Лекция 1 Конструкции фундаментов гражданских и промышленных зданий.

Лекция 1 Конструкции фундаментов гражданских и промышленных зданий. Расчетные положения. к. т. н. Ш. Мухамедшакирова Алматы 2013

Фундамент – это часть здания, которая находится в земле и на которую опираются стены и колонны. Фундамент служит для передачи распределения нагрузки от здания на грунт. Верхняя часть фундамента называется поверхностью, а нижняя – подошвой фундамента. Расстояние от нижнего уровня поверхности земли до подошвы фундамента называется глубиной заложения. Фундаменты малоэтажных жилых зданий. Конструктивные решения фундаментов. Основные конструктивные схемы фундаментов для малоэтажного строительства изображены на схеме.

Конструктивные схемы фундаментов малоэтажных жилых зданий: а ленточный фундамент; 6 столбчатый; в фундамент в виде сплошной железобетонной плиты; г фундамент на коротких сваях; д ленточный фундамент на песчаной подушке; 1 стена; 2 – лента фундамента; 3 столб; 4 – фундаментная балка; 5 монолитная железобетонная плита; 6 ростверк; 7 свая; 8 песчаная подушка

Фундаменты из местных строительных материалов (естественный камень, бутобетон, красный кирпич и др. ), а также используют монолитный бетон или сборные бетонные и железобетонные блоки. Плоскость нижней части фундамента называют подошвой, её уширение – подушкой, а грунт под ней основанием. На грунтах, вспучивающихся при замерзании, глубины заложения подошвы фундамента наружных стен принимают ниже толщины промерзающего слоя не менее чем на 0, 2 м. Ленточные фундаменты в виде сплошных стенок устанавливают по всему контуру стен. Размер подошвы фундамента определяют расчетом а зависимости от массы надземной части, материала фундамента и несущей способности грунта. Толщину его стенки определяют расчетом на прочность и в зависимости от технологических особенностей материала.

Конструкции ленточных фундаментов: а из сплошных стеновых фундаментных блоков; б из пустотелых блоков; в вариант с устройством подвала; г монолитный фундамент; 1 фундаментная плита; 2 фундаментный блок; 3 стеновой блок подвала; 4 монолитный бетон (бутобетон)

Столбчатые фундаменты состоят из столбов и фундаментных балок. Фундаментные балки устанавливают по всему контуру стен. Столбы устанавливают в местах пересечения стен и промежутках между ними с определенным шагом. Деревянные столбчатые фундаменты чаще встречаются при реконструкции старых построек. Проектируют их в виде тумб или столбов на лежнях и крестовинах.

Конструкция столбчатых фундаментов для каркаснопанельных гражданских зданий: а конструкция на фундаментной подушке; б конструкция фундамента стаканного типа; 1 наружная цокольная панель; 2 пирамидальное основание колонны; 3 фундаментная балка; 4 фундаментный стакан.

Фундаменты на коротких сваях располагают под стенами по аналогии со столбчатыми фундаментами, но с меньшим шагом, который определяют расчетом. По верху свай устраивают ростверк. Сплошную плиту фундамента под малоэтажные дома проектируют только в случаях строительства зданий на грунтах с неравномерной осадкой или вспучиванием и при высоком уровне стояния грунтовых вод. Плиту выполняют из монолитного тяжелого железобетона толщиной не менее 100 мм.

Конструкция свайных фундаментов: а сопряжение сборного оголовка под одиночную сваю; б однорядное расположение свай; в шахматное расположение свай; г двурядное расположение свай; д куст свай под одиночную колонну; 1 свая; 2 сборный оголовок; 3 – монолитный железобетонный ростверк; 4 железобетонный ростверк под колонну.

В монолитных фундаментах бетонную смесь укладывают слоями толщиной 0, 2 м с послойной вибрированием. Наибольший размер втапливаемых в бутобетон камней не должен превышать 1/3 толщины стен фундамента. Уширение нижней части бутобетонных фундаментов осуществляется уступами минимальной высоты 0, 3 м при отношении к заложению от 2: 1. Железобетонные столбчатые фундаменты характерны для каркасных зданий и в известной мере аналогичны фундаментам промышленных зданий. Столбчатые фундаменты образуются железобетонными подколонниками стаканного типа с развитой плитной частью. Если в остов здания включены несущие стены или диафрагма жесткости, столбчатые фундаменты сочетаются с ленточными.

Плитные фундаменты зданий повышенной этажности. Железобетонные плитные фундаменты целесообразно устраивать при возведении многоэтажных зданий с несущими стенами на слабых или неоднородных грунтах. Плита фундамента высотой около 1 м в плане охватывает габарит здания. Она армируется в нижней и верхней частях перекрестными сетками из стержней периодического профиля. Сетки нижнего армирования укладываются на бетонные подкладки высотой 35 мм, фиксирующие защитный слой. Сетки верхнего армирования укладываются на стальные каркасы, установленные непосредственно на бетонную подготовку. Поверхность плиты образует основание пола, подвала. Стены подвалов могут быть выполнены из монолитного бетона, бетонных блоков и панелей.

Конструкция сплошных фундаментов: а перекрестная конструкция; б, в варианты устройства сплошных фундаментной плиты; г коробчатая конструкция фундаментов.

Грунт – это геологические породы, залегающие в верхних слоях земной коры, состоящие из твердых частиц (зерен), разной крупности (скелета грунта), и пор, заполненных или воздухом, либо частично водой. Грунты используют в качестве основания здания и сооружения. Вследствие давления грунты под фундаментом испытывают значительные сжимающие усилия, под действием этих сил грунты равномерно уплотняются, такая равномерная деформация называется осадкой грунта. Неравномерная деформация грунта, происходящие в результате уплотнения, и как правило, коренного изменения структуры грунта под воздействием внешних нагрузок собственной массы грунта и других факторов называют просадками.

Грунты подразделяются на скальные и нескальные. К скальным грунтам относят: изверженные, матаморфические и осадочные породы, с жескткими связями между зернами, залегающие в виде сплошного или трещиноватого массива. К таким породам относятся: граниты, базальты, песчаники, известняк. Под нагрузкой от здания эти породы не сжимаются и являются наиболее прочным естественным основанием. К нескальным грунтам относят крупнообломочные, песчаные и глинистые. Крупнообломочные грунты по своей структуре подразделяются на щебенистые и дресвеные. Глинистые грунты относятся к категории связных грунтов с размерами плоских частиц, не превышающие 0, 005 мм, и толщиной менее 0, 001 мм. К глинистым грунтам относят так же суглинки и супеси.

Суглинки и супеси, содержат наряду с глинистыми частицами примеси песка. Содержание этих примесей характеризуется так называемым «числом пластичности» . Для супесей это значение составляет от 0, 01 до 0, 07 для суглинков – от 0, 07 до 0, 17. Пески в сухом состоянии представляют в своей массе сыпучий грунт. По крупности частиц различают пески: гравелистые, крупные, средней крупностей, мелкие и пылеватые с соответствующим соотношении частиц от 2 мм до 0, 05 мм в % от веса воздушно сухого грунта. Песчаные грунты малосжимаемые и при достаточной мощности слоя служат прочным и устойчивым основанием зданий и сооружений. Грунтовые воды, содержащие растворенные примеси солей и других веществ, разрушающих материал фундаментов, называют агрессивными. Для защиты от агрессивных грунтовых вод создаются специальные конструкции, способные работать в агрессивной среде. И защищающие фундаменты от разрушения.

В зависимости от степени влажности или степени заполнения пор водой различают грунты: маловлажные, влажные и насыщенные водой. Крупнообломочные и песчаные грунты с крупностью частиц выше средней при увлажнении малосжимаемы и могут служить устойчивым основанием. Увлажнение мелкозернистых песчаных грунтов снимает их несущую способность. Особенно сильно влияет на снижение несущей способности грунта увлажнение пылевых песков с глинистыми и илистыми примесями. Такие грунты в водонасыщенном состоянии называют плывунами.

Грунты, имеющие в своем составе лед называются мерзлыми. Грунты промерзающие только в течение одного зимнего времени, называют сезонно-мерзлыми. Сохраняющие мерзлое состояние непрерывно в продолжение долгих лет вечномерзлыми. В строительной практике встречаются насыпные грунты искусственные насыпи, образованные в результате культурной и производственной деятельности человека. Такие грунты формируются при засыпке: оврагов, высохших водоемов, на месте свалок и отходов производства.

Конструкции нулевого цикла – это подземная часть здания, расположенная ниже нулевой отметки, за которую принимают перекрытие первого этажа. К этим конструкциям относятся фундаменты и цокольные стены. К ним предъявляют требования по обеспечению прочности, устойчивости и долговечности (морозостойкости, сопротивлению воздействия грунтовых и агрессивных вод и др. )

Фундаменты зданий должны быть прочными, устойчивыми на опрокидывание и скольжение в плоскости подошвы фундамента, долговечными, экономичными и индустриальными. Фундаменты капитальных зданий выполняют из бута, бетона, железобетона, бутобетона и кирпича. При отсутствии других материалов разрешается применять для фундамента хорошо обожженный кирпич. В зависимости от передаваемой нагрузки на грунт и конструктивной схемы здания фундаменты делят на ленточные (в виде непрерывной ленты под всеми несущими стенами), столбчатые (в виде отдельных столбов),

сплошные (в виде сплошной плиты под всем зданием) и свайные. В зависимости от необходимой площади подошвы и вида применяемого материала форма поперечного сечения ленточных и столбчатых фундаментов может быть различной. По работе материала фундамента под нагрузкой различают жесткие фундаменты, работающие преимущественно на сжатие, и гибкие, работающие на растяжение и скалывание. К жестким фундаментам относят бутовые, бутобетонные и бетонные фундаменты. Гибкие фундаменты выполняют из железобетона. По способу возведения фундаменты могут быть монолитными и сборными. В зависимости от глубины заложения подошвы фундаментов различают фундаменты глубокого (более 5 м) и мелкого заложения.

Конструкции фундаментов зависят от конструктивной схемы здания, нагрузок, гидрогеологических условий строительной площадки, возможности использования местных строительных материалов. Ленточные фундаменты устраивают под несущие стены здания, подразделяются на сборные и монолитные. Сборные блоки подушки прямоугольного и трапецеидального сечений высотой 300 и 500 мм, длиной от 800 и до 2800 мм, уложенные вплотную одна к другой в направлении несущих стен, образуют сплошную ленту. Фундаменты в которых блоки подушки с

расстоянием одна от другой, называются прерывистыми. Расстояние между блоками засыпают песком. Прерывистые фундаменты экономичнее сплошных. В строительстве применяются пустотелые, ребристые фундаментные блоки подушки, однако они не нашли широкого применения вследствие сложной технологии изготовления. Существенная экономия материала достигается применением крупноразмерных элементов фундаментов. В некоторых жилых зданиях с поперечными несущими стенами применяют ленточные фундаменты в виде железобетонных плит. В зданиях с продольными несущими стенами применяют фундаменты со стенкой из крупных железобетонных панелей.

Монолитные ленточные фундаменты выполняют из каменной кладки, бетона или железобетона. Наиболее экономичными из монолитных ленточных фундаментов являются бутобетонные фундаменты. Их выполняют из бетона М 75 и бутового камня. Увеличение ширины фундамента к подошве производят уступами. Минимальное отношение высоты уступа к его ширине зависит от материала фундамента и давления на грунт и колеблется от 1, 25 до 2. Столбчатые фундаменты – устраивают в тех случаях, когда нагрузки от здания вызывают давление на грунт меньше нормативного давления грунта основания или когда слой грунта, служащий основанием, залегает на значительной глубине (3 5 м), что экономически

не оправдывает применение ленточных фундаментов. Столбчатые фундаменты могут быть монолитными и сборными. Под зданиями с несущими стенами столбчатые фундаменты располагают под углами стен, в местах пересечения наружных и внутренних стен, под простенками и через 3 – 5 м на глухих участках стен. При расстоянии между столбчатыми фундаментами до 4 м иногда устраивают кирпичные армированные перемычки. Столбчатые фундаменты: под каменные колонны – сборный фундамент из железобетонных блоков подушек, а под железобетонные колонны каркасных зданий – из ж/б блоков подушек и подколонников

Под монолитные ж/б или стальные колонны зданий устраивают монолитные (в большинстве случаев ступенчатые) фундаменты из бута, бутобетона, бетона или ж/б. Свайные фундаменты – устраивают при строительстве на слабых водонасыщенных грунтах, а также при передаче на основание больших нагрузок от колонн и стен многоэтажных зданий. Применение забивных свайных фундаментов также экономически оправдано при массовом строительстве зданий средней и повышенной этажности. Забивные сваи в поперечном сечении бывают круглыми, призматическими, двутавровыми и цилиндрическими. В панельных зданиях, с перекрытиями из панелей размером на конструктивную ячейку, применяют наиболее

Планы фундаментов

экономичный вариант конструкции свайного фундамента – безростверковый фундамент, при котором плиты перекрытий опирают на точно установленные (с отклонением верхней плоскости не более 10 мм) сборные оголовки свай. Для равномерного распределения нагрузки от здания на все сваи, располагаемые рядами или в шахматном порядке, головы свай заделывают в бетонную или железобетонную плиту. Свайные фундаменты имеют ряд преимуществ перед ленточными (см. табл. ) Сплошные или плитные фундаменты : 1. При слабых грунтах или при значительных нагрузках от здания; 2. При разрушенных, размытых или насыпных грунтах основания; 3. При неравномерной сжимаемости грунтов;

4. При необходимости защиты от высокого уровня грунтовых вод. Плитные фундаменты конструируют в виде плоских и ребристых плит или в виде перекрестных лент. Для зданий с большими нагрузками, а также при использовании его подземного пространства применяются коробчатые фундаменты. Плитные фундаменты проектируют под здания в основном каркасной конструктивной системы. Для повышения жесткости плиты устраивают ребра в перекрестных направлениях, которые могут выполняться как ребрами вверх, так и вниз по отношению к плите. В учебных целях толщину ребристой плиты следует назначать от 1/8 до 1/10 пролета, а сплошной плиты от 1/6 до 1/8 соответственно.

Плитные фундаменты с ребрами вверх

Глубину заложения фундаментов при проектировании определяют на основе исходных требований, оговоренных в задании на выполнение проекта (район строительства, тип и состояние грунтов основания, этажность, конструкции и технология возведения здания), и принимают в соответствии с требованиями СНи. П 2. 01 83 (Основания зданий и сооружений). В проектировании для определения глубины заложения фундаментных конструкций допускается пользоваться схематической картой изотерм нормативных значений глубины промерзания суглинистых и глинистых грунтов.

В целях защиты стен здания от увлажнения грунтовой водой, поднимающейся по порам материала стен, устраивают гидроизоляцию. В зданиях без подвалов гидроизоляцию стен устраивают из двух слоев рубероида, склеенных битумной мастикой и укладываемых в горизонтальные швы на уровне 10 15 см от перекрытия и 15 25 см от отмостки или тротуара. При полах на грунте, кроме горизонтальной устраивают и вертикальную гидроизоляцию путем обмазки битумной мастикой поверхности стены, соприкасающейся с грунтом. Если уровень грунтовых вод ниже пола подвала, то гидроизоляцию стен здания с подвалом осуществляют в двух уровнях: в уровне подготовки подвалы и не менее 15 см выше

уровня отмостки. Вертикальную гидроизоляцию в этом случае делают путем обмазки горячим битумом в два слоя поверхности стены подвала соприкасающейся с грунтом. По гидроизоляционному ковру в конструкции пола подвала располагают слой загрузочного бетона, весом которого уравновешивают давление воды. При больших давлениях воды напор гасят путем устройства пола подвала по сплошной железобетонной плите. Во избежание нарушения гидроизоляции в стыке между полом и стеной при их независимых осадках устраивают эластичный замок из пакли, смоченной в битуме.

сейсмика

Модель каркасного здания

Сейсмоплатформа Аммортизатор

Свинцово – резиновая опора Инерционный демпфер

Пята свода Гистерезисный демпфер

Фрикционно – маятниковая опора Пружинный демпфер

№ На русском/казахском/английском Конструкция 1. Құрылыс Construction Демпфер 2. Демпфер Damper Свод 3. Күмбез Пояснение Cооружение или его часть, характеризующиеся каким л. признаком, напр, железобетонные, монолитные, сборные конструкции; Устройство для гашения или предотвращения колебаний, возникающих в машинах, приборах, системах или сооружениях при их работе. Дугообразное перекрытие, соединяющее стены, опоры какого н. сооружения. Dome Каркас 4. Қаңқа Frame, framework Амортизатор 5. Амортизатор Damper, buffer Остов какого л. сооружения, состоящий из отдельных скрепленных между собою опорных элементов. Гаситель колебаний сооружений для защиты их от сотрясений и больших нагрузок.

Список литературы: 1) Строительная климатология СНи. П РК. 2. 04. 01 2001 Астана 2005, 114 с. 2) Строительная теплотехника. СНи. П РК 2. 04 03. 2002. Астана 2002, 54 с. 3) Естественное и искусственное освещение. СНи. П РК 2. 04 05 2002. Астана 2004, 94 с. 4) Жилые здания. СНи. П РК 3. 02 43 2007. Астана 2008, 34 с. 5) Административные и бытовые здания. СНи. П РК 3. 02 04 2002. Астана 2002, 28 с. 6) Общественные здания. СНи. П РК 3. 02 02 2001. Астана 2008, 54 с. 7) Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений. СНи. П 3. 01 01 2002 8) Архитектурные конструкции. Под редакцией Казбек Казиева и др. 2006 г. 9) Конструирование гражданских зданий, Шерешевский И. А. Архитектура – С 2006

10) Архитектурное проектирование общественных зданий и соооружений Т. Г. Маклакова. Москва, 2004 г. 11) Архитектурное проектирование общественных зданий и сооружений. Гельфонд А. Л. Архитектура С 2007 12) Архитектурное проектирование жилых зданий. Под редакцией Лисициан И. И. Архитектура С 2006 13) Архитектура гражданских и промышленных зданий: Гражданское здание. А. В. Захаров, Т. Г. Маклакова. Москва, 2004 г. 14) Малоэтажные гражданские здания. Методические указания к курсовой работе для специальности ФОС. Мухамедшакирова Ш. А. Алматы, 2007 г. 32 с. 15) Архитектурные конструкции. Жилые и общественные здания. Мухамедшакирова Ш. А. Алматы, 2009 г. (электронный учебник ЭУ)