Характер работы фундаментов под нагрузкой

Фундаменты и их конструктивные решения

Фундаменты являются важным кон­структивным элементом здания, воспри­нимающим нагрузку от надземных его частей и передающим ее па основание. Фундаменты должны удовлетворять требованиям прочности, устойчивости, долговечности, технологичности уст­ройства и экономичности.

Верхняя плоскость фундамента, на которой располагаются надземные части здания, называется поверхностью фундамента или обрезом, а нижняя его плоскость, непосредственного соприкасающаяся с основанием, — подошвой фундамента.

Расстояние от спланированной поверхности грунта до уровня подошвы называется глубиной заложения фундамента,которая должна соответствовать глубине залегания слоя основания. При этом необходимо также учитывать глу­бину промерзания грунта (рис. 4.3). 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 рис. 4.3 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.

В пепучинистых 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. 4.4, а, б); столбчатые, устраивае­мые под отдельно стоящие опоры (ко­лонны или столбы), а в ряде случаев и под стены (рис. 4.4, в, г); сплошные, представляющие собой монолитную плиту под всей площадью здания или его частью и применяемые при особо больших наврузках на степы или от­дельные опоры, а также недостаточно прочных грунтах в основании (рис. 4.4, д, е); свайные в виде отдельных погруженных в грунт стержней с целью передачи через них на основание нагрузок от здания (рис. 4.4, 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. Для устройства жестких фун­даментов применяют кладку из природного камня неправильной формы (бутового камня или бутовой плиты), бутобетона и бетона. Для гибких фун­даментов применяют в основном желе­зобетон.

Ленточные фундаменты. По очертанию в профиле ленточный фун­дамент под стену в простейшем слу­чае представляет собой прямоугольник (рис. 4.5, 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 необходи­мой несущей способности необходимо увеличивать площадь подошвы фунда­мента путем ее уширения. Теорети­ческой формой сечения фундамента в этом случае является трапеция (рис. 4.5,6), 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 выполняются прямоуголь­ными или ступенчатой формы (рис. 4.5, в, г) с соблюдением правила, чтобы габариты фундамента не выхо­дили за пределы его теоретической формы. Размеры ступеней по ширине (а) принимаются не более 20—25 см, а по высоте (с) — соответственно не менее 40—50 см.

По способу устройства ленточные фундаменты бывают монолитные и сборные.

Монолитные фундаменты устраивают бутовые, бутобетонные, бетонные и железобетонные. На рис. 4.6 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 кл. не ниже 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 являются весьма трудоемкими при возведении и поэтому применяются в основном в районах, где бутовый ка­мень является местным материалом.

Более эффективными являются бетон­ные и железобетонные фундаменты из сборных элементов заводского изготов­ления (рис. 4.7), 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 укла­дываются непосредственно на основа­ние при песчаных грунтах или на пес­чаную подготовку толщиной 100—150 мм, которая должна быть тщатель­но утрамбована.

Фундаментные бетонные блоки укла­дываются на растворе с обязательной перевязкой вертикальных швов, тол­щина которых принимается равной 20 мм (рис. 4.7, 4.8). Вертикальные ко­лодцы, образующиеся торцами блоков, тщательно заполняются раствором. Связь между блоками продольных и угловых стен обеспечивается перевязкой блоков и закладкой в горизонтальные швы арматурных сеток из стали диа­метром 6—10 мм (рис. 4.9).

Блоки-подушки изготовляют толщиной 300 и 400 мм и шириной от 1000 до 2800 м а блоки-стенки — шириной 300, 400, 5U0 и 600 мм, высотой 580 и длиной 780 и 2380 мм.

В практике строительства применяют также сборные фундаментные блоки, имеющие толщину 380 мм при толщине надземных стен 510 и 640 мм (рис. 4.10, 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. 4.10,6), в которых бло­ки-подушки укладывают на расстоянии 0,3—0,5 м друг от друга. Промежутки между ними заполняют песком.

Строительство крупнопанельных зда­ний и зданий из объемных блоков по­требовало разработки новых конструк­тивных решений фундаментов. На рис. 4.10, 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 па них панелей, представляющих собой сквозные без раскосные железобе­тонные формы, 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. 4.11). 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 степ 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. С этой целью 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 предусматриваются соответствую­щие отверстия, а в сборных между бло­ками — необходимые зазоры с после­дующей их заделкой.

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. 4.12, а). Расстояние между осями фундаментных столбов принимают 2,5—3,0 м, а если грунты прочные, то это расстояние может со­ставлять и 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 — 0,6×0,6 м; бетонных — 0,4×0,4 м.

Столбчатые фундаменты под стены возводят также в зданиях большой этажности при значительной глубине заложения фундаментов (4—5 м), ког­да устраивать ленточный фундамент 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 0,5—0,6 м. Если при этом необходимо утеплить пристенную часть пола, подсыпку вы­полняют из шлака или керамзита.

Столбчатые одиночные фундаменты устраивают также под отдельные опо­ры зданий. На рис. 4.12, б изображен монолитный бутовый или бетонный фундамент под кирпичную колонну, а на рис. 4.12, в, г — из железобетонных блока-подушки и блока-плиты. Сбор­ные фундаменты под железобетонные колонны могут состоять из одного желе­зобетонного башмака стаканного типа (рис. 4.12, д) или из железобетонных блока-стакана и опорпой плиты под ним (рис. 4.12, е).

Сплошные фундаменты воз­водят в случае, если нагрузка, переда­ваемая на фундамент, значительна, а грунт слабый. Эти фундаменты устра­ивают под всей площадью здания. Для выравнивания перавномерпостей осадки от воздействия нагрузок, передаваемых через колонны каркасных зданий; в двух взаимно перпендикулярных на­правлениях применяют перекрестные ленточные фундаменты (рис. 4.13, а). Их выполняют из монолитного железо­бетона. Если балки достигают значи­тельной ширины, то их целесообразно объединять в сплошную ребристую или безбалочную плиту (рис. 4.13, б, в). При сплошных фундаментах обеспечи­вается равномерная осадка здания, что особенно важно для зданий повышен­ной этажности. Сплошные фундаменты применяют также в том случае, если пол подвала испытывает значительный подпор грунтовых вод.

В практике строительства под инже­нерные сооружения (телевизионные башни, дымовые трубы и др.) применя­ют сплошные фундаменты коробчатого типа.

Свайные фундаменты исполь­зуют при строительстве на слабых сжи­маемых грунтах, а также в тех случа­ях, когда достижение естественного ос­нования экономически или технически нецелесообразно из-за большой глуби­ны его заложения. Кроме того, эти фун­даменты применяют и для зданий, воз­водимых на достаточно прочных грун­тах, если использование свай позволяет получить более экономическое решение.

По способу передачи вертикальных нагрузок от здания на грунт сваи под­разделяют на сваи-стойки и сваи вися­чие. Сваи, проходящие слабые слои

грунта и опирающиеся своими концами на прочный грунт, называются сваями-стойками (рис. 4.14,а), а сваи, не до­стигающие прочного грунта и передаю­щие нагрузку на грунт трением, возни­кающим между боковой поверхностью сваи и грунтом, называются висячими (рис. 4.14, б, в).

По способу погружения в грунт сваи бывают забивные и набивные. По ма­териалу изготовления забивные сваи бывают железобетонные, металлические и деревянные. Набивные сваи изготов­ляют непосредственно на строительной площадке в грунте.

Железобетонные сваи изготовляют сплошные квадратного (от 250×250 до 400×400 мм) и прямоугольного (250×350 мм) сечения, а также трубчатого сечения диаметром от 400 до 700 мм. Чаще других применяют короткие сваидлиной 3—6 м. Трубчатые сваи могут быть как с заостренным нижним кон­цом, так и с открытым.

Деревянные сваи во избежание их быстрого загнивания применяют лишь в грунтах с постоянной влажностью. Их изготовляют из хвойных пород леса диаметром в верхнем отрубе не менее 180 мм; кроме того, ствол деревянной сваи необходимо покрыть битумными или дегтевыми мастиками для предот­вращения их загнивания. Для защиты сваи от размочаливания при забивке на верхний конец ее надевают стальной бугель, а на нижний — стальной баш­мак.

В зависимости от несущей способнос­ти и конструктивной схемы здания сваи размещают в один или несколько ря­дов или кустами (рис. 4.15).

Поверху железобетонные и металли­ческие сваи объединяются между собой железобетонным ростверком, который может быть сборным или монолитным (рис. 4.15,5). При деревянных сваях ростверк также выполняют из дерева.

Источник

Вопрос 15. Классификация фундаментов.

Фундамент – это заглубленный ниже поверхности грунта конструктив­ный элемент, воспринимающий нагрузки на здание и пе­редающий их от здания основанию, называют фунда­ментом. Фундаменты классифицируют по конструктивным схе­мам, материалу, характеру работы и глубине заложения.

По конструктивным схемам:

· ленточ­ные, располагаемые непрерывной лентой под несущими стенами здания;

· столбчатые, в виде отдельных опор под колоннами каркасных зданий;

· сплошные, в форме массивной плиты под зданием;

· свайные, в виде железобетон­ных или других стержней, забитых в грунт.

По материалу:

· из природного камня;

По характеру работы:

· жесткие, работающие только на сжатие;

· гибкие, работающие на сжатие и изгиб.

По глубине заложения:

· фундаменты мелкого заложе­ния (до 5м);

· фундаменты глубокого заложения (более 5м).

Ленточные фундаменты — возводят непосредственно под стены дома или под ряд отдельных опор. В первом случае они имеют форму непрерывных подземных стен, во втором — состоят из железобетонных перекрестных балок. Данный тип фундамента целесообразен для зданий с тяжелыми (каменными, бетонными, кирпичными) стенами, при устройстве подвалов и цокольных этажей, а также при неглубоком заложении на сухих непучинистых грунтах, даже если здание строят из легких конструкций и без цоколя и подвала. На пучинистых глубоко промерзающих грунтах устройство ленточных фундаментов технически трудно выполнимо и экономически не оправдано. Ленточные фундаменты бывают монолитными и сборными. Для сооружения ленточных монолитных фундаментов на дне котлована выставляется опалубка, вяжется арматурный каркас и между стенками опалубки заливается бетон. Для снижения потерь при обогреве дома в такие фундаменты закладывается утеплитель (керамзит, минераловатные плиты, пенопласт). Сборные ленточные фундаменты состоят из крупных бетонных или железобетонных блоков.
Сборные конструкции ленточного фундамента:

— железобетонные плиты ленточного фундамента ФЛ («подушки») (рис. 89, 90);

-бетонные блоки стен подвала – фундаментные блоки сплошные ФБС (рис. 89, 90).

Координационные размеры плит ФЛ

Марка по ГОСТ (сокращенная)	Высота, мм	Длина, мм	Ширина, мм
Несущие стены	Самонесущие стены
ФЛ16.30, ФЛ14.30	1000…2400 1400, 1600 ( в курсовой работе)	1000…2400 1200, 1400 (в курсовой работе)
ФЛ16.24, ФЛ14.24
ФЛ16.12, ФЛ14.12
ФЛ16.8, ФЛ14.8
Марка плит: ФЛ «координационная ширина в дм». «координационная длина в дм»

Координационные размеры блоков ФБС

Марка по ГОСТ (сокращенная)	Длина блока L, мм	Высота блока h, мм	Ширина блока b, мм	Соответствующая ширина несущего слоя стены, мм
Кирпич	Камни	Брус, стальной каркас
ФБС 24.3.6 ФБС 9.3.6	2400, 900	150…250
ФБС 24.4.6 ФБС 12.4.6 ФБС 9.4.6	2400, 1200, 900
ФБС 24.5.6 ФБС 12.5.6 ФБС 9.5.6
ФБС 24.6.6 ФБС 12.6.6 ФБС 9.6.6
ФБС 12.4.3	150…250
ФБС 12.5.3
ФБС 12.6.3

Столбчатый фундамент

Рис. 91. Конструкция столбчатого фундамента и фундаментных балок из керамического кирпича

Конструкции столбчатого фундамента:

-фундаментная балка, воспринимающая нагрузку от стен и передающая ее на столбы.

Фундаментные столбы – отдельно стоящие элементы фундамента, размещаемые с определенным шагом под несущими надземными конструкциями здания и объединенные по верху фундаментной балкой.

Столбы выполняют сборными или монолитными из бетона, ступенчатыми или постоянного по высоте квадратного (прямоугольного) сечения. Столбы устанавливаются под несущими и самонесущими стенами, наружными и внутренними, на отметке, соответствующей глубине заложения фундамента. Обрез столба располагают на уровне планировочной отметки земли или заглубляют на глубину до 150 мм.

Столбы устанавливают в местах пересечения стен и под простенками, а под протяженными участками стен без проемов – с определенным шагом. Шаг столбов зависит от нагрузки, передаваемой на фундамент. Наиболее нагруженными являются внутренние несущие стены, воспринимающие нагрузку от двух рядов перекрытий.

При расстановке столбов ось симметрии столбов совмещается с осью симметрии стены. Для многослойной стены, конструктивно состоящей из несущего и теплоизоляционного слоев (облегченная кладка из мелких камней с наружным утеплением из пенополистирольных плит), ось симметрии столба совмещается с осью симметрии несущего слоя стены. Соответствующая величина привязок столбов к координационным осям высчитывается и указывается на схеме.

По обрезу столбов устраиваются фундаментные балки, объединяющие столбы и воспринимающие нагрузку от стен. Ось симметрии балки совмещают с осью симметрии столбов и несущего слоя стен. Балки могут выполняться из сборных железобетонных элементов, монолитными железобетонными или кирпичными из керамического кирпича с армопоясом по низу. Кирпичная кладка выводится при этом выше уровня земли и выполняет функции цоколя стены. Минимальная высота сечения балки зависит от материала балки и шага столбов. В зависимости от ширины стены может приниматься различная ширина балки под отдельные стены здания, а высоту балок необходимо принимать постоянной при одинаковой глубине заложения столбов фундамента.

Фундамент под крыльца, веранды, террасы, санитарно-технические стенки с вентканалами отделяется от фундамента под стены здания деформационным осадочным швом. Площадку крыльца выполняют по бетонной подготовке по уплотненному слою грунта. Ступени крыльца могут выполняться сборными из железобетона по кирпичным стенкам из керамического кирпича. Глубина заложения кладки стенок крыльца относительно планировочной отметки земли принимается не менее 500 мм.

Размеры и размещение столбов фундамента

Размещение столбов — в местах пересечения стен и под простенки, далее с шагом:	Шаг столбов = LБАЛКИ, мм (модуль 1/5М, 1/10М)	Ширина столба b, мм	Высота столба H, мм
— под несущие стены	до 2000
-под самонесущие стены	2000…4000

Свайные фундаменты — состоят из отдельных свай, перекрытых сверху железобетонной плитой или балкой (ростверком). Свайный фундамент используется в случаях, когда на слабый грунт необходимо передать большие нагрузки.

По типу материала сваи могут быть: деревянными, бетонными, железобетонными, стальными и комбинированными. Деревянные сваи наиболее экономичны, но подвержены гниению. Сваи из железобетона стоят дороже, но они более долговечны и способны выдерживать большие нагрузки. По методу изготовления и погружения в грунт сваи подразделяются на: забивные (опускаемые в грунт в готовом виде) и набивные (изготовляемые непосредственно в грунте, в пробуренных каналах). Для свайных фундаментов малоэтажных зданий применяют следующие виды свай [52]:

— забивные (вдавливаемые) призматические железобетонные сваи сечением 300×300 мм (рис. 92);

— короткие забивные (вдавливаемые) пирамидальные (с наклонными боковыми гранями) железобетонные сваи с предварительно-напряженной арматурой без поперечного армирования;

— буронабивные железобетонные сваи диаметром 300-600 мм длиной до 3 м

с уплотненным трамбованием забоем;

— набивные железобетонные сваи диаметром 300-600 мм длиной до 3 м, устраиваемые в пробитых скважинах;

— буроинъекционные сваи диаметром 150-250 мм;

— трубчатые металлобетонные сваи диаметром 159-325 мм;

Забивные (вдавливаемые) сваи – сваи, погружаемые в грунт с помощью молотов, вибропогружателей, вдавливающих или виброударных устройств без выемки грунта или в предварительно выполненные скважины (лидерные скважины).

Буронабивные сваи – сваи, устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью с предварительной установкой в скважину арматурного каркаса свай (рис. 93, 94). Уплотнение забоя производят путем втрамбовывания в грунт слоя щебня толщиной не менее 100 мм до образования уширенной части в основании сваи. Уширение нижнего конца сваи, показанной на рис. 94, выполнено камуфлетным взрывом заряда взрывчатого вещества, помещенного в забой пробуренной скважины до бетонирования.

Набивные виброштампованные сваи – сваи, устраиваемые в пробитых скважинах путем заполнения скважин бетонной смесью, уплотняемой виброштампом в виде трубы с заостренным нижним концом и закрепленным на ней вибропогружателем. Арматурный каркас сваи устанавливается также с помощью виброштампа. Пробитая скважина устраивается без выемки грунта путем многократного сбрасывания с высоты чугунного конуса. При устройстве таких свай вокруг ствола свай создается уплотненная зона, в пределах которой повышается прочность грунта и снижается его деформативность.

Буроинъекционные сваи – сваи, устраиваемые в пробуренных скважинах путем нагнетания (инъекции) в них мелкозернистой бетонной смеси или цементно- песчаного раствора.

Металлобетонные сваи – сваи с бетонным стволом в металлической оболочке в виде трубы, погружаемой в грунт вибропогружением, забивкой или вдавливанием. Такие сваи устраивают на местности, покрытой водой, или вблизи существующих зданий, когда в основании залегают неустойчивые грунты.

Сваи-колонны – забивные сборные железобетонные сваи квадратного сечения, нижняя часть которых погружена в грунт, а верхняя выполняет функции стоек каркаса надземной части здания. Выполняются со специальными консолями для опирания ригелей каркаса. Применяются для сельскохозяйственных одноэтажных зданий с типовым железобетонным каркасом.

Размеры и размещение свай

Размещение – в местах пересечения стен, далее с шагом:	Шаг свай в пределах 3ˑdСВАИ…6ˑdСВАИ с модулем 1/5М, 1/10М	Сечение сваи dСВАИ, мм	Сечение ростверка b×h, мм bРОСТВЕРКА ≥ dСВАИ +свесы по 100 мм bРОСТВЕРКА ≥ bСТЕНЫ-200 мм
— под несущие стены	900…1400	300×300	600×500
— под самонесущие стены	1400…1800	300×300	600×500

Сплошной фундамент устраивают под всей площадью здания в виде массивной монолитной железобетонной плиты, которая связывают между собой железобетонными балками, воспринимающими — нагрузку от стен.

Под фундаментными балками для предупреждения деформаций, связанных с пучением и осадкой основания, устраивают шлаковую или песчаную подсыпку, обеспечивает равномерную осадку всему зданию и может защищать подвальные этажи от подпора грунтовых вод. Такие фундаменты возводятся при больших нагрузках от здания и слабых или неоднородных грунтах.

Источник