Что за фундамент у высотки

Фундаменты высотных зданий

Высотные здания строятся уже почти сто лет, однако в мире до сих пор нет их единой чёткой классификации. Если в Нью-Йорке, Токио или Шанхае небоскрёбы возводятся по чисто экономическим причинам (слишком дорогая земля), то в Европе, России или Арабских Эмиратах причины немного другие — тут на первый план выходят личные амбиции или вопрос политического престижа. Можно провести аналогию со знаменитыми сталинскими высотками, самая известная из которых — главное здание МГУ с высотой шпиля 239 метров — почти полвека была самым высоким зданием Европы и попала в книгу рекордов Гиннеса.

Так или иначе, по прогнозам, несколько десятилетий спустя проблема нехватки городского пространства затронет все крупнейшие мегаполисы. Нет ничего удивительного в том, что в центре российской столицы активно застраивается район Москва-Сити, в котором на сегодня возведено уже 20 зданий, чья высота превышает 200 метров. Здания, которые по российской классификации относятся к первой категории ответственности (выше 100 метров) уже есть в Екатеринбурге, Ханты-Мансийске, Новосибирске, Грозном. А в Санкт-Петербурге, невзирая на крайне сложный характер грунтов, возводится грандиозный Охта-центр с расчётной высотой 463 метра. Это здание после окончания строительства сразу на 135 метров превзойдёт московский «Меркурий Сити Тауэр» — самое высокое на сегодня многофункциональное здание в Европе.

Строительство высотных зданий сопряжено со множеством проблем. Но если безопасность надземной части зданий связана с качеством материалов и человеческим фактором, то подземная их часть подвергается гораздо большему числу рисков. Просчитать и предвидеть их все не способен самый мощный терабайтовый компьютер. Поэтому проектирование фундаментов высотных зданий является, пожалуй, самым сложным и ответственным моментом в процессе строительства. От успешного проведения начального этапа работ зависит вся дальнейшая судьба небоскрёба и зданий, расположенных по соседству.

Как выбирают тип фундамента высотного здания

Какие нюансы нужно учитывать при проектировании фундамента высотного здания? Прежде всего, конечно, его высоту и конструктивные особенности. Дом может быть одиночной башней или целой группой зданий разной этажности, объединённых общим стилобатом. Ещё римский архитектор Витрувий две тысячи лет назад заповедовал придерживаться пирамидальной формы высоких зданий.

Естественно, чем выше здание, тем сильнее оно давит на основание фундамента. Общая вертикальная нагрузка может достигать астрономических значений.

Важность геологических изысканий

Такое давление способен выдержать далеко не всякий грунт. Инженерно-геологические изыскания — одно из важнейших подготовительных действий при подготовке проекта строительства высотных зданий. Участок под застройку подвергается ультразвуковому сканированию, в земле пробуриваются скважины глубиной до 100 метров. На разных отметках забираются пробы грунта для определения их состава. Общее правило — чем плотнее и твёрже грунт, тем лучше. Идеальный вариант — устройство фундамента высотного здания в скальном грунте. Плотная порода будет помогать элементам фундамента справляться с вертикальными и горизонтальными нагрузками.

В целом строительство высотных зданий возможно на разных грунтах, от пластичных глинистых до скальных. Однако для каждого вида грунтовых условий необходимо подобрать свой тип фундамента.

Величина вертикальной нагрузки на основание и характеристики грунта — два основных фактора, влияющие на выбор типа фундамента высотного здания. Однако тщательному учёту подвергаются и другие факторы:

• наличие сейсмической активности или напряжений пород природного и техногенного происхождения в регионе строительства;
• присутствие источников грунтовых вод, подземных рек, плывунов, карстовых пустот и других подземных аномалий;
• расположение крупных объектов капитального строительства по соседству;
• проходящие в непосредственной близости транспортные коммуникации, тоннели метро, газо- и водопроводы и другие объекты, которые могут либо повлиять на целостность фундамента, либо пострадать в результате неизбежной усадки грунта;
• климатические факторы — прежде всего сезонные перепады температур, частота гроз и скорость ветра. Его сильные порывы на высоте 300–400 метров, равно как и термическое расширение материалов, а также удары молний могут вызвать весьма ощутимые разовые нагрузки на всю конструкцию здания, в том числе на фундамент.

Типы фундаментов

Проведя всесторонний компьютерный анализ данных инженерных и геологических изысканий, авторы проекта могут выбирать тип фундамента высотного здания. Вот его основные типы:

• Фундамент на естественном основании.
• Свайно-плитный фундамент (СПФ).
• Свайные фундаменты глубокого заложения.

Последний тип фундаментов может устраиваться с выемкой грунта и без неё. В первом случае применяются забивные или вдавливаемые сваи. Во втором — буровые сваи, опускные колодцы-кессоны и полые сваи из стальных труб.

Плитные фундаменты

Фундамент на естественном основании (без забивки свай) подходит для строительства сравнительно невысоких зданий (до 75 м), относящихся ко второй категории ответственности. Как правило, фундамент представлен монолитной железобетонной плитой толщиной от 1 до 2,5 метра. В отдельных случаях, когда отсутствуют или маловероятны риски смещения грунта, возможно применение традиционных ленточных и столбчатых фундаментов. Однако плитный фундамент всё равно считается более предпочтительным. Его применяют и при возведении зданий первой категории ответственности (высотой до 100–120 метров). В местах максимальных нагрузок плита снабжается рёбрами жёсткости. Как правило, это области расположения колонн и пилонов.

Данный вид фундамента применён в сталинских высотках. Там горизонтальная основная плита имеет коробчатое вертикальное усиление по периметру. Такая конструкция за шесть десятков лет вполне доказала свою надёжность, учитывая, что высота семи московских небоскрёбов эпохи СССР превышает 200 метров.

Свайные фундаменты

Современные проектировщики склоняются, однако, к более универсальным свайным или комбинированным конструкциям, предоставляющим возможность строить высотные здания на разных типах грунтов.

При строительстве зданий высотой до 200 метров применяются забивные и задавливаемые сваи сечением 300 x 300 и 350 x 350 мм.

При большей высоте зданий обычно под будущим зданием выкапывается котлован, глубина которого зависит от количества помещений, расположенных по проекту под землёй. В этом случае стены котлована подвергаются дополнительному усилению железобетоном, которое защищает фундамент от горизонтальных нагрузок. Фундаменты глубокого заложения предусматривают применение бетонных и стальных свай диаметром до 2 метров и длиной до 83 метров. Именно такие сваи были применены при строительстве Охта-центра на болотистых грунтах Васильевского острова.

При проходке сверхплотных и скальных грунтов применяются опускные колодцы, которые при достижении необходимой глубины заливаются бетоном, становясь обсадной трубой. Именно такую технологию применяют при строительстве сверхвысоких зданий в ОАЭ и Саудовской Аравии, где под относительно неглубоким слоем песка таятся труднопроходимые скальные породы.

Если в зоне строительства присутствуют подземные воды, используются колодцы-кессоны. Вода выдавливается из них при помощи сжатого воздуха.

Комбинированные фундаменты

Комбинированные свайно-плитные фундаменты являются наиболее сложными в плане монтажа, однако позволяют обеспечить устойчивость высотного здания в условиях разнородных грунтов. Примером может опять-таки служить здание Охта-центра в Северной столице.

Суть технологии состоит в том, что оголовки свай привариваются на дне котлована к балкам бетонного ростверка. В Санкт-Петербурге он двуслойный. Нижняя плита, соединённая со сваями, служит опорой для верхней плиты, служащей непосредственной опорой задания. В результате уменьшается давящий и изгибающий момент в отношений оголовков свай. Кстати, такая же схема применена при устройстве фундаментов ряда высоток Москва-Сити.

Теория и практика

Из-за недостатка практического опыта устройства СПФ высотных зданий данная область пока не отражена в ГОСТах и СНиПах. Строители-практики выработали следующие правила:

• несколько свай большой длины всегда лучше большого количества свай коротких. Чем дальше от края фундамента, тем короче должна быть свая;
• максимальные нагрузки на сваи идут по углам и вообще по периметру здания;
• грунт под плитой должен быть переуплотнён — для этого при разработке котлована производится недобор одного–двух метров грунта, а при устройстве свай делается предварительная скважина на 10 % уже диаметра сваи. Когда свая и плита встают на место, грунт принудительно уплотняется.

Учитывая уникальность высотных зданий первой категории ответственности и несовершенство существующей нормативной базы, при строительстве высотных зданий рекомендуется вести постоянный мониторинг состояния грунтов, свай, ростверка и ограждающих бетонных конструкций.

На что следует обратить внимание при устройстве фундамента

Не следует забывать, что существуют первичная и вторичная усадка грунта. Причём после того, как на фундамент начнёт давить вся тяжесть двухсотметровой высотки, деформация грунта может принять критические значения.

При устройстве свайных и комбинированных фундаментов следует обязательно определять области максимальной вертикальной нагрузки. Это места соприкосновения с фундаментом несущих стен, колонн и пилонов. Если в здании присутствует стилобат, места максимальных нагрузок следует выявлять особенно тщательно.

Поиск новых путей

Помимо классических, прошедших проверку временем фундаментов с вертикальными сваями, появились смелые проекты, предусматривающие диагональное расположение свай. Так, изобретатель Амир Сафин запатентовал проект, в котором свайный фундамент представляет собой горизонтальный ростверк, от которого под разными углами вниз отходят залитые бетоном полые металлические сваи, образующие под землёй гиперболоид вращения (нечто вроде песочных часов). Насколько жизнеспособна такая технология, должно показать время.

На сегодня в мире наиболее распространена технология устройства свайного или свайно-плитного фундамента глубокого заложения с выемкой грунта и монтажом заграждения по периметру («стена в грунте»). Она обеспечивает максимальную устойчивость конструкции и надёжную гидроизоляцию цоколя и подземных помещений и фундамента в целом.

Выбор типа фундамента — один из самых главных пунктов в создании рабочего проекта, если вы заказываете проектирование дома. Инженеры компании ООО «Оклэнд» имеет большой опыт в гражданском и промышленном строительстве. С нами вы можете быть уверены, что ваш дом вашей мечты простоит десятилетия.

Источник

Обзор типов фундаментов многоэтажных зданий

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 23.02.2018 2018-02-23

Статья просмотрена: 3417 раз

Библиографическое описание:

Верстов, В. В. Обзор типов фундаментов многоэтажных зданий / В. В. Верстов, А. Н. Гайдо, А. С. Чаков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 8 (194). — С. 7-10. — URL: https://moluch.ru/archive/194/48472/ (дата обращения: 19.08.2021).

Статья посвящена тенденциям в области строительства фундаментов многоэтажных зданий, их области применения, а также основным технологическим процессам устройства различных типов фундаментов в условиях современного строительного производства.

Ключевые слова: фундамент, грунт, свая, плита, ростверк.

Основными тенденциями современного строительства общественных и жилых зданий в крупных населённых пунктах является увеличение надземной и подземной частей здания.

Такие тенденции требуют сооружения фундаментов повышенной жёсткости, которые будут способны выдержать нагрузки от конструкций сооружения и передать их в прочные слои грунтового массива.

Применительно к сложным инженерно-геологическим условиям (различные литологические слои, горизонты грунтовых вод не выдержаны по мощности и простиранию и другое) необходим тщательный выбор технологических решений по сооружению оградительных стенок, которые должны обладать требуемыми характеристиками устойчивости и водонепроницаемости.

Выбор конструкции фундамента один из важнейших факторов, обеспечивающих эксплуатационную надёжность и долговечность возводимых сооружений. Такая важность обуславливается влиянием работы фундаментов на состояние надфундаментных конструкций, а также сложностью, трудоёмкость и дороговизной работ по ремонту или замене фундаментов, имеющих проектные или производственные дефекты.

Обзор типов фундаментов многоэтажных зданий

Рис. 1. Обзор типов фундаментов многоэтажных зданий

В качестве фундаментов многоэтажных зданий на естественном основании во всём мире преимущественно используется сплошная монолитная железобетонная плита. При должном технико-экономическом обосновании могут также использоваться ленточные фундаменты или столбчатые фундаменты.

Применение монолитной железобетонной плиты в строительной практике, как правило, осуществляется при давлении на фундамент до 0,6 Мпа и малосжимаемых грунтах основания (таких как не рыхлые и не пылеватые пески, скальные породы или глинистые грунты в переуплотнённом состоянии.

Рис. 2. Различные конструкции монолитной сплошной плиты из железобетона

Толщина фундаментной плиты в зависимости от величины приложения нагрузки, а также инженерно-геологических условий может составлять от 1,0–2,5 м. и более (рис. 2, а). Для того чтобы уменьшить высоту фундаментной плиты в местах действия изгибающих моментов, максимальных поперечных, а также продольных сил, могут применяться рёбра жёсткости (рис. 2, б) или дополнительное усиление в зонах расположения колонн (рис.2, в).

Кроме того, монолитный железобетонной плитный фундамент может иметь коробчатую конструкцию (рис. 2, г). Такая конструкция предполагает устройство консолей (расширение фундамента за периметр сооружения), что расширяет область применения данного типа фундамента.

Фундаменты глубокого заложения могут изготавливаться как с помощью выемки грунта, так и без. Набивные и забивные сваи изготавливают устраивают без выемки грунта. Забивные и задавливаемые сваи обычно имеют сечение 300х300 и 350х350, что накладывает ограничения на максимальное давление по стволу сваи (максимальное давление до 1 Мпа). Если такой несущей способности недостаточно, то в таком случае необходимо применять фундаменты с выемкой грунта — свай из стальных труб или буронабивных, свай-баррет, кессонов.

Буронабивные сваи среди фундаментов глубокого заложения получили наибольшее распространение. Они могут устраиваться диаметром до 2 м. практически в любых грунтовых условиях.

Рис. 3. Устройство буронабивных свай

Кессоны (опускные колодцы) целесообразно применять в тех случаях, когда требуется передать большие нагрузки на большую глубину, грунт плохо поддаётся проходке при бурении, а также необходима высокая скорость выполнения строительно-монтажных работ.

Рис. 4. Последовательность устройства опускного колодца

Свайно-плитный фундамент обеспечивает совместную работы как плиты, так и свай. Он эффективен в тех случаях, когда грунт под подошвой фундамента может включиться в работу и воспринять часть нагрузки. Также такой тип фундамента применяется для снижения влияния новых сооружений на старые (в условиях плотной застройки), для уменьшения крена здания, а также в сооружения с несимметричными несущими конструкциями, которые неравномерно передают нагрузку на фундамент. Свайно-плитная конструкция фундамента является наиболее эффективной при строительстве сооружений, передающих большие нагрузки на основание, таких как многофункциональные комплексы, торговые центры и многоэтажные здания.

Рис. 5. Виды свайно-плитных фундаментов

1. Производство шпунтовых и свайных работ/В. В. Верстов, А. Н. Гайдо, Я. В. Иванов; СПбГАСУ. — Спб., 2011. — 292 с.
2. Технология устройства свайных фундаментов: учебное пособие/ В. В. Верстов, А. Н. Гайдо; СПбГАСУ — СПб., 2010. 180 с.
3. Технологии устройства ограждений котлованов в условиях городской застройки и акваторий / А. Н. Гайдо, В. В. Верстов, Я. В. Иванов. — СПб.: СПбГАСУ, 2014. — 368 с.

Источник