при любой их расстановке в плане) равна сумме несущих способностей отдельных свай, а несущая способность свайных фундаментов на висячих сваях зависит от числа свай, их расстановки в плане, формы, размеров поперечного сечения и длины.
Сваи и свайные фундаменты рассчитывают по предельным состояниям. По предельным состояниям первой группы определяют несущую способность свай по грунту, прочность материала свай и ростверков ; по предельным состояниям второй группы рассчитывают осадки свайных фундаментов, образование и раскрытие трещин в железобетонных фундаментах и ростверках. Помимо этого сваи рассчитывают по прочности на воспринятие усилий, возникающих при монтаже, транспортировке, а также при выемке свай из пропарочных камер.
Делятся на: отдельные - под каждой колонной; ленточные - под рядами колонн в одном или двух направлениях, а также под несущими стенами; сплошные - под всем сооружением. Фундаменты возводят чаще всего на естественных основаниях (они преимущественно и рассмотрены здесь), но в ряде случаев выполняют и на сваях. В последнем случае фундамент представляет собой группу свай, объединенную поверху распределительной железобетонной плитой - ростверком.
Отдельные фундаменты устраивают при относительно небольших нагрузках и достаточно редком размещении колонн. Ленточные фундаменты под рядами колонн делают тогда, когда подошвы отдельных фундаментов близко подходят друг к другу, что обычно бывает при слабых грунтах и больших нагрузках. Целесообразно применять ленточные фундаменты при неоднородных грунтах и внешних нагрузках, различных по значению, так как они выравнивают неравномерные осадки основания. Если несущая способность ленточных фундаментов недостаточна или деформации основания под ними больше допустимых, то устраивают сплошные фундаменты. Они в еще большей мере выравнивают осадки основания. Эти фундаменты применяют при слабых неоднородных грунтах, а также при значительных и неравномерно распределенных нагрузках.
По способу изготовления фундаменты бывают сборные и монолитные.
28. Железобетонные фундаменты неглубокого заложения. Расчет центрально нагруженных фундаментов.
В зависимости от размеров сборные фундаменты колонн выполняют сборными и монолитными. Их выполняют из тяжелых бетонов классов В15...В25, устанавливают на песчано-гравийную уплотненную подготовку толщиной 100 мм. В фундаментах предусматривают арматуру, располагаемую по подошве в виде сварных сеток. Минимальную толщину защитного слоя арматуры принимают 35 мм. Если под фундаментом нет подготовки, то защитный слой делают не менее 70 мм.
Необходимая площадь подошвы центрально-нагруженного фундамента при предварительном расчете
A=ab=(1,2…1,6)Ncol/(R-γ m d) R – расчетное давление на грунт; γ m усредненная нагрузка от веса фундамента и грунта на его ступенях; D – глубина заложения фундамента
Минимальную высоту фундамента с квадратной подошвой определяют условным расчетом его прочности на продавливание в предположении, что оно может происходить по поверхности пирамиды, боковые стороны которой начинаются у колонн и наклонены под углом 45°. Это условие выражается формулой (для тяжелых бетонов)
P<=Rbt ho u m
Продавливающую силу принимают согласно расчету по первой группе предельных состояний на уровне верха фундамента за вычетом давления грунта по площади основания пирамиды продавливания: P=N-A1 p.
P=N/A1; A1=(hc+2ho)(b c +2h 0)
29. Железобетонные фундаменты неглубокого заложения. Особенности расчета внецентренно нагруженных отдельных фундаментов.
Внецентренно нагруженные фундаменты. Их целесообразно выполнять с прямоугольной подошвой, вытянутой в плоскости действия момента.
Соотношение сторон b/a=0,6…0,8. При том размеры сторон округляем в большую сторону до значения кратного 30 см при использовании металлической инвентарной опалубки и 10 см при неинвентарной опалубки.
Максимальное и минимальное давление под краем подошвы определяют из предположения линейного распределения напряжений в грунте:
Pmax min=Ntot/A+-Mtot/W=Ntot/ab(1+-b*eo/a)
Ntot Mtot – нормальная сила и изгибающий момент при гамма ф =1 на уровне подошвы фундамента.
Ntot=Ncol+A гамма м Н
Mtot=Mcol+Qcol H
Eo – эксцентриситет продольной силы относительно центра тяжести подошвы фундамента. Eo= Mtot/ Ntot
Максимальное краевое давление на грунт не должно превышать 1,2R а среднее давление – R.
В промышленных здания с мостовыми кранами Q<75 т принимают pmin>0, не допускается отрыв фундамента от грунта.
Высоту внецентренно нагруженного фундамента определяют из условия:
Ho=-hcol/2+0,5(Ncol/Rbt+P)^0,5
И конструктивных требований
Hsoc=>(1-1,5)hcol+0.05
Hsoc=>lan+0.05
Hsoc – глубина стакана
Lan – длина анкеровки арматуры колонны в стакане фундаментаю
Определив высоту фундамента из расчета на продавливание и конструктивных требования принимают большую из них.
При
h<450
мм фундамент выполняют одноступенчатым,
при 450 Затем
проверяют дно стакана на продавливание,
проверяют высоту ступени на действие
поперечной силы по наклонному сечению
и подбирают арматуру. 30.
Классификация одноэтажных производственных
зданий по конструктивным признакам.
Компоновка конструктивной схемы здания,
привязка элементов к разбивочным осям.
Устройство температурно-деформационных
швов.
Одноэтажные
промышленные здания делятся на: По
количеству пролетов – однопролетные
и много пролтеные; По
наличию кранового оборудования: здания
без кранового оборудования, здания с
подвесными кранами, здания с мостовыми
кранами; Фонарные
и бесфонарные здания; Здания
со скатной кровлей, здания с малоуклонной
кровлей. Современные
одноэтажные производственные здания
в большинстве случаев решаются по
каркасной схеме. Каркас
может быть образован из плоских элементов,
работающих по балочной схеме (стропильных
конструкций), либо включать в себя
пространственную конструкцию покрытия
(в виде оболочек, опертых на колонны). Пространственный
каркас условно расчленяют на поперечные
и продольные рамы, каждая из которых
воспринимает горизонтальные и вертикальные
нагрузки. Основным
элементом каркаса является поперечная
рама, состоящая из колонн защемленных
в фундаментах, ригелей (ферма балка
арка), покрытия над ними в виде плит. Поперечная
рама воспринимает нагрузку от массы
снега, кранов, стен, ветра и обеспечивает
жесткость здания в поперечном направлении. В
продольную раму включают один ряд колонн
в пределах температурного блока и
продольные конструкции, такие как
подкрановые балки, вертикальные связи,
распорки по колоннам, конструкции
покрытия. Продольная
рама обеспечивает жесткость здания в
продольном направлении и воспринимает
нагрузки от продольного торможения
кранов и ветра, действующего в торец
здания. В
задачу компоновки конструктивной схемы
входят: Выбор
сетки колонн и внутренних габаритов
здания Компоновка
покрытия Разбивка
здания на температурные блоки Выбор
схемы связей, обеспечивающих
пространственную жесткость здания В
целях обеспечения максимальной типизации
элементов каркаса приняты следующие
привязки к продольным и поперечным
координационным разбивочным осям: 1.
Наружные грани колонн и внутренние
поверхности стен совмещаются с продольными
разбивочными осями (нулевая привязка)
в зданиях без мостовых кранов и в зданиях,
оборудованных мостовыми кранами
грузоподъемностью до 30 т включительно
при шаге колонн 6 м и высоте от пола до
низа несущих конструкций покрытия менее
16,2 м. 2.
Наружные грани колонн и внутренние
поверхности стен смещаются с продольных
разбивочных осей наружу здания на 250 мм
в зданиях, оборудованных мостовыми
кранами грузоподъемностью до 50 т
включительно при шаге колонн 6 м и высоте
от пола до низа несущих конструкций
покрытия 16,2 и 18 м, а также при шаге колонн
12 м и высоте от 8,4 до 18 м. 3.
Колонны средних рядов (за исключением
колонн, примыкающих к продольному
температурному шву, колонн, установленных
в местах перепада высот пролетов одного
направления, а также кроме колонн при
поперечных температурных швах и колонн,
примыкающих к торцам зданий) располагают
так, чтобы оси сечения подкрановой части
колонны совпадали с продольными и
поперечными разбивочными осями. 4.
Геометрические оси торцовых колонн
основного каркаса смещаются с поперечных
разбивочных осей внутрь здания на 500
мм, а внутренние поверхности торцовых
стен совпадают с поперечными разбивочными
осями (нулевая привязка). 5.
Перепады высот между пролетами одного
направления и продольные температурные
швы в зданиях с железобетонным каркасом
следует осуществлять, как правило, на
двух колоннах со вставкой. 6.
Поперечные температурные швы осуществляют
на парных колоннах. При этом ось
температурного шва совмещается с
поперечной разбивочной осью, а
геометрические оси парных колонн
смещаются с разбивочной оси на 500 мм. 7.
В зданиях, оборудованных электрическими
мостовыми кранами грузоподъемностью
до 50 т включительно, расстояние от
продольной разбивочной оси до оси
подкранового рельса принимается равным
750 мм. 8.
Примыкание двух взаимно перпендикулярных
пролетов следует осуществлять на двух
колоннах со вставкой размером 500 и 1000
мм. Высота
здания определяется по технологическим
условиям и назначается исходя из верха
кранового рельса. С
изменением температуры железобетонные
конструкции деформируются -
укорачиваются или удлиняются;
вследствие усадки бетона - укорачиваются.
При неравномерной осадке основания
части конструкций взаимно смещаются в
вертикальном направлении. В большинстве
случаев железобетонные конструкции
представляют собой статически
неопределимые системы и поэтому от
изменения температуры, усадки бетона,
а также от неравномерной осадки
фундаментов в них возникают дополнительные
усилия, что может привести к появлению
трещин или к разрушению части конструкции.
Чтобы уменьшить усилия от температуры
и усадки, железобетонные конструкции
делят по длине и ширине температурно-усадочными
швами на отдельные части - деформационные
блоки. Температурно-усадочные швы
выполняют в наземной части здания-от
кровли до верха фундамента, разделяя
при этом перекрытия и стены. Ширина
температурно-усадочного шва составляет
20-30 мм. Осадочные швы, служащие одновременно
и температурно-усадочными, устраивают
между частями зданий разной высоты или
в зданиях, возводимых на участке с
разнородными грунтами; такими швами
делят и фундаменты. Осадочные швы
устраивают с помощью вкладного пролета
из плит и балок. Наибольшее
допустимое расстояние между
температурно-усадочными швами в
железобетонных конструкциях нормируется
и составляет в отапливаемых одноэтажных
зданиям из сборного железобетона 72 м,
в неотапливаемых – 48 м.. К строительству фундамента сплошной конструкции чаще всего прибегают в тех случаях, когда участок, отведённый под строительство дома, находится на почве с повышенным уровнем грунтовых вод. Иногда сплошной фундамент применяют на песчаных подушках и на вспучивающихся грунтах. Сплошной фундамент представляет собой единую железобетонную плиту, уходящую глубоко в грунт
. В связи с этим данный тип фундамента часто называют плитным. Он хорошо подходит для строительства домов из кирпича, бетонных блоков или других тяжёлых строительных материалов. Нередко проектом предусматривается сплошной фундамент и в случае строительства промышленных помещений, на которые налагаются повышенные требования по части несущей способности. К таковым можно отнести, к примеру, гаражи. За счёт равномерного распределения прилагаемой к фундаменту нагрузки по всей его плоскости, давление на грунт сводится к минимуму. Это позволяет осуществлять строительство загородных домов даже на вспучивающихся нестабильных грунтах. Фундамент сплошной конструкции устойчив к перемещению грунта
, которое может возникнуть из-за осадки или промерзания. Его строительство возможно практически на любом грунте, так как монолитная плитка из бетона или железобетона фактически перемещается вместе с грунтом при его смещении, исключая деформацию построенной на нём конструкции. Основной технологической особенностью фундамента сплошного типа является тот факт, что он образует вместе с опалубкой единую цельную конструкцию. Принимая в расчёт то обстоятельство, что монолитный фундамент чаще всего закладывается на проблемных грунтах, к нему предъявляются особые требования. Вот почему при его планировании и строительстве все технологии должны соблюдаться с особой тщательностью. Плита сплошного фундамента может быть простой или армированной, ребристой или гладкой, цельной или решётчатой. Марка бетона подбирается в зависимости от особенностей реализуемого проекта. По глубине сплошной фундамент может быть глубоко- и мелкозаглубленным
. Первый, помимо лучших несущих свойств, позволяет ещё и организовать подвальное помещение. Фундамент сплошной конструкции укладывается на утрамбованную гравийно-песчаную подушку, под которой обустраивается система дренажа. Для организации глубокозаглубленного фундамента необходимо предварительно выкопать котлован. Перед заливкой бетона следует установить арматуру, проложить гидроизоляционный слой, а при необходимости и слой утеплителя. Для возведения небольшого дома можно выбрать наиболее простую конструкцию фундамента – сплошную плитную. Данные фундаменты являются разновидностью мелкозаглубленных, вернее, незаглубленных фундаментов. Глубина их заложения составляет от 40 см до 50 см. В отличие от незаглубленных столбчатых и ленточных фундаментов, они обладают жестким пространственным армированием по всей несущей плоскости. Благодаря этому знакопеременные нагрузки, которые появляются при неравномерном перемещении грунтов, воспринимаются основанием без возникновения внутренних деформаций. Те фундаменты, которые одновременно с грунтом обладают сезонными перемещениями, называют плавающими. Конструкция таких фундаментов – это решетчатая либо сплошная плита, изготовленная из железобетонных перекрестных сборных балок, монолитного железобетона или же из сборных плит, покрытие которых монолитно. Строительство плитного фундамента подразумевает значительный расход бетона и арматуры. Такое основание целесообразно в случае сооружения компактного в плане дома либо иной постройки, где не требуется возведение высокого цоколя и при этом саму плиту предполагается использовать в качестве пола. Если же речь идет о строительстве коттеджа более высокого класса, тогда обычно сооружают фундаменты в виде перекрестных армированных лент либо ребристых плит. Благодаря большой площади опоры плит давление на грунт снижается до 0,1 кг/см 2 . При этом перекрестные ребра жесткости образуют конструкцию, довольно устойчивую к тем знакопеременным нагрузкам, кои возникают при: Устройство таких конструкций требует использования высокопрочных бетонов (класс не ниже В12,5) и стержней арматурных диаметром не меньше 12 мм - 16 мм. Относительно большой объем расхода бетона и арматурной стали вполне оправдан, если все иные технические решения фундаментов в данных условиях не могут уверенно гарантировать их надежное функционирование. В тех зданиях, где пол располагается довольно невысоко над отметкой земли, плитные фундаменты являются даже экономичнее столбчатых, поскольку не требуется устраивать ростверк и цокольное перекрытие. Незаглубленная сплошная плита как элемент пространственной системы «плита-надфундаментное строение» позволяет обеспечить восприятие возможных деформаций грунта и внешних силовых воздействий. При этом не требуется осуществлять разнообразные мероприятия по предотвращению неравномерных деформаций грунтов (а в условиях песчаных, пучинистых и слабых грунтов на такие мероприятия затрачиваются значительные ресурсы). В сравнении с заглубленными конструкциями использование незаглубленной фундаментной плиты позволяет уменьшить трудовые затраты на 40%, расход бетона на 30%, стоимость подземной части на 50%. Однако дабы защитить такие плиты от промерзания, их необходимо утеплять. В холодных регионах, где присутствует сезонное промерзание грунта и возможность морозного пучения практичной альтернативой более дорогостоящему фундаменту глубокого заложения является морозоустойчивый фундамент мелкого заложения. Мелкое заложение таких фундаментов достигается благодаря устройству теплоизоляции, размещенной в наиболее важных местах (вокруг дома). В результате становится возможным возводить фундаменты с глубиной заложения в 40 см - 50 см (и даже в условиях весьма сурового климата). Технология морозоустойчивого фундамента мелкого заложения весьма популярна в Скандинавских странах. Такие фундаменты выполняют в виде железобетонной монолитной плиты толщиной в 20 см - 25 см, обладающей утолщенными краями, являющимися контурными ребрами. С целью защиты от мороза применяют пенопропиленовую изоляцию (пенопласт). То тепло, которое уходит через фундаментную плиту в грунт из дома, плюс тепло геотермальное заставляют подниматься границу промерзания вверх по периметру морозоустойчивого фундамента.
Фунда́мент
-
это несущая конструкция, часть здания,
которая воспринимает все нагрузки от
выше лежащих конструкций и передает
его на основание. Фундаменты закладываются
ниже глубины промерзания грунта, для
того, чтобы предотвратить их выпучивание.
На пучинистных грунтах при строительстве
легких деревянных построек применяют
мелкозаглубленные фундаменты. Конструкции
фундаментов бывают различных типов
:
ленточные, столбчатые, плитные (сплошные)
и свайные. Выбор типа фундаментов
зависит от конструктивной системы
зданий, величины передаваемых нагрузок,
а также от несущей способности и
деформативности грунтов. Столбчатые
фундаменты
в виде сборных
железобетонных столбов и подушек
применяют для передачи грунту нагрузок
от колонн каркасных зданий. Столбчатые
фундаменты возводят в основном под дома
без подвалов с легкими стенами
(деревянными, щитовыми, каркасными).
Закладывают их и под кирпичные стены,
когда требуется глубокое заложение и
ленточный фундамент неэкономичен.
Столбчатые фундаменты по расходу
материалов и трудозатратам в 1,5-2 раза
экономичнее ленточных. Сооружать
столбчатые фундаменты предпочтительнее
на пучинистых грунтах
, так как с
минимальными затратами их можно
устанавливать ниже глубины промерзания. В
зависимости от конструкции здания
столбы для фундамента могут быть
каменные, кирпичные, бетонные, бутобетонные,
железобетонные и из других материалов.
Чаще всего при устройстве столбчатых
фундаментов применяют готовые сборные
бетонные и железобетонные блоки.
Столбчатые фундаменты обязательно
устанавливают под углы дома, в местах
пересечения стен, под стойками каркаса,
тяжелыми и несущими простенками, балками
и другими местами сосредоточенной
нагрузки. Для
уменьшения давления на слабые грунты
столбчатые фундаменты из штучных
материалов уширяют в нижней части, делая
уступы высотой не менее двух рядов
кладки. Для
повышения устойчивости столбчатых
фундаментов, во избежание горизонтального
их смещения и опрокидывания, а также
для устройства опорной части цоколя
между столбами делают ростверк. При
устройстве столбчатых фундаментов под
деревянные постройки функцию ростверка
может выполнять деревянная обвязка из
бревен или бруса. При этом пространство
между планировочной отметкой земли
(отмосткой) и обвязкой заполняют забиркой. Подушки
таких фундаментов выполняют в виде
специальных блоков стаканного типа
или различных комбинаций из трапециевидных
сборных подушек ленточных фундаментов.
При больших нагрузках фундамент колонны
может быть дополнен плоскими железобетонными
плитами необходимых размеров. Наружное
ограждение подпольного пространства
зданий со столбчатыми фундаментами
устраивают из цокольных панелей,
которые опирают на специальные консоли
колонн наружных рядов или уступы
фундаментных подушек. Сплошные
(плитные) фундаменты
применяют
преимущественно при строительстве
многоэтажных зданий на слабых, неравномерно
сжимаемых грунтах. Плитные фундаменты
являются разновидностью мелкозаглубленных,
а точнее, незаглубленных фундаментов,
глубина заложения которых составляет
40-50 см. Устройство плитного фундамента
связано с расходом бетона, арматуры и
может быть целесообразно при сооружении
небольших и компактных в плане домов
или других построек, когда не требуется
устройство высокого цоколя, и сама плита
используется в качестве пола. Фундаментная
плита проектируется плоской или
ребристой с расположением ребер под
несущими стенами или колоннами. Ребристая
конструкция обеспечивает снижение
расхода стали и бетона, но отличается
большей трудоемкостью, чем сплошная.
При выполнении фундаментов из плоских
плит предельно упрощаются опалубка,
арматурные работы (раскатка готовых
арматурных сеток), механизируются
бетонные работы. Благодаря меньшей
трудоемкости фундаменты в виде плит
сплошного сечения распространены больше
ребристых. Толщина фундаментной плиты
назначается в зависимости от пролета
(шага) несущих конструкций и типа самой
плиты и составляет для ребристых плит
1/8-1/10 пролета, а для сплошных 116-1/8 пролета. Сплошная
незаглубленная плита в составе
пространственной системы «плита -
надфундаментное строение» обеспечивает
восприятие внешних силовых воздействий
и возможных деформаций грунтового
основания и исключает необходимость
различного рода мероприятий, предотвращающих
неравномерные деформации грунта, на
которые обычно в условиях слабых,
песчаных и пучинистых грунтов затрачиваются
значительные ресурсы.
Строительство плитного фундамента
Устройство опорных конструкций
Незаглубленная сплошная плита
Фундамент мелкого заложения
Технология морозоустойчивого фундамента
Видео. Фундамент монолитная плита - подушка и опалубка
Видео. Инструкция по возведению плитного фундамента с помощью мембран Planter
25. Столбчатые фундаменты. Сплошные фундаменты.