Тема1.3 : Конструктивные решения подземной части здания.
1)Понятия о фундаментах, элементы фундамента, требования к фундаментам, глубина их заложения.
Фундамент – это подземная часть здания, воспринимающая нагрузки от вышележащих конструкций и передающая их на грунт.
Рис 11- Определение глубины заложения фундамента: 1-подошва фундамента, 2-тело фундамента, 3-отметка уровня глубины заложения фундамента, 4-отметка глубины промерзания грунта, 5-отметка уровня грунтовых вод, 6-планировочная отметка уровня земли , 7-стена, 8- отметка уровня пола первого этажа, 9- гидроизоляция по обрезу фундамента, hф - глубина заложения фундамента.
Глубина заложения фундамента – это расстояния от спланированной поверхности земли до подошвы фундамента.
В случаях, когда основание фундамента состоит из пучинистых или склонных к пучению грунтов (крупнообломочных с глиняным заполнением, пылеватых и мелкозернистых песков, супесей, суглинков и глин), глубину заложения фундаментов наружных стен и колонн назначают ниже нормативной глубины сезонного промерзания грунтов.
Факторы, влияющие на глубину заложения фундамента:
-назначения зданий и их конструктивных особенностей,
-наличия подземных коммуникаций, величины и характера нагрузок,
-глубины заложения фундаментов примыкающих зданий,
-геологических и гидрологических условий строительной площадки (виды грунтов, несущая способность и пучинистость,
-от климатических условий района.
На непучинистых грунтах при строительстве легких деревянных построек и для внутренних стен отапливаемых зданий применяют мелкозаглубленные фундаменты. Глубина заложения таких фундаментов должна быть не менее 0,5 м от природного уровня грунта или пола подвала.
Требования к фундаментам
прочность, устойчивость, долговечность.
водостойкость.
индустриальность.
экономичность.
2) Классификация фундамента:
1.По конструктивным схемам:
-ленточные фундаменты, в виде сплошной ленты под стеной здания, в сечении прямоугольные (рис 12,а);
-столбчатые фундаменты, в виде отдельных опор под колонны и столбы (рис 12,б);
-сплошные плитные фундаменты под всей площадью здания (рис 12,в);
-свайные фундаменты, в виде набивных или забивных свай, объединенных по верху ростверком, на который опирается стена здания (рис 12,г).
Рис 12- Конструктивные схемы фундаментов: а - ленточные; б - столбчатые; в – сплошные плитные; г – свайные
2.По материалу:
-из природного камня (бутовые);
-из бутобетона;
-из бетона;
-железобетонные;
-из дерева;
-из металла.
3.По характеру работы:
-жёсткие (работают только на сжатие)- фундаменты из камня, бетона;
-гибкие (работают на сжатие и изгиб) - фундаменты железобетонные.
4.По способу устройства:
-монолитные – устраиваются из бетона или железобетона на стройплощадке в опалубке;
-сборные – устраиваются из элементов заводской готовности;
- сборно-монолитные - комбинированные.
5) по глубине заложения:
-мелкого заложения ( глубина заложения фундамента до 5м);
-глубокого заложения (глубина заложения фундамента более 5м).
3) Конструкции ленточных фундаментов
Ленточные фундаменты - это фундаменты, имеющие одинаковую прямоугольную форму поперечного сечения по всему периметру здания (в том числе под всеми его внутренними несущими и ненесущими стенами).
Ленточные фундаменты подводят под дома с тяжелыми стенами (бетонными, каменными, кирпичными и т. п.) или с тяжелыми перекрытиями.
Для ленточного фундамента характерны большие объемы земляных работ, используемых материалов, значительный вес, трудоемкость возведения.
Классификация:
1.По способу устройства:
-монолитные – устраиваются из бетона или железобетона на стройплощадке в опалубке;
-сборные – устраиваются из элементов заводской готовности;
- сборно-монолитные - комбинированные.
2.По материалу:
-из природного камня (бутовые);
-из бутобетона;
-из бетона;
-железобетонные.
Фундаменты из бутового камня постелистой или рваной формы.
Ширина бутовых фундаментов должна быть не менее 0,6м для кладки из рваного бута и 0,5м – из бутовой плиты. Высота ступеней в бутовых фундаментах составляет обычно около 0,5м, ширина – от 0,15 до 0,25м. Их укладывают на цементный раствор с перевязкой вертикальных швов. (Рис 13,а).
Рис 13 - Ленточные монолитные фундаменты под кирпичную стену:
а - бутовый фундамент, б - бутобетонный
2) Бутобетонные фундаменты изготовляют из бутового камня, втопленного в бетонную смесь. Уширение фундаментов ведут уступами шириной 150-250мм и высотой 300мм. Наименьшая ширина бутобетонных фундаментов 350мм. (рис 3,б). Камни с размерами не более 1/3 ширины фундамента укладывают с перевязкой швов.
3) Монолитные бетонные и железобетонные фундаменты устраиваются в щитовой опалубке на строительной площадке.
4) Бетонные и железобетонные фундаменты из сборных элементов заводского изготовления. (Рис 14).
Рис 14- Элементы сборных бетонных и железобетонных фундаментов:
а - бетонный фундаментный блок сплошной, б - то же, пустотелый, в – фундаментная плита сплошная, г - то же, ребристая, 1-монтажные петли
Элементы сборных бетонных и железобетонных фундаментов
Стеновой фундаментный блок сплошной. (Рис 14,а): высота – 300, 400 мм; ширина – 300, 400,500,600 мм; длина - 800,1200,2400,3000мм.
Стеновой фундаментный блок пустотелый. (Рис 14,б);
Фундаментная плита сплошная. (Рис 14,в): высота 300 мм; ширина – 600,800,1000, 1200, 1400, 1600мм; высота – 500 мм при ширине 2000 и более мм; длина – 1200, 2400 мм.
Фундаментная плита ребристая. (Рис 14,г).
Рисунок 15 - Ленточный сборный фундамент из крупных блоков:
а - разрез и фрагмент раскладки конструкций фундамента, б - общий вид, 1-армированный пояс, 2-стена, 3-фундаментный блок, 4-фундаментная плита, 5-участок, бетонируемый по месту,6-песчаная подготовка
Фундаментные плиты при слабых основаниях укладывают на тщательно утрамбованную песчаную подготовку, толщиной 100-150 мм.
Стеновые фундаментные блоки укладываются с перевязкой швов. Толщина швов 20мм. Для усиления в швы между блоками могут укладываться арматурные сетки.
Фундаментные плиты могут укладываться прерывисто на расстоянии от 0,2 до 0,9м, при этом фундаментные блоки укладываются сплошной стеной. Такой фундамент называется блочный прерывистый.
В панельных зданиях вместо стеновых фундаментных блоков могут использоваться цокольные панели.
На косогорах фундаменты выполняют с продольными уступами. Высота уступов должна быть не более 0,5м, длина - не менее 1м.
При устройстве осадочных швов в фундаментах предусматривают зазоры на всю высоту фундамента. В них вкладывают доски, обернутые гидроизолирующим материалом.
Конструкции столбчатых фундаментов
Столбчатые фундаменты представляют собой отдельно стоящие опоры в виде столбов, на которые под стены укладывают перемычки или фундаментные балки.
Столбчатые фундаменты особенно рациональны при строительстве зданий и сооружений на водонасыщенных слабых и пучинистых грунтах.
Рисунок 16- Схема столбчатого фундамента из бутового камня- 1 - слой гидроизоляции;
2 - несущие железобетонные перемычки;
3 - подушка из непучинистого грунта толщиной до 0,5 м.
Классификация:
- по материалу столбы для фундамента могут быть каменные, кирпичные, бетонные, бутобетонные, железобетонные ( сборные и монолитные), из асбестоцементных труб, металлические.
- по способу устройства: из мелкоразмерных( штучных) и крупноразмерных элементов;
-по конструктивному решению: стаканного и пенькового типа.
Фундаменты стаканного типа устанавливаются под железобетонные колонны в каркасных зданиях различной этажности. Их выполняют сборными из железобетонных элементов, состоящих из фундаментной плиты и фундаментного столба или из блока стаканного типа, образующих башмак.
Имеют углубление для установки колонны (См. рисунок 20).
Фундаменты пенькового типа устраиваются под отдельные опоры с опиранием на обрез фундамента, а также применяются в малоэтажных зданиях (каркасных и бескаркасных) без подвалов с легкими стенами (деревянными, щитовыми, каркасными).
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.
Рисунок 17- Разрезы столбчатых фундаментов.
Минимальное сечение фундаментных столбов, принимается в зависимости от того, из какого материала они изготовлены: бетон – 400 мм; бутобетон – 400 мм; кладка из естественного камня – 600 мм; из бута-плитняка – 400 мм; из кирпича выше уровня земли – 380 мм.
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.
Ростверк, укладываемый поверх столбов, выполняют в виде рядовой перемычки, армированной 4 - 6 арматурными стержнями диаметром 10 - 12 мм, уложенными по слою бетона толщиной 70 мм. Высота рядовой перемычки должна составлять 1/4 пролета, но не менее 4 рядов кладки. Ростверк может быть выполнен в виде монолитной или сборной железобетонной рандбалки.
Длину столбов выбирают, исходя из грунтовых условий строительной площадки: нижние концы столбов должны быть заглублены в малосжимаемые грунты, ниже глубины промерзания.
Сборные столбчатые фундаменты имеют следующие преимущества перед ленточными:
- столбчатые фундаменты при одинаковой глубине заложения примерно в 1,5 - 2 раза экономичнее ленточных по расходу материалов (бетону, металлу) и стоимости;
- применение сборных столбчатых фундаментов значительно сокращает трудоемкость работ и продолжительность работ нулевого цикла ( земляных работ) примерно вдвое;
- стоимость столбчатых фундаментов можно снизить еще приблизительно в 1,5 раза, если столбы выполнять монолитными в инвентарной опалубке, уменьшив их сечение вдвое по сравнению со сборными.
НЕДОСТАТКИ:
-недостаточно устойчивы в горизонтально подвижных грунтах;
-применение на слабых грунтах при строительстве зданий с тяжелыми стенами ограниченно;
-устройство цокольного этажа при столбчатом фундаменте достаточно сложно.
Сплошные (плитные) фундаменты
Плитные фундаменты конструируют в виде плоских и ребристых плит или в виде перекрёстных лент под всей площпадью здания. Для зданий с большими нагрузками, а также в случае использования подземного пространства применяются коробчатые фундаменты.
Рисунок 18- Разрез по стене здания с плитным фундаментом.
Сплошные (плитные) фундаменты применяются в следующих случаях:
-при слабых грунтах на строительной площадке или при значительных нагрузках от здания;
-при разрушенных, размытых или насыпных грунтах основания;
-при неравномерной сжимаемости грунтов;
-при необходимости защиты от высокого уровня грунтовых вод.
Плитные фундаменты проектируют под здания с каркасной и бескаркасной конструктивной системой. Для повышения жёсткости плиты устраивают рёбра в перекрёстных направлениях, которые могут выполняться как рёбрами вверх, так и вниз по отношению к плите.
На пересечениях ребер фундаментной плиты устанавливаются колонны при каркасной конструктивной системе, а при стеновой рёбра используются как стены цокольной части здания, на которые устанавливают несущие конструкции его наземной части.
Фундаменты в виде коробчатого сечения применяются при возведении высотных зданий с большими нагрузками. Ребра такой плиты выполняются на полную высоту подземной части здания и жёстко соединяются с перекрытиями, образуя, таким образом замкнутые различной конфигурации сечения. Основной недостаток- дорогостоящие.
7) Свайные фундаменты
Свайный фундамент- это фундаменты, состоящие из отдельных свай, объединенных поверху бетонной или железобетонной плитой или балкой (ростверком).
Свайный фундамент используется при строительстве зданий на слабых сильносжимаемых водонасыщенных грунтах, а также в случаях, когда на слабый грунт необходимо передать большие нагрузки. При этом нагрузка от здания передается на более плотные грунты, залегающие на глубине.
Рисунок 19- Вид свайного фундамента
Классификация:
По типу материала сваи могут быть деревянными, бетонными, железобетонными, стальными и комбинированными.
По способу устройства сваи подразделяются на забивные (опускаемые в грунт в готовом виде) и набивные (изготовляемые непосредственно в грунте, в пробуренных каналах).
По типу поведения в грунте выделяют сваи-стойки, имеющие под собой прочный грунт и передающие на него давление, и висячие сваи, используемые в случаях, когда глубина залегания прочного грунта достаточно велика (несущая способность таких свай определяется суммой сопротивления сил трения по боковой поверхности и грунта под острием сваи).
По размещению в зависимости от несущей способности и конструктивной схемы здания : в один или несколько рядов или кустами.
По способу устройства ростверка: с монолитным и сборным ростверком.
Глубину забивки свай назначают, исходя из несущей способности сваи и грунта основания.
Для обеспечения равномерной передачи нагрузок от стен на сваи по верхним концам последних укладывают монолитные или сборные железобетонные ростверки, а на кусты свай - оголовки. При сборных ростверках оголовки устанавливают и на одиночные сваи. В зданиях без подвалов и технических подполий подошва ростверка должна находиться на 0,1-0,15 м ниже планировочных отметок поверхности земли у здания. При наличии подвала или технического подполья подо всем зданием отметки пола подвала совмещают с верхом ростверка под наружные и внутренние стены.
Прочность соединения конструкции ростверка со сваей обеспечивают заделкой торца сваи в бетон ростверка. Если ростверк устраивают из сборного железобетона и соединяют со сваей через оголовок, то оголовок устанавливают на сваю, закладные детали ростверка и оголовка сваривают стальными накладками, затем зазоры замоноличивают бетоном.
ДОСТОИНСТВА:
- дают меньшую усадку;
- экономичны (снижают расход материалов, например, бетона v на 40%25);
- менее трудоемки (при их сооружении значительно уменьшается объем земляных работ);
- возможность сооружения на грунтах, обладающих низкой несущей способностью.
НЕДОСТАТКИ
- дорогостоящи
- необходимость использования специальной техники.