Фундамент на естественном основании



Понятие об основаниях и требования к ним

Геологические породы, залегающие в верхних слоях земной коры и исполь­зуемые в строительных целях, называют грунтами. Грунты представляют собой скопление частиц различной величины, между которыми находятся поры (пу­стоты). Прочность сцепления между ча­стицами грунта во много раз меньше прочности самих частиц. Эти частицы образуют скелет грунта.

Основанием называют массив грунта, расположенный под фундаментом и воспринимающий нагрузку от здания. Основания бывают двух видов: есте­ственные и искусственные.

Естественным основанием назы­вают грунт, залегающий под фундамен­том и способный в своем природном состоянии выдержать нагрузку от возведен­ного здания.

Искусственным основанием на­зывают искусственно уплотненный или упрочненный грунт, который в природ­ном состоянии не обладает достаточной несущей способностью по глубине зало­жения фундамента.

Нагрузка, передаваемая фундаментом, вызывает в грунте основания напряжен­ное состояние и деформирует его. На рис. 4.1 показана примерная форма на­пряженного объема грунта. Как видно из рисунка, глубина и ширина напряженной зоны значительно превышают ширину фундамента.


По мере углубления ниже фундамента область распространения напряжений увеличивается до определенного значе­ния, а их абсолютная величина снижает­ся, и постепенно область распростране­ния напряжений уменьшается. На глуби­не более 6Ь грунт практически не испыты­вает напряжений.

Фундамент на естественном основании

 

Рис. 4.1. Напряженная зона грунта основания под

подошвой фундамента:

Ь — ширина фундамента, Р — нагрузка от здания,

передаваемая фундаментом на основание

Действующие нагрузки деформируют основания, вызывая осадку здания. В со­ответствии с изложенным грунты, соста­вляющие основание, должны отвечать следующим требованиям: обладать до­статочной несущей способностью, а так­же малой и равномерной сжимаемостью (большие и неравномерные осадки здания могут привести к его повреждению и да­же разрушению); не быть пучинистыми, т. е. иметь свойство увеличения объема при замерзании влаги в порах грунта (в соответствии с этим требованием выби­рают глубину заложения фундамента, ко­торая должна быть согласована с глуби­ной промерзания грунта в районе строи­тельства); не размываться и не раство­ряться грунтовыми водами, что также приводит к снижению прочности основа­ния и появлению непредусмотренных оса­док здания; не допускать просадок и оползней.


Просадки могут произойти при недо­статочной мощности слоя грунта, приня­того за основание, если под ним распола­гается грунт, имеющий меньшую прочность (более слабый грунт). Оползни грунта могут возникнуть при наклонном расположении пластов грунта, ограни­ченных крутым рельефом местности.

Главное же внимание при проектирова­нии уделяется вопросу обеспечения рав­номерности осадок. При этом необходимо, прежде всего, учитывать, что нагрузка от здания может вызвать разрушение ос­нования при его недостаточной несущей способности. С другой стороны, основа­ние может и не разрушиться, но осадка здания окажется столь неравномерной, что в стенах здания появятся трещины, а в конструкциях возникнут усилия, могу­щие привести к аварийному состоянию всего здания или его части.

Грунты оснований зданий и сооруже­ний не должны обладать свойством пол­зучести, т. е. способностью к длительной незатухающей деформации под нагруз­кой. Классическим примером этого является почти 800-летняя осадка Пизанской башни, строившейся более 200 лет (рис. 4.2).

Грунтовые воды оказывают значитель­ное влияние на структуру, физическое со­стояние и механические свойства грунтов, понижая несущую способность основа­ния.

Если же в грунте содержатся легко рас­творимые в воде вещества (например, гипс), возможно выщелачивание его, что влечет за собой увеличение пористости основания и снижение его несущей спо­собности. Для этого в необходимых слу­чаях понижают уровень грунтовых вод. Когда скорость движения грунтовых вод такова, что возможно вымывание частиц мелкозернистых грунтов, необходимо применять меры по защите основания. Для этого устраивают вокруг здания спе­циальное шпунтовое ограждение или дре­наж.


Каковы же основные виды грунтов и их свойства? Грунты разнообразны по своему составу, структуре и характеру за­легания. Принята следующая строитель­ная классификация грунтов:

Скальные — залегают в виде сплошного массива (граниты, кварциты, песчаники и т. д.) или в виде трещиноватого слоя. Они водоустойчивы, несжимаемы и при отсутствии трещин и пустот являются наиболее прочными и надежными основа­ниями. Трещиноватые слои скальных грунтов менее прочны.

Крупнообломочные — несвязные облом­ки скальных пород с преобладанием обломков размером более 2 мм (свыше 50 %). К ним можно отнести гравий, ще­бень, гальку, дресву. Эти грунты являют­ся хорошим основанием, если под ними расположен плотный слой.

Песчаные — состоят из частиц круп­ностью от 0,1 до 2 мм. В зависимости от крупности частиц пески разделяют на гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые. Чем крупнее и чище пески, тем большую нагрузку может вы­держать слой основания из него. Сжимае­мость плотного песка невелика, но ско­рость уплотнения под нагрузкой значи­тельна, поэтому осадка сооружений на таких основаниях быстро прекращается. Пески не обладают свойством пластично­сти.


Частицы грунта крупностью от 0,05 до 0,005 мм называют пылеватыми. Если в песке таких частиц от 15 до 50 %, то их относят к категории пылеватых. Когда в грунте пылеватых частиц больше, чем песчаных, грунт называют пылеватым.

Глинистые — связные грунты, состоя­щие из частиц крупностью менее 0,005 мм, имеющих в основном чешуйча­тую форму. В отличие от песков глины имеют тонкие капилляры и большую удельную поверхность соприкосновения между частицами. Так как поры гли­нистых грунтов в большинстве случаев заполнены водой, то при промерзании глины происходит ее пучение. Несущая способность глинистых оснований зави­сит от влажности. Сухая глина может вы­держивать довольно большую нагрузку. Глинистые грунты делятся на глины (с содержанием глинистых частиц более 30%), суглинки (10…30%) и супеси (З…10%).

Лёссовые (макропористые) — глинистые грунты с содержанием большого количе­ства пылеватых частиц и наличием крупных пор (макропор) в виде верти­кальных трубочек, видимых невоору­женным глазом. Эти грунты в сухом со­стоянии обладают достаточной проч­ностью, но при увлажнении способны давать под нагрузкой большие осадки. Они относятся к просадочным грунтам и при возведении на них зданий требуют надлежащей защиты оснований от увлаж­нения. С органическими примесями (рас­тительный грунт, ил, торф, болотный торф) неоднородны по своему составу, рыхлы, обладают значительной сжимае­мостью. В качестве естественных основа­ний под здания непригодны.


Насыпные — образовавшиеся искусст­венно при засыпке оврагов, прудов, мест свалки и т. п. Обладают свойством не­равномерной сжимаемости, и в большин­стве случаев их нельзя использовать в ка­честве естественных оснований под зда­ния. В практике встречаются также намы­вные грунты, образовавшиеся в результа­те очистки рек и озер. Эти грунты называют рефулированными насыпными грунтами. Они являются хорошим осно­ванием для зданий.

Плывуны — образуются мелкими песка­ми с илистыми и глинистыми примесями, насыщенными водой. Они непригодны как естественные основания. Основания должны обеспечивать пространственную жесткость и устойчивость здания, поэто­му нормами предусмотрены допустимые величины осадок здания (80… 150 мм в за­висимости от вида здания).

Фундаменты и их конструктивные решения

Фундаменты являются важным конструк­тивным элементом здания, воспринимаю­щим нагрузку от надземных его частей и передающим ее на основание. Фунда­менты должны удовлетворять требова­ниям прочности, устойчивости, долговеч­ности, технологичности устройства и эко­номичности. Верхняя плоскость фундамента, на ко­торой располагаются надземные части здания, называют поверхностью фунда­мента или обрезом, а нижнюю его пло­скость, непосредственно соприкасающую­ся с основанием, — подошвойфундамен­та. Расстояние от спланированной поверх­ности грунта до уровня подошвы назы­вают глубиной заложения фундамента, которая должна соответствовать глубине залегания слоя основания.


и этом не­обходимо учитывать глубину промерза­ния грунта (рис. 4.4). Если основание со­стоит из влажного мелкозернистого грун­та (песка мелкого или пылеватого, супе­си, суглинка или глины), то подошву фундамента нужно располагать не выше уровня промерзания грунта. На рисунке приведены изолинии нормативных глу­бин промерзания суглинистых грунтов. Глубина заложения фундаментов под внутренние стены отапливаемых зданий не зависит от глубины промерзания грун­та; ее назначают не менее 0,5 м от уров­ня земли или пола подвала. Фундамент на естественном основании В непучинистых грунтах (крупнообло­мочных, а также песках гравелистых, крупных и средней крупности) глубина заложения фундаментов также не зависит от глубины промерзания, однако она должна быть не менее 0,5 м, считая от природного уровня грунта при планиров­ке подсыпкой, и от планировочной от­метки при планировке участка срезкой. По конструктивной схеме фундаменты могут быть: ленточные, располагаемые по всей длине стен или в виде сплошной ленты под рядами колонн (рис. 4.5, а, б); столбчатые, устраиваемые под отдельно стоящие опоры (колонны или столбы), а в ряде случаев и под стены (рис. 4.5, в, г); сплошные, представляющие собой монолитную плиту под всей площадью здания или его частью и применяемые при особо больших нагрузках на стены или отдельные опоры, а также

Фундамент на естественном основании


    Рис. 4.4. Определение глубины заложения фундаментов а — схема: 1 — полотна фундамента, 2 — тело фун­дамента. 3 — отметка глубинызаложения фундаментa. 4 — отметка глубины промерзания грунта, 5 — отметка уровня грунтовых вод, б — планировочная отметка, 7 — стена, 8 — уровень пола I этажа, 9 -обрез фундамента, hф —глубина заложения фундаментa, В- ширина подошвы фундамента, в — карм нормативных глубин промерзания суглинистых грунтов

 

 

Фундамент на естественном основании недоста­точно прочных грунтах в основании (рис. 4.5,д, г); свайные в виде отдельных по­груженных в грунт стержней для переда­чи через них на основание нагрузок от здания (рис. 4.5, ж).

По характеру работы под действием нагрузки фундаменты различают жест­кие, материал которых работает преиму­щественно на сжатие и в которых не воз­никают деформации изгиба, и гибкие, работающие преимущественно на изгиб.

Фундамент на естественном основании Для устройства жестких фундаментов применяют кладку из природного камня неправильной формы (бутового камня или бутовой плиты), бутобетона и бето­на. Для гибких фундаментов используют в основном железобетон.


Ленточные фундаменты. По очертанию в профиле ленточный фунда­мент под стену в простейшем случае представляет собой прямоугольник (рис. 4.6, а). Его ширину устанавливают немно­го больше толщины стены, предусматри­вая с каждой стороны небольшие уступы по 50… 150 мм. Однако прямоугольное се­чение .фундамента на высоте допустимо лишь при небольших нагрузках на фунда­мент и достаточно высокой несущей спо­собности грунта.

Чаще всего для передачи давления на грунт и обеспечения его несущей способ­ности необходимо увеличивать площадь подошвы фундамента путем ее уширения. Теоретической формой сечения фунда­мента в этом случае является трапеция (рис. 4.6,6), где угол а определяет рас­пространение давления и принимается для бутовой кладки и бутобетона от 27 до 33°, для бетона — 45°. Устройство та­ких трапецеидальных фундаментов связа­но с определенными трудозатратами, по­этому практически такие фундаменты в зависимости от расчетной ширины по­дошвы выполняют прямоугольными или ступенчатой формы (рис. 4.6, в, г) с со­блюдением правила, чтобы габариты фундамента не выходили за пределы его теоретической формы. Размеры ступеней по ширине (а) принимают 20…25 см, а по высоте (с) — соответственно 40…50 см По способу устройства ленточные фун­даменты бывают монолитные и сборные.


нолитные фундаменты устраивают бутовые, бутобетонные, бетонные и железобетонные. На рис. 4.7 показан ленточный фундамент из бутового камня и бутобе­тона. Ширина бутовых фундаментов дол­жна быть не менее 0,6 м для кладки из рваного бута и 0,5 м — из бутовой плиты. Высота ступеней в бутовых фундаментах составляет обычно около 0,5 м, ши­рина — от 0,15 до 0,25 м. Устройство мо­нолитных бутобетонных, бетонных и же­лезобетонных фундаментов требует про­ведения опалубочных работ. Кладку бу­товых фундаментов производят на слож­ном или цементном растворе с обяза­тельной перевязкой (несовпадением) вер­тикальных швов (промежутков между камнями, заполняемых раствором).

Бутобетонные фундаменты состоят из бетона класса В5 с включением в его тол­щу (в целях экономии бетона) отдельных кусков бутового камня. Размеры камней должны быть не более 1/3 ширины фунда­мента.

Монолитные бутовые фундаменты не отвечают требованиям современного ин­дустриального строительства, а для их устройства трудно механизировать работы Бутовые и бутобетонные фунда­менты весьма трудоемкие при возведе­нии, поэтому их применяют в основном в районах, где бутовый камень является местным материалом.

Более эффективными являются бе­тонные и железобетонные фундаменты из сборных элементов заводского изготовле­ния (рис. 4.8), которые в настоящее время имеют наибольшее распространение. При их устройстве трудовые затраты на строительстве уменьшаются вдвое. Их можно возводить и в зимних условиях без устройства обогрева.


Сборные ленточные фундаменты под стены состоят из фундаментных блоков-подушек и стеновых фундаментных бло­ков. Фундаментные подушки укладывают непосредственно на основание при пес­чаных грунтах или на песчаную подго­товку толщиной 100… 150 мм, которая должна быть тщательно утрамбована.

Фундаментные бетонные блоки укладывают на растворе с обязательной перевязкой вертикальных швов, толщину которых принимают равной 20 мм (рис. 4.8, 4.9). Вертикальные колодцы, обра­зующиеся торцами блоков, тщательно заполняют раствором. Связь между блока­ми продольных и угловых стен

 

Фундамент на естественном основании Фундамент на естественном основании

 

 

Фундамент на естественном основании Фундамент на естественном основании

 

обеспечи­вается перевязкой блоков и закладкой в горизонтальные швы арматурных сеток из стали диаметром 6…10 мм (рис. 4.10).

Блоки-подушки изготовляют толщиной 300 и 400 мм и шириной от 1000 до 2800 мм, а блоки-стенки — шириной 300, 400, 500 и 600 мм, высотой 580 и длиной от 780 до 2380 мм.

В практике строительства применяют также сборные фундаментные блоки, имеющие толщину 380 мм при толщине надземных стен 380, 510 и 640 мм (рис. 4.11, а). При такой конструкции проч­ность материала фундамента использует­ся полнее и в результате получается эко­номия бетона. Этой же цели соответ­ствует устройство так называемых пре­рывистых фундаментов (рис. 4.11,6), в которых блоки-подушки укладывают на расстоянии 0,3…0,5 м друг от друга. Про­межутки между ними заполняют песком.

Фундамент на естественном основании Строительство крупнопанельных зда­ний и зданий из объемных блоков потре­бовало разработки новых конструк­тивных решений фундаментов. На рис. 4.11, в показан фундамент из крупнораз­мерных элементов для жилого дома с по­перечными несущими стенами и подва­лом. Фундамент состоит из железобетон­ной плиты толщиной 300 мм и длиной 3,5 м и установленных на них панелей, представляющих собой сквозные безра­скосные железобетонные фермы, имею­щие толщину 240 мм и высоту, равную высоте подвального помещения. Соеди­няются элементы между собой с по­мощью сварки закладных стальных дета­лей.

При строительстве зданий на участках со значительными уклонами фундаменты стен выполняют с продольными уступа­ми (рис. 4.12). Высота уступов должна быть не более 0,5 м, а длина — не менее 1,0 м. Этим же правилом пользуются при устройстве перехода фундаментов вну­тренних стен к фундаментам наружных при разных глубинах их заложения.

Если необходимо обеспечить независи­мую осадку двух смежных участков зда­ния (например, при их разной этажно­сти), то при устройстве ленточных моно­литных фундаментов в их теле устраи­вают сквозные, разъединяющие фундамент зазоры. Для этого в зазоры вста­вляют доски, обернутые толем. В под­вальных зданиях доски с наружной сто­роны вынимают и швы в этих местах заполняют битумом. Если фундаменты сборные, то для обеспечения необходимо­го зазора блоки укладывают так, чтобы вертикальные швы совпадали.

В местах пропуска различных трубо­проводов (водопровода, канализации и др.) в монолитных фундаментах зара­нее Фундамент на естественном основании предусматривают соответствующие отверстия, а в сборных между блоками -необходимые зазоры с последующей их заделкой.

Фундамент на естественном основании Столбчатые фундаменты.

При небольших нагрузках на фундамент, когда давление на основание меньше нор­мативного, непрерывные ленточные фун­даменты под стены малоэтажных домов без подвалов целесообразно заменять столбчатыми. Фундаментные столбы мо­гут быть бутовыми, бутобетонными, бе­тонными и железобетонными (рис. 4.13, а). Расстояние между осями фунда­ментных столбов принимают 2,5…3,0 м, а если грунты прочные, то это расстояние может составлять 6 м. Столбы распола­гают обязательно под углами здания, в местах пересечения и примыкания стен и под простенками. Сечение столбчатых фундаментов во всех случаях должно быть не менее: бутовых и бутобетонных — 0,6 х 0,6 м; бетонных — 0,4 х 0,4 м.

Фундамент на естественном основании Столбчатые фундаменты под стены возводят также в зданиях большой этаж­ности при значительной глубине заложения фундаментов (4…5 м), когда устрой­ство ленточного фундамента нецелесо­образно из-за большого расхода строи­тельных материалов. Столбы перекры­вают железобетонными фундаментными балками. Для предохранения их от сил пучения грунта, а также для свободной их осадки (при осадке здания) под ними делают песчаную подсыпку толщиной

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Лекция №4 Несущий остов и конструктивные системы зданий | Лекция 5 Стены , отдельные опоры и перегородки

Источник: helpiks.org

Как выбрать тип фундамента для дома?

Оглавление

  1. Введение
  2. Типы грунтовых оснований для фундаментов
  3. Основные типы фундаментов
  4. Какие грунты под фундаментом?
  5. Столбчатые (отдельные) фундаменты – все за и против
  6. Ленточные фундаменты – когда они нужны?
  7. Плитные фундаменты – область применения, преимущества, недостатки
  8. Свайные фундаменты – когда без них никак?
  9. Заключение
  10. Связанные статьи

1. Введение

Фундамент — это наиважнейшая часть любой постройки. От надежности фундамента зависит надежность всего здания или сооружения.

Для того чтобы дом покоился на надежном фундаменте, а не трещал по швам и рассыпался, необходимо основательно подойти, в первую очередь, к выбору типа фундамента. Для этого нужно понимать какие бывают фундаменты и в каких случаях каждый из них следует применять.

Фундамент на естественном основании

Фундамент на естественном основании
Фото: характерные наклонные трещины от неравномерной осадки фундамента

Как это бывает в большинстве случаев, у каждого типа фундамента есть и преимущества, и недостатки. Не углубляясь в тонкости, попробуем выяснить какой фундамент подходит для Ваших условий больше.

[Фундамент — несущая строительная конструкция, часть здания или сооружения, которая воспринимает все нагрузки от сооружения, перераспределяет их и передает на грунтовое  основание]

2. Типы грунтовых оснований для фундаментов

Основание фундамента — слои грунта, залегающие ниже подошвы фундамента и воспринимающие нагрузку от него. Основания могут быть естественными и искусственными.

Естественное основание – это грунты природного сложения, не подвергавшиеся никакому вмешательству со стороны человека и образовавшиеся естественным путем.

Искусственные основания – это слои грунта, появившиеся в результате целенаправленных действий человека. Из искусственных оснований часто применяются – планомерно возведенные насыпи, песчаные и грунтовые подушки, слои грунта, уплотненные тяжелыми трамбовками, искусственно закрепленные грунты.

Проектирование искусственных оснований необходимо в случае если никакие типы фундаментов в данных конкретных грунтовых условиях не могут обеспечить требуемую прочность, жесткость и устойчивость здания/сооружения, или это экономически невыгодно.

Например — если на месте строительства Вашего дома оказался небольшой участок с залежами торфа толщиной около 1м, а вы планировали возведение малозаглубленного фундамента или полов по грунту, то целесообразно заменить этот слой слабого грунта на песок с послойным уплотнением – это и будет искусственным основанием. Такое решение позволит избежать неприятностей с фундаментом в будущем и сэкономить некоторую сумму денег.

3. Основные типы фундаментов

Основных типов фундаментов всего 4:

1. Столбчатые (отдельные) фундаменты – отдельные, не связанные между собой опоры под стены или колонны здания, имеющие сравнительно небольшую глубину заложения.

2. Ленточные фундаменты – сплошные линейные фундаменты под несущие стены здания.

3. Плитный фундамент – сплошная фундаментная плита, как правило из монолитного железобетона, сразу под все сооружение или под секцию сооружения.

Фундамент на естественном основании
Свайные ростверки

Свая – стальной, железобетонный (а иногда и деревянный) стержень, погруженный в грунт сквозь слабые слои для передачи нагрузки на более прочные грунты основания, как правило расположенные на глубине более 4 м.

4. Свайные фундаменты – ленточные, столбчатые или плитные фундаменты, опертые на сваи.

[В случае опирания на сваи, конструкция, объединяющая несколько свай, называется свайным ростверком (столбчатым, линейным или плитным)]

4. Какие грунты под фундаментом?

Важнейшим этапом проектирования фундамента являются инженерно-геологические изыскания. Правильнее изыскания выполнять еще до начала проектирования.

[Инженерно-геологические изыскания – комплекс работ по изучению грунтов и грунтовых вод в основании будущего сооружения. Включают в себя как минимум бурение разведочных скважин с отбором образцов грунта и грунтовой воды и последующим испытанием их в грунтовой лаборатории]

Дело в том, что фундамент, как отмечалось выше – важнейшая часть любого сооружения, и правильность выбора параметров фундамента напрямую зависит от правильности и полноты сведений о грунтах в его основании.

Фундамент на естественном основании
Пример инженерно-геологического разреза

Даже лучшие инженеры-проектировщики в области фундаментов не смогут правильно запроектировать конструкцию, если у них неверные или неполные сведения о грунтах в основании. Проект будет заведомо ошибочным, или фундамент окажется избыточно дорогим и трудоемким.

[Недостаток сведений о грунтах при проектировании фундамента можно перекрыть только большими запасами по прочности и, как следствие, перерасходом финансов, но и это не дает гарантии надежности]

Если вы не знаете какие грунты залегают под вашим будущим фундаментом то попробуйте поспрашивать соседей которые уже начали или даже окончили строительство на своих участках. Если и у соседей не окажется информации о инженерно-геологических изысканиях то рекомендую прочитать статью определяем тип и характеристики грунта самостоятельно без лаборатории.

5. Столбчатые (отдельные) фундаменты – все за и против

Отдельно стоящие столбчатые фундаменты применяются не только в малоэтажном строительстве, но и при строительстве производственных, торговых, административных и жилых зданий.

Фундамент на естественном основании

Глубина заложения таких фундаментов обычно сравнительно небольшая — от 0 до 3,0 метров, размеры в плане меняются в широких приделах от 0,3х0,3 для деревянных построек до 4,5х4,5 м под колонны многоэтажных зданий. Располагаются отдельные столбчатые фундаменты с определенным шагом вдоль стен или под узловыми точками здания (углами, колоннами, пересечением балок и т.д.) и не связаны между собой ничем кроме надземной части зданий или сооружения.

[Когда говорят «столбчатый фундамент» имеют ввиду не фундамент в виде столба небольшого сечения, а фундамент имеющий колонную часть — столб и плитную часть — подошву.]

Фундамент на естественном основании
Пример чертежа столбчатого фундамента

Вообще в литературе времен СССР отдельный столбчатый фундамент на естественном  основании под колонны был основным решением для каркасных зданий по технико-экономическим показателям (самый дешевый вариант). То есть его применение рассматривалось ранее всех остальных вариантов.

Когда столбчатые отдельные фундаменты следует применять?

  1. прежде всего когда проектируется/строится каркасное здание, то есть нагрузка на основание предается точечно, от каждой колонны каркаса отдельно.
  2. когда недалеко от поверхности (на глубине 1,5-3 м) залегают достаточно прочные грунты, которые могут воспринимать расчетные нагрузки от здания при сравнительно небольших размерах подошвы фундамента (в моей практике самая крупная подошва ступенчатого фундамента была размером 4,5х4,5 м, но это не предел);
  3. При малоэтажном строительстве под не ответственные деревянные постройки  (баня, сарай) при сухих прочных грунтах — применяют малозаглубленные или поверхностные столбчатые фундаменты как максимально простой и дешевый вариант.

Бывают случаи, когда столбчатые фундаменты – единственное рациональное решение даже при строительстве крупного объекта. Как правило эта ситуация происходит когда характеристики грунтов ухудшаются по мере увеличения глубины их залегания.

Например, при разработке проекта для двухэтажного торгового центра в его основании в верхней части геологического разреза оказались достаточно прочные грунты , а нижние слои становились тем слабее, чем глубже они залегают вплоть до глубины 10-12 м. Применение свай в таких условиях только ухудшает положение, а ленточные и плитные фундаменты не выгодны из-за большого шага колонн (9х9 м).

Преимущества столбчатого фундамента:

  • Самая невысокая стоимость из всех типов;
  • Простота возведения.

Недостатки:

  • Требуют дополнительных конструкций для опирания стен здания (монолитный цоколь, фундаментные балки), а для зданий с подвалам требуется отдельное возведение стен подвала;
  • Фундаменты не связаны между собой и, как следствие, не перераспределяют нагрузки. Для исключения неравномерных осадок, фундаменты должны иметь точно подобранные  размеры подошвы в зависимости от действующей нагрузки на них — если нагрузки разные, то и размеры фундаментов разные;
  • Применимы только на относительно прочных и однородных грунтах.

При малоэтажном строительстве столбчатые фундаменты можно порекомендовать только для деревянных дачных построек, или если в основании действительно прочные грунты (гравий, средний или крупный песок, скала).

Для домов из жестких каменных материалов (кирпич, газобетон) такие фундаменты не подходят из-за большого риска неравномерных осадок, что для тяжелых хрупких стен недопустимо.

Кроме того, применение столбчатых фундаментов вызывает необходимость в создании какого-либо жесткого цоколя здания (фундаментные балки, нижняя деревянная обвязка или др.) на который будут опираться стены здания, а если здание с подвалом необходимо отдельно возводить стены подвала.

6. Ленточные фундаменты – когда они нужны?

Ленточный фундамент выполняется в виде непрерывного замкнутого в плане контура (ленты) под всеми наружными и внутренними несущими стенами здания. А если есть несущие стены, значит здание не каркасное. Иногда ленточный фундамент применяют и для каркасных зданий, но как правило при небольшом шаге колонн – до 6х6 м и относительно слабых грунтах.

Ленты могут быть малозаглубленные:

Фундамент на естественном основании
Малозаглубленный ленточный фундамент

Или заглубленные:

Фундамент на естественном основании
Заглубленный ленточный фундамент

Ленточный фундамент в общем случае состоит из стеновой и плитной (подошвы) частей . Стены и подошва ленточного фундамента могут выполняться сборными – из блоков ФБС, или монолитными – из армированного железобетона, залитого на прямо на месте.

[Для сборного ленточного фундамента из блоков ФБС и др. штучных материалов очень желательно выполнять сплошные армированные монолитные пояса по верху блоков, и монолитную ленту в основании стен из блоков. Тогда такой фундамент будет намного лучше сопротивляться неравномерным деформациям и перераспределять нагрузки на основание]

Преимущества ленточного фундамента перед столбчатым:

  • Большая суммарная площадь подошвы. Это позволяет передавать распределенную нагрузку на более слабые грунтовые основания;
  • Неравномерные нагрузки от здания перераспределяются за счет большой жесткости и прочности конструкции фундамента. Это снижает среднюю осадку фундамента и неравномерные деформации;
  • Сразу образуются стены подвала и опоры для вышерасположенных стен.
Фундамент на естественном основании
Замкнутая лента под стены здания

Недостатки:

  • Более высокая стоимость и трудоемкость чем у столбчатого варианта;
  • При неравномерных нагрузках в лентах возникают большие усилия, для восприятия которых требуются  серьезное армирование;
  • Нет возможности передавать большие точечные нагрузки на основание, т.к. ширина подошвы ленты ограничена.

Если Вы сэкономили на армировании и монолитном поясе и ленточный фундамент не выдержал нагрузок, в нем появились трещины, то он по своей сути превращается в столбчатый – отдельные фрагменты работаю независимо друг от друга, перераспределения усилий между фрагментами не происходит, увеличиваются неравномерные деформации.

В целом для малоэтажного строительства это наиболее оптимальный вариант если грунты недалеко от поверхности достаточно прочные (на глубине 1,5-3 м).

7. Плитные фундаменты – область применения, преимущества, недостатки

Плитные фундаменты применяют при специальном технико-экономическом обосновании. Они распределяют нагрузки от надземной части здания на очень большую площадь, но при этом в самой плите возникают огромные напряжения. Для того чтобы воспринять эти нагрузки без разрушения и излишних деформаций, необходимо выполнять плиту очень мощной с надежным армированием (толщина плиты многоэтажных домов достигает 1,5 м и более). Да и вообще перекрыть всю площадь под зданием плитой толщиной 0,5 м – очень накладно.

Фундамент на естественном основании

Преимущества плитного фундамента:

  • Применим на слабых основаниях, самый надежный вариант на естественном основании при правильном проектировании;
  • Снижает осадки и неравномерные деформации основания даже при слабых грунтах;
  • Для зданий с подвалом сразу служит несущей плитой пола.

Недостатки:

  • В конструкции возникают очень большие усилия, особенно от точечных нагрузок, восприятие которых требует больших затрат на бетон и арматуру;
  • Еще более высокая стоимость и трудоемкость;

Применяют плитный фундамент, когда в основании сооружения слабые грунты (площади подошвы столбчатых и ленточных фундаментов недостаточно), а применение свай не дает ожидаемого увеличения несущей способности.

Фундамента плитного типа в малоэтажном строительстве применяют при небольших размерах дома и простой форме здания. Основные преимущества данного основания — простота сооружения, возможность применения в сложных грунтовых условиях: пучинистых, слабых и просадочных грунтах, а также высокая надежность при мелкой заглубленности . Однако такие фундаменты сравнительно дороги из-за большого расхода бетона и металла на арматуру.

8. Свайные фундаменты – когда без них никак?

Свайные фундаменты выполняются в виде:

  • отдельных столбчатых свайных ростверков под колонны каркаса;
  • линейных ростверков, в том числе и непрерывных замкнутых ленточных фундаментов на свайном основании;
  • плитных ростверков – монолитные (редко сборные) фундаментные плиты, опертые на сваи;
  • иногда применяют одиночные сваи под колонны.
Фундамент на естественном основании
Фото: процесс массового погружения забивных свай на стройплощадке

Нагрузка от ростверка передается на сваи, а те в свою очередь передают ее на грунтовое основание своими боковыми поверхностями и нижними концами (лопастями, если сваи винтовые). Обычно на нижний конец сваи приходится основная нагрузка, а боковые поверхности передают меньшую часть усилия.

Сваи по типу погружения в основном применяют: забивные, буронабивные и винтовые. На типах свай останавливаться подробно не будем, на этот счет см. соответствующие статьи. По материалу сваи бывают железобетонные , стальные, иногда деревянные.

Преимущества свайного фундамента:

  • Позволяет пройти слабые грунты и передать нагрузки на заглубленные плотные геологические слои;
  • Позволяет воспринимать не только сжимающие нагрузки, но и выдергивающие и горизонтальные усилия, хорошо сопротивляется морозному пучению;
  • При правильном проектировании очень высокая надежность фундамента.

Недостатки:

  • Самая высокая стоимость и трудоемкость;
  • Необходимость возведения свайного ростверка;
  • Необходимость применения спец. техники для погружения свай или бурения скважин;
  • Стальные сваи подвержены коррозии в агрессивных грунтовых условиях, а антикоррозионные покрытия часто повреждаются при погружении свай.

[Сваи, вопреки бытовому мнению, не дают никакой гарантии от осадок и перекосов фундаментов, а в некоторых грунтовых условиях могут быть вообще неприменимы (например, при текучих суглинках и глинах под нижними концами свай)]

В целом сваи применяют, когда необходимо передать нагрузки на заглубленные плотные грунты минуя верхние слабые слои, или, когда при сравнении вариантов, фундаменты на естественном основании оказываются дороже чем свайные.

Исключением являются свайные фундаменты из винтовых свай под деревянные малоэтажные дома и постройки – они выполняются без ростверка, под обкладной брус. Имеют сравнительно небольшую стоимость и высокую надежность, поэтому могут быть выгоднее других вариантов и рекомендованы к применению при определенных грунтовых условиях.

Фундамент на естественном основании
Сваи из стальных труб, заполненных бетоном, объединенные железобетонным ростверком

Минимальная глубина погружения сваи, применяемой в строительстве как правило 4,0 м. Если глубина будет меньше – по сути получится столбчатый фундамент, погруженный в грунт без откопки котлована.

9. Заключение

Выбор типа фундамента — сложная задача, требующая учета множества факторов и точных сведений о грунтах основания.

Краткое описание фундаментов в этой статье может помочь Вам определиться с выбором и, если он сделан, то следует переходить к более глубокому изучению выбранного типа фундамента.

Дополнительную информацию по теме см. ниже в разделе «Связанные статьи».

Источник: sground.ru

Конструкции фундаментов многоэтажных зданий

 

Фундамент определяет прочность и надежность всего сооружения. От правильного и рационального его выполнения во многом зависят экономичность, трудоемкость и темпы возведения здания.

Сложность выбора конструции фундаментов в каркасных зданиях повышенной этажности определяется необходимостью передачи на грунт высоких сосредоточенных нагрузок, достигающих 1500, 2000 Т и более.

Практика фундаментостроения выработала ряд конструктивных решений фундаментов для каркасных зданий повышенной этажности: свайные фундаменты, применяемые в виде забивных свай квадратного или прямоугольного сечения, набивных свай различных систем, свай-оболочек; фундаменты на естественном основании: ленточные — в виде параллельных (не пересекающихся) или перекрестных лент; плитные — в виде ребристых или безбалочных плит.

Выбор типа фундаментов зависит от величины и вида нагрузок, характера, несущей способности и деформативности грунтов основания.

Свайные фундаменты

Анализ опыта применения обычных забивных свай прямоугольного сечения 30X30 см в многоэтажном каркасном строительстве показал, что вследствие малой расчетной нагрузки на такие сваи, не превышающей 50—60 Т, их не удается практически разместить под колоннами каркаса, несущими нагрузки более 600—800 Т. При конструировании таких фундаментов получается по существу сплошное свайное поле, по которому необходимо выполнить мощный ростверк (способный в ряде случаев без участия свай передавать нагрузку на грунты основания).

Для многоэтажного строительства могут применяться сваи увеличенного сечения, например 35×35 см или 40Х40 см, расчетная нагрузка на которые в определенных грунтовых условиях может составить 120—150 Т и, таким образом, под опорами колонн будет относительно небольшое количество свай, что позволяет получить компактный, экономичный ростверк.

Возможным решением является конструкция свай-оболочек диаметром до 2 м, используемых, в частности, в мостостроении в связи с возможностью передачи на одну такую сваю нагрузки до 500—600 Т. При этом создается возможность опирать колонну на одну сваю-оболочку. Опыт показывает, что цилиндрические оболочки диаметром до 3 м и длиной до 10—12 м достаточно легко погружаются вибропогружателями в любые сжимаемые грунты (со скоростью погружения порядка 0,5 м в минуту). При больших диаметрах свай-оболочек более целесообразно несколько утолщать стенки и не извлекать грунт изнутри оболочки, т. е. оболочка будет погружаться с открытым нижним концом и по мере погружения в ее полости будет образовываться грунтовая пробка (при относительно плотном грунте). Полые круглые сваи диаметром до 0,8 м при погружении их в слабые грунты должны иметь закрытые нижние концы, так как несущая способность таких свай вдвое больше, чем свай, погружаемых с открытым концом.

Однако в гражданском строительстве в условиях городской застройки такие сваи-оболочки имеют серьезный недостаток— сильная вибрация при их погружении представляет опасность для окружающих зданий, а шум при погружении этих свай делает невозможным проживание около площадки строительства.

Фундамент на естественном основании
Рис. 11.1. Схема устройства набивных свай типа «Беното» >

Перспективными типами свайных фундаментов являются набивные сваи и в первую очередь освоенные производством в московском строительстве сваи системы «Беното» (рис. 11.1). Сваи такого типа, получившие широкое распространение в зарубежном строительстве, выполняются специальной установкой, с помощью которой в грунте образовывается ствол диаметром около 100 см и в него с помощью этой же установки укладывается бетон. Процесс сооружения набивной сваи состоит из следующих операций (см. рис. 11.1): разработки и экскавации грунта с помощью ударного грейфера, крепления стенок скважины с помощью металлических обсадных труб и, наконец, укладки бетона. Расчетная нагрузка на такие сваи, опирающиеся на достаточно прочные грунты основания, может достигать 500—600 Т, т. е. под колонну многоэтажного здания высотой 16—25 этажей потребуется одна или две сваи. Применение набивных свай по сравнению с обычными забивными позволяет значительно (в 2—3 раза) сократить расход арматурной стали.

Важнейшим преимуществом такого метода устройства набивных свай является комплексная механизация и высокие темпы работ. Верхняя часть сваи армируется заранее заготовленным пространственным каркасом только на высоту 5—6 м. В верхней торцовой части сваи может быть предусмотрено в случае необходимости гнездо для опирания колонны. Бетон для свай применяется марки 300; в зимних условиях бетон укладывают с противоморозными добавками.

Фундамент на естественном основании
Рис. 11.2. Конструкция набивных свай >

Конструкция фундаментов из свай типа «Беното» применена впервые в московской практике строительства для 16-этажного каркасно-панельного жилого дома серии МГ-601, построенного на Воробьевском шоссе (рис. 11.2, а). Под колоннами каркаса, усилия на которые достигают 600 Т, выполнено по одной свае. Концы свай опираются на слой крупнозернистого песка, расположенный на глубине около 20 м от поверхности. Отдельные сваи объединены железобетонным ростверком, который имеет чисто конструктивный характер. Выбор такого решения свайных фундаментов для 16-этажного дома в данном случае вызван характером грунтов основания — залеганием материкового грунта на большой глубине, что исключило возможность применения обычных фундаментов или забивных свай.

В настоящее время мощные глубинные опоры типа «Беното» успешно применяются для целого ряда каркасных зданий с высокими нагрузками на колонны, где необходима передача этих нагрузок на плотные прочные грунты, расположенные под слабыми напластованиями. Как показали проведенные технико-экономические расчеты, использование свай «Беното» с экономической точки зрения рационально при расположении плотных грунтов, имеющих достаточно высокую несущую способность, на глубине более 10—12 ж (рис. 11.3).

Фундамент на естественном основании
Рис. 11.3. График сопоставления стоимости фундаментов на набивных сваях «Беното» >

Максимальная нагрузка, которая может быть принята для сваи «Беното» диаметром 1,18 м, не должна превышать 600 Т.

Эффективность использования таких опор можно значительно повысить, применяя сваи с опорным уширением (см. рис. 11.2, б). В связных грунтах, плотных и средней плотности, как показал опыт, применение свай с опорным уширением позволяет полностью использовать несущую способность прочных ненарушенных грунтов, расположенных на значительной глубине. По форме нижняя часть сваи представляет собой усеченный конус; его образующая наклонена под углом ф к горизонтали. Угол ф выбирается с таким расчетом, чтобы опорное уширение было достаточно прочным без армирования (принимается φ>45°). Установка разрабатывает полость по форме фундамента диаметром до 2 м, которая после удаления грунта заполняется бетоном. Расчетная нагрузка на такую сваю может достигать 1000 Т.

Сваи типа «Беното» намечено в достаточно широких масштабах применять в московском строительстве.

Особенность статической работы таких опор заключается в передаче ими давления на грунт, сохраняющий свою естественную структуру, причем давление передается на большой глубине в условиях, исключающих возможность выпирания грунта из-под подошвы опоры.

При расчете несущей способности набивных свай большого диаметра по СНиП И-Б.1-62 и СН 200—62 нагрузки на сваи получаются сильно заниженными, так как нормы не учитывают специфических условий работы глубоких опор, в частности оставляют нераскрытыми значительные резервы сопротивления по боковой поверхности сваи в связи с ненарушенной структурой грунта (что совершенно исключается при забивных сваях). За рубежом разработаны инженерные методы расчета, дающие проектировщикам возможность допускать на глубине опоры значительно большие нагрузки (в 2,5—3 раза), чем разрешают наши нормы. Однако, как показывают испытания свай, существующие методы расчета несущей способности глубоких опор как у нас, так и за рубежом дают большие запасы прочности.

Для определения несущей способности набивных свай необходимы данные о плотности грунтов ниже концов свай, что можно определить методом статического зондирования грунтов.

До создания достоверной уточненной методики расчета определение несущей способности свай можно производить по формуле Терцаги:

 

Фундамент на естественном основании

Напряжение в бетоне набивных свай рекомендуется ограничивать: 60 кГ/см2 для бетона марки 200; 80 кГ/см2для бетона марки 300 (такие данные регламентированы, в частности, японскими и американскими нормами).

Фундаменты на естественном основании

Ленточные фундаменты применяются, как правило, для зданий высотой в пределах 16 этажей с нагрузкой на колонну не более 450—500 Т при грунтах, обладающих высоким нормативным сопротивлением порядка 3—3,5 кГ/см2. При однородных грунтовых условиях целесообразны фундаменты в виде параллельных лент — «шпал» (рис. 11.4, а); это решение требует значительно меньшего расхода бетона и стали (табл. 11.1).

Фундамент на естественном основании

 

Фундамент на естественном основании
Рис. 11.4. Конструкция ленточных фундаментов >

Применение перекрестных фундаментных лент может быть оправдано только для случаев недостаточно однородных грунтов, когда структурная система этих фундаментов дает возможность уменьшить вероятность неравномерных осадок.

Применение (в основном по требованию строителей для каркасных зданий фундаментов из сборных железобетонных блоков, поверх которых выполняется монолитная железобетонная лента (рис. 11.4, б), ни в коей мере нельзя считать оправданным. Здесь нижняя часть фундамента, состоящая из отдельных блоков, не участвует в работе фундаментной ленты; изгибающие моменты и перерезывающие силы воспринимает только монолитное ребро относительно малой высоты. Такое решение применено в 16-этажном жилом доме на ул. Мясковского. Повышенный расход бетона и стали (см. табл. 11.1) убедительно доказывает нерациональность такой конструкции.

Отдельно стоящие фундаменты при развитых их габаритах целесообразно объединять в ленты («шпалы») либо превращать в общую плиту.

Фундамент на естественном основании
Рис. 11.5. Плитные ребристые фундаменты >

Фундаменты в виде плит используются обычно в зданиях большой этажности (выше 16 этажей), т. е. с более высокими нагрузками на колонны или в случаях, когда грунты основания обладают относительно невысокой несущей способностью. Так, например, фундаменты такого типа выполнены в здании Общесоюзного телецентра, в 25-этажных жилых домах на проспекте Калинина, в 22-этажной гостинице «Националы», в 20-этажных гостиницах на Смоленской площади и др.

При этом нашли применение две разновидности: фундаменты в виде ребристой плиты и в виде плоской (безбалочной) плиты. Ребристая плита фундаментов под 25-этажные дома на проспекте Калинина выполнена толщиной 60 см с ребрами общей высотой 200 см. В плане плита развита на участках расположения связевых диафрагм жесткости, где сконцентрированы усилия от ветровых нагрузок, передаваемых железобетонными диафрагмами на фундамент (рис. 11.5).

Фундамент на естественном основании
Рис. 11.6. Плоская безбалочная фундаментная плита здания гостиницы «Националь» >

Фундаменты в виде плоской (безбалочной) плиты выполнены в здании Общесоюзного телецентра (плита толщиной 70 см) и в гостинице «Националы» (плита толщиной 140 см) (рис. 11.6).

Сопоставительные расходы бетона и стали в примерно однотипных условиях (по конструктивным схемам зданий, величине нагрузок на колонны, характеру грунтов) приведены в табл. 11.2. Полученные данные показывают, что простота конструкции плоской (безбалочной) плиты достигается относительно небольшим увеличением расхода бетона и стали. В то же время значительное сокращение построечной трудоемкости этой конструкции определяется резким уменьшением объема опалубочных работ(плиту можно выполнять по существу вообще без опалубки), большим упрощением арматурных работ, возможностью выполнять бетонирование высокомеханизированными способами, например с помощью бетононасосов, и т.д. Поэтому в целях уменьшения трудоемкости возведения представляется целесообразным применение безбалочного решения фундаментных плит. Естественно, что такой вывод не может быть сделан безотносительно к величине действующих нагрузок. Он справедлив для сосредоточенных усилии от колонн в пределах до 1000—1500 Т при расстоянии между колоннами до 9 м. В местах опирания колонн с большими сосредоточенными нагрузками рекомендуется выполнять банкеты (как бы опрокинутую капитель) либо, чтобы не осложнять опалубку, применять усиленное армирование плиты на участке опирания колонн.

Фундамент на естественном основании

При проектировании фундаментных плит следует предостеречь от стремления к излишнему уменьшению толщины плит, что снижает их изгибную жесткость, приводит к увеличенным деформациям и, следовательно, к образованию и значительному раскрытию трещин, способствующему развитию коррозии арматуры и одновременно к увеличению расхода стали, как на фундаменты здания Общесоюзного телецентра (см. табл. 11.2). Помимо этого, повышенная гибкость плиты вызывает концентрацию напряжений под ребрами или в зоне опирания колонн (в безбалочных плитах). Базируясь на опыте проектирования, а также на специально проведенном в Моспроекте статистическом обобщении вариантного проектирования с помощью электронной вычислительной машины, можно рекомендовать толщину плиты при ребристых фундаментах примерно 1/8—1/10 пролета, в безба-лочных 1/6—1/8 пролета.

Применение в московском строительстве каркасов только связевой системы с относительно слабыми рамными узлами, отличающимися значительной податливостью, позволяет не ставить чрезмерных требований к увеличению жесткости фундаментов.

Фундамент на естественном основании
Рис. 11.7. Фундамент в виде полой железобетонной коробки здания СЭВ >

Высказываемое рядом проектировщиков на первом этапе строительства многоэтажных зданий предложение выполнять фундаменты в виде полой железобетонной коробки высотой 5—6 м, в пределах которой размещаются помещения подвала, по примеру высотных домов, построенных в 1948—1953 гг., нельзя признать целесообразным и оправданным. Такая конструкция фундаментов была применена для зданий института Гидропроекта и СЭВ (рис. 11.7). Опыт возведения этих конструкций показал не только высокий расход бетона и стали по сравнению, например, с фундаментами в виде плит, но и крайне высокую трудоемкость. Из табл. 11.2 видно, что в первом случае расход бетона выше в 2 раза, а стали — почти в 3 раза, чем во втором.

При конструкции фундаментов в виде плит следует обратить внимание на решение опирания связевых диафрагм, передающих на фундамент значительные нагрузки с концентрацией усилий в краевых фибрах диафрагм. В этом случае полезно развивать сечение диафрагм в пределах подвала или нижнего этажа путем образования своего рода траверс, снижающих концентрацию усилий и распределяющих их более равномерно на плиту.

Фундамент на естественном основании
Рис. 11.8. Конструкция гидроизоляции >

Значительно усложняется возведение фундаментов наличием напорных грунтовых вод. В этом случае гидроизоляция устраивается под несущей плитой. Она выклеивается по армированной бетонной подготовке, выводится на заранее выполненную прижимную вертикальную стенку, затем по готовой изоляции, защищенной бетонной стяжкой, выполняется сама несущая конструкция фундаментов (рис. 11.8).

Конструкцию наружных стен подвалов или технических подполий каркасных зданий повышенной этажности наиболее целесообразно выполнять в виде крупных железобетонных панелей (типа «забирки»), передающих горизонтальные усилия от давления грунта на колонны или на поперечные стены подвала (рис. 11.9).

Фундамент на естественном основании
Рис. 11.9. Конструкция стен подвалов >

Рассматривая вопрос о конструкции фундаментов на естественном основании, нельзя не остановиться на выборе метода их расчета, что является важным резервом снижения стоимости фундаментов.

Теория и практика расчета фундаментов, лежащих на податливом грунтовом основании, в настоящее время недостаточно разработана. Так, в действующих нормах вообще отсутствуют методы расчета фундаментов на упругом основании. Сложность задачи заключается в том, что характер деформации грунтов под нагрузкой зависит от вида грунтов, размеров фундаментов, методов производства земляных работ, характера напластования грунтов и других факторов. Кроме того, деформация грунтов является процессом/протекающим в течение более или менее длительного времени, в связи с чем происходит перераспределение напряжений в грунте и в фундаментах. Все эти обстоятельства создают известную неопределенность как в величине напряжений, так и в осадке грунтов в основании зданий.

Для расчета ленточных и плитных фундаментов применяются методы расчета, основанные на теории расчета балок и плит на упругом основании: методика коэффициента постели (способ Винклера); методика упругого полупространства; методика упругого слоя. Каждый из этих методов расчета гибких фундаментов имеет свою область применения, в которой данный метод дает хорошую точность расчета.

Так, метод коэффициента постели дает хорошие результаты для грунтов, подстилаемых скальным основанием, расположенным на относительно небольшой глубине от подошвы фундаментов. Метод упругого слоя занимает промежуточное положение между методом коэффициента постели и методом расчета на упругом полупространстве. Недостатком способа Винклера является неопределенность величины коэффициента постели, меняющегося в широких пределах. Несмотря на это, метод коэффициента постели может быть использован для практического расчета гибких фундаментов, для чего необходимо в расчете принять такую величину коэффициента или такие его крайние пределы, которые близко соответствуют фактической работе конструкции. Здесь в значительной мере требуется искусство, интуиция и опыт проектировщика. Кроме того, теория, базирующаяся на способе Винклера, тщательно разработана, составлены многочисленные таблицы и графики, дающие возможность просто и с наименьшими затратами времени рассчитать плиту или балку.

В основу метода расчета с учетом упругого полупространства положены предпосылки, что грунт представляет собой идеально упругий, однородный по глубине неограниченный массив, на который действует нагрузка от фундамента. Однако, как показали обширные экспериментальные исследования, а также теоретический анализ, модель линейно-деформируемого полупространства переоценивает влияние сцепления и внутреннего трения в грунте на распределение реактивных давлений под подошвой фундамента и на его осадку и во многом противоречит фактической работе грунтового основания, в частности усилия в фундаментах и величины осадки получаются намного больше фактических; под концами фундамента теоретические напряжения на грунт получаются бесконечно большими (что и вызывает завышенные величины изгибающих моментов в фундаменте). Достаточно напомнить, что в фундаментах первых высотных домов, рассчитанных по этой теории, расход арматуры достигал 300 кг/м3 бетона. Поэтому применение этого метода должно быть ограничено в практике проектирования.

В последние годы значительное развитие получила новая модель упругого основания, так называемая «модель упругого слоя». Она состоит в том, что основание представляется в виде однородного идеально упругого слоя ограниченной мощности. Глубина сжимаемой толщи выбирается равной расстоянию от подошвы фундаментов до скального несжимаемого основания или от подошвы фундаментов до нижней границы сжимаемой толщи (при весьма малой толщине упругого слоя решение задачи по этому методу практически совпадает с теорией Винклера, при толщине упругого слоя, большей, чем длина фундамента, решение совпадает с моделью упругой полуплоскости). Результаты, которые получаются по «модели упругого слоя», неплохо соответствуют фактическим данным.

В частности, для оценки достоверности этого метода были проведены измерения осадок и прогибов фундаментных плит ряда многоэтажных зданий в Москве, которые сопоставлялись с расчетными. Представляют интерес полученные величины осадок: осадки фундаментной плиты строящегося здания гостиницы «Интурист» на Смоленской площади при среднем давлении на основание 1 кГ/см2 составляют 3—7 см, здания гостиницы «Националь» при давлении на основание 2 кГ/см2 — в пределах 7—13 мм; максимальные осадки в центральной части плиты с удалением от центра плиты к краям осадки уменьшаются. Эпюры осадок плит с ростом нагрузок параллельно смещаются вниз, приближаясь к расчетным, полученным с использованием модели основания в виде слоя конечной толщины.

Эти результаты, полученные при анализе осадок фундаментных плит, свидетельствуют о том, что ближе всего реальным свойствам грунтового основания соответствует модель упругого слоя конечной толщины. На основании исследований, проведенных НИИ оснований и подземных сооружений, сжимаемая толща для песчаного основания составляет около 1/3 ширины плиты, для глинистого основания — 1/2 ширины плиты.

В настоящее время этот метод наиболее достоверный, и поэтому его можно рекомендовать для использования при расчете плитных и ленточных фундаментов. Он представляет шаг вперед по сравнению с гипотезой упругого полупространства и позволяет исключить (или снизить) излишние запасы прочности в конструкции фундаментов.

Недостатком этой модели является известная неопределенность в выборе модуля деформации грунта и глубины сжимаемой толщи. Кроме того, применение модели в практических расчетах пока ограничивается из-за отсутствия разработанных таблиц.

В Моспроекте за последние годы проведены работы по созданию простых, удобных в практическом применении способов расчета фундаментов в виде параллельных и пересекающихся лент с помощью таблиц, которые составлены для унифицированных схем отдельных поперечных лент. Эти таблицы дают возможность выполнить за короткое время довольно сложные расчеты.

Таким образом, как показывает проведенный анализ, решения фундаментов каркасных зданий повышенной этажности в московском строительстве развиваются в двух основных направлениях — применения глубоких опор в виде мощных набивных свай и применения сплошных безбалочных фундаментных плит.

В грунтах с ограниченной несущей способностью, подстилаемых более прочными грунтами, целесообразны, а в ряде случаев и необходимы глубинные опоры, т. е. свайные фундаменты. Как показывает практика проектирования и строительства, применение свайных фундаментов, особенно в виде забивных свай, целесообразно в глинистых и суглинистых грунтах, где в этом случае удается получить экономически выгодное и более индустриальное решение и одновременно обеспечить меньшие деформации здания.

Для грунтов с относительно низкой несущей способностью, подстилаемых на глубине более 12—15 м скальными породами, наиболее рациональны набивные сваи типа «Беното».

В песчаных грунтах с достаточно высокой несущей способностью, характеризуемой нормативным сопротивлением 3—3,5 кГ/см2 и однородной структурой, можно рекомендовать фундаменты ленточные или в виде сплошной плиты в зависимости от величины действующих нагрузок.

 

Источник: poisk-ru.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.