Конструирование фундаментов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФУНДАМЕНТЫ

Фундамент -- одна из наиболее ответственных частей здания. От его прочности и устойчивости в значительной степени зависят общая прочность, устойчивость и деформативность здания. Сложность работы грунтов основания, многообразие и изменчивость факторов, влияющих на конструкции подземной части здания, определяют необходимость выявления, изучения и разработки конструктивных мероприятий, точно соответствующих требованиям грунтов. Фундаментная и подвальная части здания -- самая трудоемкая и маломеханизированная область производства работ с низкой индустриальной сборностью конструкций. Постоянное увеличение объемов строительства приводит к необходимости освоения районов со сложными грунтовыми условиями (неравномерно сжимаемые, просадочные грунты, подрабатываемые территории, вечномерзлые и пучинистые грунты). Широкое развертывание высотного строительства в районах со сложными грунтовыми и ветровыми режимами и разнообразными по величине и направлению нагрузками предопределяет особое внимание к конструированию элементов подземной части здания - фундамента.

ФУНДАМЕНТЫ - ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Фундамент передает усилия от веса вышележащих конструкций и воспринимаемых ими нагрузок на основание. Прочность конструкций наземной части зданий обеспечивается прочностью и долговечностью фундамента, его устойчивостью, наличием конструктивных мероприятий, ограничивающих осадки основания в пределах, допустимых СНиП 2.02.01-83, экономичной и целесообразной формой и конструкцией фундаментов. Проектирование фундамента заключается в выборе его типа, размеров и способов устройства. Для этого необходимо определить: материал и конструкцию фундамента; глубину его заложения; давление под подошвой фундамента; осадки фундамента и способ выполнения работ по подземной части зданий. Кроме того, следует проверить устойчивость фундамента.

Глубина заложения фундамента зависит от геологических, климатических условий и архитектурных особенностей здания (наличия подвала или технического подполья). В зависимости от величины и направления нормативного давления под подошвой выбирают размеры подошвы фундамента и высоту. Так, при внецентренном приложении равнодействующей всех сил возможно несимметричное расположение фундамента, а при усилии, направленном горизонтально -- наклонное.

Фундаменты бывают глубокого и мелкого заложения. В гражданских зданиях применяют преимущественно вторые. По способу опирания на грунт различают фундаменты непосредственно опирающиеся на грунт (на естественном основании) и на искусственном основании. По способу изготовления фундаменты могут быть монолитными и сборными. Монолитные фундаменты выполняют бутовыми, бутобетонными или бетонными. Выбор типа фундамента определяется особенностями его работы и технико-экономическим обоснованием.

На фундаментах концентрируются нагрузки от всей высоты здания, поэтому они, как правило, большей ширины, чем наружные стены. Если нагрузки невелики, фундамент выполняют как подземную стену увеличенной ширины или столб с уширением. Теоретической формой фундамента является трапеция с углом 26--30° к вертикальной оси. Монолитные фундаменты выполняют с уступами, моделирующими этот угол.

Грунты основания под подошвой фундамента испытывают два вида давления: бытовое, возникающее под влиянием нагрузок от веса вышележащих слоев, и дополнительное -- от веса здания. С увеличением глубины залегания бытовое давление увеличивается, а дополнительное -- уменьшается по мере удаления от подошвы фундамента вглубь. Давление под подошвой фундамента распределяется неравномерно. Оно зависит от типа грунтов и имеет форму параболической эпюры с наибольшей ординатой в центре приложения нагрузки.

Для гражданских зданий, согласно СНиП 2.02.01-83, можно не учитывать криволинейный характер эпюры и при центральном приложении нагрузки считать эпюру прямоугольной, а при эксцентрическом -- в виде трапеции или прямоугольника. Основания зданий проверяют по предельному равновесию, так как при этом полностью используется несущая способность грунта. При проверке деформативности основания допустимы осадки, если они не приводят к выпиранию грунта, так как такие деформации вызывают лишь перемещение и уплотнение частиц грунта. Это происходит потому, что сдвигу грунта под фундаментом сопротивляется грунт откосов вне зоны сдвигов. Основание здания проверяется на устойчивость по предельному краевому давлению, если оно имеет откосы, либо в случае воздействия на него постоянной горизонтальной силы. Среднее давление под подошвой сравнивается с нормативным. Если под подошвой фундамента увеличивается давление, в основании развивается поверхность скольжения, по которой нарушается равновесие грунта. Характер работы фундамента и основания определяется способом опирания вышележащих конструкций, а следовательно привязкой к оси фундамента стен подвала для цокольных панелей. При этом сила должна быть приложена центрально и совпадать с геометрической осью подошвы фундамента. Этим требованием определяется привязка стен, которая выполняется следующим образом: наружная и внутренняя стены однослойной конструкции привязываются по геометрической оси; наружная стеновая цокольная панель трехслойной конструкции с жесткими связями привязывается как сплошная стена, (из условия, что все слои работают совместно); наружная стеновая панель с гибкими связями должна иметь привязку по внутреннему слою. При этом проверяется длина консоли.

Вид группы грунта влияет на выбор конструктивного типа фундамента. Задача заключается в том, чтобы выбрать наиболее рациональный тип фундаментно-подвальной части здания. При наличии одного или нескольких слоев грунта, малых и средних нагрузках принимают ленточные фундаменты, которые закладывают на небольшую глубину, определяемую из условия промерзания. При грунтах с малой несущей способностью возможность использования площадки зависит от нагрузок. Увеличение нагрузок приводит к необходимости либо изменения конструкции подземной части, в частности к устройству сплошных плитных или свайных фундаментов, либо к уплотнению грунта.

ФУНДАМЕНТ КАРКАСНОГО ЗДАНИЯ

Наиболее характерной конструкцией отдельно стоящего фундамента является фундамент под колонну каркасного здания. Такой фундамент бывает монолитным и сборным. Монолитный фундамент выполняют, если его форма или размеры делают нерациональным применение сборных конструкций (очень большие ширина, высота или масса). Если фундамент проектируют под монолитную колонну, его выполняют в виде цельной конструкции со сквозной рабочей арматурой; фундамент армируют сеткой, воспринимающей усилие от отпора грунта. По форме монолитный отдельно стоящий фундамент может быть трапецеидальным и с уступами. Уступы предусматривают при значительных размерах подошвы фундамента. Ширина уступов зависит от размера стороны колонны, высота -- от общей высоты фундамента. Монолитный фундамент под сборную колонну выполняется так же, как и под монолитную. В нем предусматривается место для установки колонны и заливки ее раствором. Под монолитные стаканы можно устраивать подготовку из песка с гидроизоляцией, необходимой для задержания при бетонировании влаги бетона в опалубке. Такая подготовка служит, кроме того, поддерживающей основой для нижней арматурной сетки фундамента. Она исключает возможность смешивания бетона замоноличивания с грунтом.

Отдельно стоящие фундаменты стаканного типа соединяют с помощью фундаментных балок или цокольных соединительных панелей, опирающихся на верхнюю опорную грань фундамента. Наиболее характерной конструкцией фундамента для зданий с каркасной схемой является отдельно стоящий сборный стакан под колонну. Сборные стаканы изготовляют из тяжелого бетона классов В12,5 -- В15. Основной тип стакана представляет собой ступенчатую конструкцию с местом для установки колонны, его подошву выполняют толщиной не менее 200--250 мм и проверяют на продавливание. Колонну устанавливают в стакан и замоноличивают. Уровень земли при засыпке должен быть выше верха стакана на 150 мм.

В каркасных зданиях при самонесущих стенах возникает необходимость опирания наружных стен на фундаменты. Для этого используют фундаментные балки, которые опираются на верхнюю грань отдельного фундаментного стакана либо на специально выполненные стаканы с местом для опирания. Для тяжело нагруженных колонн при значительных размерах фундаментов их можно собирать на месте из отдельных элементов. Сборные железобетонные фундаментные стаканы, так же как и монолитные, выполняют трапецеидальными (при небольших размерах подошвы) и ступенчатыми. Размеры уступов определяют в зависимости от размера колонн, подошвы фундамента и его расчетной высоты. Для экономии бетона и уменьшения массы конструкции стаканы изготовляют сложной формы с ребрами жесткости и устанавливают на подкладные плиты, которые также могут иметь сложную, ребристую конструкцию. Однако сложная конфигурация сборного железобетонного изделия часто приводит к перерасходу арматуры из-за необходимости дополнительного армирования ребер и выступов. Днище стакана железобетонного фундамента (растянутая зона) армируют одним или двумя рядами сварных сеток без стыков в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Плитные фундаменты и перекрестные ленты. Сплошные (плитные) фундаменты применяют в следующих случаях: если на площадке слабые грунты и значительные нагрузки, которые не могут воспринимать одиночные и ленточные фундаменты для создания допустимого давления на грунт; если неравномерная осадка сооружения не допускается или регламентируется, а фундаментные плиты значительно перераспределяют усилия на основание и делают осадки и давление на него равномерными; если имеется техническая необходимость в создании такого фундамента (например установка технологического оборудования) или необходимость надежной защиты основания от проникновения воды (плиту используют в качестве гидроизоляции).

Сплошные фундаменты проектируют в виде плоских плит, размеры которых определяют исходя из величины реактивного отпора грунта. Их устанавливают под здания каркасной конструкции. Для придания плите большей жесткости ее выполняют ребристой. В зданиях каркасной конструкции места пересечения ребер служат для установки колонн, при бескаркасной конструкции ребра используют в качестве стен подвала, на которые устанавливают несущие конструкции (стены, диафрагмы жесткости). Шаги и пролеты принимают равными от 3 до 6 м. Ребра соединяют опорные места колонн в единое пространственное целое. Плиты выполняются ребрами вверх либо вниз. Если плита имеет ребра вверх, пространство между ними засыпают песком или гравием и выполняют бетонную подготовку толщиной 10--15 см. Фундаментная плита с ребрами, направленными вниз, способствует уменьшению объема земляных работ, однако расположение плиты в сжатой зоне ухудшает условия ее работы и ведет к перерасходу арматуры. Для сплошных фундаментных плит, в том числе с ребрами, расположенными в сторону грунта, можно применять уширения на колоннах в верхней части перекрытия и в нижней, опорной. Уширения приводят к перерасходу бетона и металла, а также уменьшению полезного объема помещения, но позволяют более равномерно распределять нагрузку.

Кроме фундаментных плит, в каркасных зданиях с большими нагрузками и при необходимости увязки отдельно стоящих фундаментов в единую пространственную систему применяют фундаменты из перекрестных железобетонных лент, которые пересекаются в местах установки колонн. Отсутствие плиты позволяет экономить бетон и сталь. Уменьшается также объем земляных работ, однако эта конструкция имеет сложную конфигурацию. Для высотных зданий с большими нагрузками на стены при конструкции подземной части, предназначенной для бескаркасного решения, могут выполняться фундаментные конструкции подвальной части коробчатого сечения. Ребра такой плиты предусматриваются на полную высоту подвала, являются стенами и соединяются с перекрытиями, придавая конструкции исключительную жесткость. При соединении стены с плитой устраивают скосы для предотвращения возможной концентрации напряжения в углах конструкции. Армирование фундаментных плит зависит от их конструкции и нагрузок.

Фундаменты под небольшие компактные здания могут выполняться в виде бетонных массивов. Если стеновые несущие конструкции (колонны или стены) расположены на таком расстоянии друг от друга, что линии, проведенные под углом 45° от крайних точек опор, пересекаются в теле массива бетона, то массив работает как бетонный. Плоские плиты армируют плоскими сварными сетками, рабочие стержни и шаг их определяют расчетом на прочность и деформативность конструкции. Ребра фундаментных плит, а также перекрестные фундаменты армируют сварными каркасами. Количество плоских каркасов в пространственном каркасе должно быть не менее 2 при ширине ребра до 40 см, 3 -- при ширине 40--80 см и 4 -- при ширине 100 см. В случае грибовидной опорной части колонны в месте ее опирания необходимо укладывать дополнительные опорные сетки или перекрестно уложенные рабочие стержни. Диаметр арматурных стержней сеток должен быть не менее 5 мм, а диаметры арматурных стержней опорных сеток и отдельных стержней определяют расчетом.

ЛЕНТОЧНЫЕ И ОТДЕЛЬНО СТОЯЩИЕ ФУНДАМЕНТЫ

В гражданских зданиях применяют преимущественно фундаменты мелкого заложения, т. е. фундаменты, устраиваемые в заранее вырытом котловане. В отдельных случаях при сложных грунтово-геологических условиях, а также при больших нагрузках (например, в зданиях большой высоты) могут применяться фундаменты глубокого заложения, т. е. фундаменты, которые погружают в грунт одновременно с забором грунта. Широкое применение в гражданском строительстве получили сборные фундаменты. Это основная конструкция фундаментов, способная рационально работать как при центральном, так и при внецентренном приложении нагрузки. Наиболее распространенным видом сборных фундаментов являются ленточные, выполняемые в виде непрерывной ленты из подушек, устанавливаемых с конструктивным зазором 6 = 20 мм, что обеспечивает равномерную передачу нагрузки на грунт. В зависимости от конструктивной схемы здания в его углах могут быть приоритетными поперечные либо продольные ленты. Ленточные фундаменты можно выполнять прерывистыми: сборные подушки устанавливают с расчетными зазорами. Прерывистые фундаменты позволяют повысить нагрузки на фундамент и дают экономию строительных материалов. Размер зазора зависит от характеристики грунтовых условий и нагрузок на ленты. В настоящее время экономичные прерывистые ленточные фундаменты находят широкое применение в жилищном строительстве, на неоднородных сильно отличающихся по сжимаемости грунтах, просадочных, а также в сейсмических районах. Фундаментные подушки можно конструктивно выполнять как сборные железобетонные элементы призматическими (при небольших нагрузках), трапецеидальными, специальной формы в виде трапецеидальной конструкции с ребрами либо коробчатыми. Форма подушки обусловлена спецификой ее работы в грунте: обрезы фундаментов работают как консоли на отпор грунта, возникающий при давлении конструкции здания на основание, размер консоли определяется нагрузкой на подошву фундамента. Такая форма, а также форма подушки в виде коробчатого сечения вызваны требованиями увеличения жесткости и экономии материала. Стандартные фундаментные подушки имеют следующие размеры (в мм): ширина b = 800-3200; длина L=1200-2400; толщина h = 300 и 500. Под фундаментные подушки в качестве выравнивающего слоя, в случае необходимости, устраивают песчаную подсыпку. Под блоки решетчатого и коробчатого сечения также в случае необходимости устраивают выравнивающую подготовку. Блоки-подушки выполняют из тяжелого бетона класса не менее В15. Если блоки не имеют сплошного дна, необходимо предусматривать подготовку для выравнивания давления. В меньшем объеме, чем сборные, применяют в гражданском строительстве монолитные фундаменты бетонные, железобетонные, бутовые и бутобетонные. Бутобетонные и бетонные фундаменты используют редко из-за большой трудоемкости их возведения по сравнению со сборными. При незначительной нагрузке на подземную часть (в случае мало-этажных зданий) фундаменты могут иметь прямоугольную форму без уширения подошвы относительно стены подвала (ширина не менее 500 мм). При устройстве уступов фундаментов соотношение ширины фундамента и высоты выступа назначают в зависимости от класса бетона и нормативного давления грунта (от 0,12 до 0,2 МПа). Высота уступов для буто¬бетона -- не менее 30 см, для бутовой кладки из двух рядов бутовых камней -- 30--60 см. Класс бетона не менее В15, ширина по обрезу принимается на 5--15 см больше ширины вышележащей кладки.

Находят применение монолитные фундаменты бетонные и железобетонные, выполняемые заодно с монолитными стенами подвалов. Одним из решений монолитного ленточного фундамента может быть монолитная железобетонная лента, под монолитные колонны. Такое решение возможно при проектировании первых этажей жилых и общественных зданий со значительными нагрузками на колонны первого этажа. Фундаменты при этом могут выполняться также из сборных элементов, соединяемых один с другим сваркой выпусков и замоноличиванием их (сборно-монолитная конструкция). В гражданских зданиях отдельно стоящие фундаменты применяют реже, чем сплошные. Их устраивают, если сплошные ленточные фундаменты неэкономичны (для каркасных зданий, в случае малых давлений на грунт и большой глубины заложения). Отдельно стоящие фундаменты выполняют как под непрерывные стены, так и под колонны. Фундаменты устанавливают в местах пересечения продольных и поперечных осей, при необходимости -- между осями. Для зданий с подземной частью, выполненной из мелкоразмерных камней, применяют отдельно стоящие фундаменты, которые в плане устанавливают так же, как и сборные подушки. Такие фундаменты целесообразны при малых нагрузках на основание. Их располагают под стенами с малым шагом, а проемы перекрывают перемычками, на которых затем возводят стены наземной части. При значительном шаге столбы соединяют фундаментными балками. Между перемычками или фундаментными балками и грунтом остается зазор, который заполняют песком, шлаком или другим сыпучим материалом.

фундамент здание бетон конструкция

Размещено на Allbest.ru