Основы архитектуры и строительных конструкций. Учебное пособие

Прерывистые фундаменты из сборных железобетонных конструкций монтируются из плит, укладываемых с разрывом от 0,2 до 0,9 м. Это сокращает расход материала, уменьшает затраты труда – в итоге полнее используется несущая способность основания.

5.2.2. Столбчатые фундаменты

Столбчатые фундаменты возводятся под колонны каркасных зданий или под стены в тех случаях, когда грунт основания лежит глубоко и возведение ленточных фундаментов неэкономично. Фундаменты под колонны состоят из подколонника и плитной части (рис. 4).

Рис. 5.3. Фундамент каркасных зданий:

а – план фундамента; б – опирание цокольных панелей на сборные башмаки

По способу возведения столбчатые фундаменты могут быть монолитными, возводимыми на месте строительства в опалубке, в которую укладывают бетонную смесь и арматуру, и сборными, изготовленными на предприятиях строительной индустрии. Под кирпичные столбы фундаменты выполняют из железобетонных плит, уложенных одна на другую, или в виде ступенчатых опор из природного камня. При опирании стен на столбчатые фундаменты по ним укладывают фундаментные железобетонные балки, передающие нагрузки от стен на фундаменты. Для предупреждения деформаций от усадки и пучения основания под фундаментными балками устраивают утепляющую «подушку» из шлака или песка.

31

5.2.3. Сплошные фундаменты

Такие фундаменты возводятся при значительных нагрузках и небольшой площади здания или при слабых и неоднородных грунтах основания. Сплошные фундаменты обеспечивают равномерную усадку здания и защищают подвальные помещения от подпора грунтовых вод. Сплошные фундаменты проектируют в виде балочных или безбалочных бетонных или железобетонных плит. Ребра балочных плит могут быть обращены вверх или вниз. Места пересечения ребер служат для установки колонн каркаса. Пространство между ребрами в плитах с ребрами вверх заполняют песком или гравием, а поверх устраивают бетонную подготовку. Бетонные плиты не армируют, железобетонные армируют по расчету. При большом заглублении сплошных фундаментов и необходимости обеспечить большую их жесткость фундаментные плиты можно проектировать коробчатого сечения с размещением между ребрами и перекрытиями коробок помещений подвалов

(рис. 5.4).

Колонны

Фундаментная плита с ребрами

Колонны

Фундаментная плита с ребрами

Рис. 5.4. Планы плитных фундаментов:

а – с плитой ребрами вверх; б – с плитой ребрами вниз

32

5.2.4. Свайные фундаменты

Стержни из бетона, железобетона и других материалов в толще грунта, воспринимающие нагрузку от здания, называют свайным фундаментом. Такие фундаменты состоят из погруженных в грунт свай, объединенных поверху ростверком в виде железобетонной балки или плиты (рис. 5.5 и 5.6).

Слабый грунт

Слабый грунт

Твердый грунт

Рис. 5.5. Статические схемы фундаментов свайных конструкций: а – сваи-стойки; б – сваи висячие

Конструкции свайных фундаментов классифицируют:

-по характеру работы – на сваи-стойки, передающие нагрузку от здания на основание, и висячие сваи, уплотняющие толщу грунта и работающие за счет трения стенок сваи о грунт;

-по роду материала – на железобетонные, деревянные (из бревен хвойных пород), металлические (стальные) и комбинированные;

-по способу возведения – из забивных свай, изготовленных на предприятиях стройиндустрии и на строительной площадке, погружаемых в грунт с помощью механизмов; из набивных свай, выполняемых на месте строительства путем бурения скважин и последующего заполнения их бетоном;

33

- по глубине заложения – на короткие сваи (3–6 м) и длинные (больше 6 м).

Свайные фундаменты применяют на слабых сжимаемых грунтах, при глубоком залегании прочных материковых пород, больших нагрузках. В последнее время свайные фундаменты широко распространены для обычных оснований, так как их использование дает значительную экономию объемов земляных работ и затрат бетона.

Рис. 5.6. Типы фундаментов и их конструкций:

а– забивные; б – набивные; в – набивные с уширенной пятой

5.2.5.Фундаментные монолитные плиты

Всовременных условиях при проектировании ответственных зданий, нагрузки от которых на грунт превышают их несущую способность, устраиваются монолитные железобетонные плиты, площадь которых определяется площадью застройки. В этом случае нагрузки от несущих конструкций здания равномерно распределяются на грунт, а в случае неравномерных просадок грунта под фундаментной плитой происходит перераспределение усилий за счет упругих деформаций в железобетонной конструкции плиты.

Как правило, монолитная железобетонная фундаментная плита опирается на подготовленное или искусственное основание, в том числе в виде свайного поля.

34

5.3. Технико–экономическая оценка выбора фундаментов

Эффективность применения того или иного типа фундаментов зависит от объема, стоимости, трудоемкости и расхода материалов. Из ленточных фундаментов наиболее экономичны бутобетонные. Однако по трудоемкости предпочтительнее сборные бетонные. Свайные фундаменты экономичнее ленточных на 32–34% по стоимости, на 40% – по затрате бетона и на 80% – по объему земляных работ. Такая экономия позволяет снизить стоимость здания в целом на 1–1,5%, затрат – на 2%, расхода бетона – на 3–5%. Однако затраты стали увеличиваются: 1–3 кг на 1 м2. Свайные фундаменты дают значительную экономию объемов земляных работ и затрат бетона по сравнению с ленточными.

Таблица 5.1. Сравнительные технико–экономические показатели различных видов фундаментов, %

35

6. КАРКАСЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ

6.1. Одно- и многоэтажные промышленные здания

Каркасы одноэтажных промышленных зданий выполняют основные несущие функции и представлены следующими главными элементами:

-фундаментами;

-колоннами;

-ригельными (стропильными) конструкциями;

-фундаментными балками;

-связями.

При большом шаге колонн используются подстропильные конструкции, а в зданиях с мостовыми кранами - подкрановые балки.

Фундаменты (отдельные столбчатые, ленточные или сплошные в виде плиты), колонны (гладкие или с консолями для подкрановых балок) и ригельные конструкции (балки, фермы) образуют П-образные жесткие поперечные рамы, в которых не требуется дополнительных связей. При этом ригельная конструкция обычно соединяется с верхом колонны шарниром, а низ колонн заделан в жесткие (полужесткие) фундаменты.

В продольном направлении жесткость каркаса обеспечивается фундаментными балками, подстропильными конструкциями (балками, фермами), подкрановыми балками и связями в середине секций. Продольную жесткость придают и кровельные покрытия, образующие жесткий диск.

Одноэтажные промышленные здания подразделяются на однопролетные и многопролетные. Однопролетные здания имеют только крайние колонны, многопролетные – крайние и промежуточные (отличные от крайних) колонны.

Каркасы многоэтажных зданий подразделяются на рамные, рамно-связевые и связевые. Рамные каркасы с жесткими узлами без вертикальных связевых диафрагм наиболее удобны в производстве и эксплуатации. Однако они отличаются значительным расходом стали в узлах. Отличительным элементом каркаса многоэтажных зданий является междуэтажное перекрытие, представленное плоскими пустотелыми или ребристыми плитами. Плиты перекрытия обычно опираются на полки ригелей. Однако имеются и безригельные перекрытия, в

36

которых плиты опираются на капители колонн. Этим экономится высота здания.

При возведении промышленных зданий повышенной этажности (до 75 этажей) проблемой является обеспечение жесткости от воздействия ветровых нагрузок. В этом случае широкое применение получила каркасно-ствольная система с опорой-стволом (ядром), ограниченной стенами-диафрагмами. Внутри ядра обычно располагаются лестнично-лифтовые узлы и инженерные коммуникации.

6.2. Каркасы из железобетона

Наиболее часто применяемые отдельные столбчатые железобетонные фундаменты представлены монолитной и сборной конструкциями. Монолитный типовой фундамент (рис. 6.1) состоит из подколонника и фундаментной плиты. Подколонник, имеющий форму параллелепипеда, снабжен стаканом, в который вставляется и замоноличивается железобетонная колонна, или анкерными болтами, которые соединяют опорную плиту металлической колонны с фундаментом. Фундаментные плиты (от одной до трех ступеней) имеют высоту,

ФИПТП-НВФ,

где Ф – фундамент; ИП:=А|Б|В|Г|Д–индекс подколонника, определяющий его размеры (поперечное прямоугольное сечение и высоту); ТП:=1|2|...|18|19 – типоразмер подошвы, устанавливающий количество ступеней и их размеры в плане; НВФ:=1|2|3|4|5|6 – номер высоты фундамента, взаимосвязанный с его высотой.

Фундаменты изготавливаются из бетона классов В15 и В20 с арматурой классов A-II и A-III.

37

Распространенные типовые железобетонные колонны имеют прямоугольное и двухветвевое сечение. Чертеж крайней колонны для одноэтажных зданий с мостовым краном приведен на рис. 6.2. Высота колонны (здания) равна расстоянию от нулевой отметки до верха колонны, а длина колонны – высоте, увеличенной на длину части колонны, погружаемой в фундамент.

крана – до 32 т. В остальных случаях (при значительных нагрузках) применяются колонны с двухветвевым сечением.

Колонны с прямоугольным сечением под мостовой кран маркируются как

КПn-m,

где КП – колонна прямоугольная; n – римская цифра номера выпуска серии рабочих чертежей; m – арабская цифра номера колонны по несущей способности.

Колонны с двухветвевым сечением под мостовой кран маркируются

КДn-m,

где КД – колонна двухветвевая; n – римская цифра номера выпуска серии рабочих чертежей; m – арабская цифра номера колонны по несущей способности.

Колонны изготовляются из бетона классов В20, В30 и В40 с арматурой класса A-III.

Ригельные железобетонные конструкции представлены балками и фермами. Для зданий без мостовых кранов при пролетах в 6, 9 и 12 м применяются типовые односкатные и двускатные балки таврового или

38

двутаврового сечений, а при пролете 12 м – двускатные решетчатые балки.

В зданиях с мостовыми кранами используются типовые ригели

(рис. 6.3):

-двускатные решетчатые балки пролетом 18 м;

-стропильные безраскосные фермы пролетом 18 и 24 м. Кроме указанных типовых риге-

лей, могут применяться и раскосные сегментные или полигональные фермы.

Двускатные решетчатые балки маркируются как

39

Балки с пролетами 6 и 9 м изготовляются из бетона класса В30 с арматурой класса A-II, а балки с пролетом 12 и 18 м и фермы – из бетона классов В40...В60 с напрягаемой арматурой класса Вр-II.

Железобетонные фундаментные балки (рис. 6.4) применяются в каркасных зданиях с шагом колонн 6 и 12 м в качестве фундаментов самонесущих кирпичных или панельных стен. Балки имеют тавровое или трапецеидальное поперечное сечение. Они устанавливаются на бетонные столбики, бетонируемые на уступах фундаментов колонн.

Фундаментные балки маркируются как

Для предварительно-напряженных балок длиной 12 м применяется маркировка ФБН-t. Балки выполняются из бетона классов В20...В40 с арматурой класса A-III.

Железобетонные подкрановые балки длиной 6 и 12 м таврового и двутаврового сечений (рис. 6.5) применяются для мостовых кранов грузоподъемностью Q = 10...30 т. Предварительно напряженные балки изготавливаются из бетона классов В30...В50 с арматурой классов А-IIIв и Вр-II.

6.3. Металлические каркасы

Основными элементами металлических каркасов являются колонны, ригельные фермы, П-образные рамы, подкрановые балки и связи.

Металлические колонны имеют оголовок для опирания ригельных конструкций, передающий нагрузки стержень и базу для связи колонны с фундаментом. Они могут быть сплошными и сквозными.

40