Вся электронная библиотека >>>

 Сборные фундаменты  >>>

 

 

   Фундаменты промышленных и жилых зданий


Раздел: Учебники

 

Фундаменты

  

 

Фундаменты являются частью здания или сооружения и предназначены для передачи их веса (включая собственный вес, полезные и прочие нагрузки) на грунты основания.

На верхнюю часть фундамента, называемую обрезом» передается нагрузка от наземной конструкции здания. Допускаемые напряжения, вызываемые этой нагрузкой, определяются свойствами материала, из которого сложен фундамент. Вес наземной части здания, фундамента и грунта на его обрезах должен быть передан на основание на заданной глубине. Допускаемые напряжения по подошве будут определяться несущей способностью основания, зависящей в основном от свойств грунта. Как правило, напряжения, которые можно допустить в верхней части фундамента, намного превышают значения давлений, действующих по его подошве.

Выбор типа фундамента и его расчет входят в состав проекта сооружения. Однако в отличие от других элементов, например перекрытий, расчет которых может производиться вне зависимости от остальных несущих конструкций или частей здания, проектирование фундаментов является комплексной задачей, требующей рассмотрения многих факторов.

Первый фактор определяет необходимые размеры фундамента и отметку его заложения. Поэтому правильнее говорить о расчете основания, подразумевая под этим выбор глубины заложения и назначение допустимых давлений в зависимости от свойств ГРУНТОВ и их напластования,

С другой стороны, размеры фундамента и его высота (т. е. глубина заложения) могут определяться исходя из грузоподъемности монтажных механизмов, т. е. из производственных соображений.

Во многих случаях глубина заложения фундамента зависит от наличия располагаемых рядом фундаментов, коммуникаций и пр., т. е. определяется на основе конструктивных соображений.

Являясь несущей конструкцией сооружения, фундамент должен обладать необходимой прочностью и устойчивостью для восприятия действующих на него нагрузок. Поэтому при проектировании следует производить расчет собственно фундамента по несущей способности (а в ряде случаев и по другим предельным состояниям), т. е. назначать размеры фундамента исходя из прочности материала. Выбор материала "фундамента определяется не только экономическими и производственными соображениями, но и грунтовыми условиями.

Таким образом, проектирование фундаментов является комплексной задачей, включающей расчет основания и собственно фундамента.

При выборе необходимой глубины заложения фундамента следует руководствоваться следующими соображениями. Для уменьшения расхода материала следует принимать минимальную глубину заложения фундамента. В то же время может оказаться экономически целесообразным увеличить глубину заложения, чтобы опереть фундаменты на более надежный грунт, уменьшить размеры подошвы и этим свести общий расход материала на устройство фундамента к минимуму.

При назначении глубины заложения нужно учитывать особые свойства грунта. Для пучиниетых грунтов эта глубина определяется толщиной промерзающего слоя. При просадочных грунтах необходимо учитывать наличие ходов землероев: фундамент должен закладываться на грунт, где практически отсутствуют такие ходы.

Другим элементом, входящим в расчет оснований, является назначение давления на грунт, т. е. непосредственная оценка несущей способности основания. До последнего времени расчет основания производился по «допускаемым давлениям» или по «расчетным сопротивлениям» — эмпирическим данным, составляющим некоторую часть того давления, при котором происходят или полная потеря устойчивости основания или деформация здания в результате большой осадки. Указанные методы расчета не учитывали всех свойств грунтов и, главное, не принимали во внимание конструктивные особенности сооружений: их жесткость, прочность, размеры и взаимное расположение фундаментов.

Известно, что от нагрузки, передаваемой фундаментом, грунт будет сжиматься и произойдет осадка фундамента, а тем самым перемещение опирающихся на него конструкций сооружения. Так как величины осадок различных по размерам фундаментов будут неодинаковы, это приведет к неравномерным осадкам сооружения. Причем величина осадки и ее неравномерность будут тем больше, чем более сжимаем грунт, чем более величина действующей нагрузки и чем больше вариантность форм и размеров фундаментов.

Неравномерные осадки вызывают в конструкциях сооружения дополнительные усилия. Очевидно, что в зависимости от прочности и жесткости конструкций при одинаковых неравномерных осадках деформации и усилия в них будут различными. В то же время различные по жесткости сооружения будут оказывать разное влияние на грунт, так как в системе основание — фундамент — здание все элементы работают во взаимодействии.

Рассмотрим совместную работу различных сооружений с грунтом основания. Гибкое сооружение следует за деформациями основания, вызываемыми нагрузкой, и приспосабливается к ним. В этом случае, несмотря на деформации (перемещения) конструкций, дополнительные усилия в них практически не возникают. К гибким можно отнести одноэтажные цехи, т. е. сооружения, возводимые из колонн на самостоятельных фундаментах с шарнирным'опиранием балок (ферм) покрытия. Такие сооружения могут переносить определенные осадки без нарушения их эксплуатационной пригодности.

В отличие от гибких жесткие и при этом достаточно прочные сооружения, в которых отдельные конструкции не могут смещаться относительно друг друга, следуя за деформациями основания, не искривляются. В результате в основании таких сооружений происходит перераспределение напряжений и выравнивание деформаций. К этой группе могут быть отнесены массивные опоры мостов, силосные башни, доменные печи и другие сооружения.

Жилые кирпичные здания являются относительно жесткими; следуя за деформациями основания, они частично выравнивают их, а в конструкциях при этом появляются дополнительные усилия.

Таким образом, величина осадки и ее неравномерность за- BHC^vjje только от сжимаемости грунта, величины действующей нагрузки, размеров и формы фундамента, но и от жестко- "сти всего здания в целом. Поэтому лишь рассмотрение совместной работы всей системы позволяет найти правильное решение. При этом фундамент нельзя рассматривать только как конструкцию, распределяющую нагрузку до допускаемой величины.

В то же время следует помнить, что возможность появления растягивающих усилий в здании зависит не только от его жесткости. Если относительно жесткое сооружение, например кирпичный жилой дом, возводится на скальном основании, деформации которого будут практически равны нулю, то в сооружении никаких дополнительных усилий не появится. Но если это же здание возводится на сжимаемом основании, то в нем неизбежно появятся растягивающие усилия, тем большие, чем более сжимаем грунт. При определенной степени сжимаемости дополнительные усилия могут превзойти величину, допускаемую для данной конструкции, что приведет к ее деформации. Сооружение, обладающее определенной жесткостью и прочностью, может сохранять свою эксплуатационную пригодность лишь при определенных неравномерностях осадок, определяемых податливостью основания. Отсюда следует, что между жесткостью и прочностью сооружения, с одной стороны, и податливостью основания, с другой стороны, должно соблюдаться определенное соотношение, нарушение которого приводит к появлению деформаций в здании.

Поэтому при проектировании фундаментов нужно руководствоваться следующими положениями:

1)         достигать необходимого соотношения между жесткостью и прочностью сооружения и сжимаемостью грунта уменьшением податливости основания до такой величины, при которой возникающие дополнительные усилия будут безопасны для наземных конструкций;

2)         изменять конструкцию наземной части здания таким образом, чтобы при возможных неравномерных деформациях основания устойчивость и эксплуатационная пригодность здания не нарушились.

В практике применяют как первый метод, так и второй, кроме того, возможно их сочетание.

Примером применения первого положения служит уменьшение податливости основания путем изменения свойств грунта химическим или другим способом или путем увеличения его плотности уплотнением.

Второе положение осуществляется приданием сооружению такой жесткости и прочности, при которых оно будет перераспределять напряжения в основании и тем самым выравнивать осадки, или введением шарнирных опираний, осадочных швов и пр., что увеличивает гибкость сооружения и тем самым приспосабливает его к неравномерным осадкам. Кроме того, в зданиях, обладающих определенной жесткостью, как, например, в жилых, можно увеличить прочность конструкций и тем самым полностью воспринять появившиеся дополнительные растягивающие усилия. ,

Таким образом, фундаменты должны быть запроектированы с учетом конструкций наземной части, т. е. следует так выбрать их форму и размеры, чтобы сооружение в целом не получило повреждений вследствие чрезмерных деформаций •оснований.

Если сооружение возводится на плотных малосжимаемых грунтах, то осадки фундаментов будут незначительны. В этом случае, казалось бы, можно увеличить величину действующего давления на грунт. В то же время следует учесть, что прочность грунта для восприятия таких нагрузок может оказаться недостаточной и деформация сооружения произойдет вследствие потери устойчивости основания прежде, чем появятся трещины, вызванные осадкой фундамента.

Отмеченные выше соображения можно проиллюстрировать графиком, приведенным на  1. Здесь кривая 1 характеризует зависимость осадки от давления для сильносжимаемого, например глинистого, грунта. Учитывая, что неравномерность осадки зависит от общей ее величины, видим, что в данном сооружении деформации возникнут при величине осадки Дгл, которой соответствует давление рга. Допустимая осадка должна быть несколько меньше той, при которой появляются деформации, т. е. Ддог, Отсюда допустимое давление по подошве фундамента будет равняться Утл. доп = kprл, где k — коэффициент менее единицы.

Для песчаного грунта зависимость осадки от давления представлена кривой 2. В этом случае осадка Ai сооружения при давлении по подошве фундамента, равном предельному для первого случая, т. е. при ргл. доп, будет значительно меньше допускаемых для данного сооружения. Следовательно, давление по подошве фундамента может быть значительно увеличено. Величина давления, которую можно допустить в этом случае, будет определяться из условия обеспечения устойчивости и прочности основания, принимаемого как часть предельного рпред, т. е. рп. доп = k'pnред, где коэффициент меньше единицы. Но. и при этом давлении осадки сооружения окажутся меньше предельных. Таким образом, оптимальные размеры фундаментов должны назначаться из условия обеспечения эксплуатационной пригодности сооружения при действии .нагрузок в .наиболее невыгодных сочетаниях, исходя из предельно допустимых для данных конструкций осадок и их неравномерности в пределах сооружения, а также прочности грунта основания. С наибольшей полнотой эти требования могут быть выполнены при расчете оснований фундаментов по предельным состояниям.

Расчет основания производится по двум предельным состояниям:

а)         по .несущей способности (общей устойчивости и прочности) ;

б)         по деформациям-осадкам.

Расчет основания по первому предельному состоянию из- за физических особенностей грунта отличается от расчета других строительных конструкций. Нарушение прочности грунта, т. е. предельное состояние под фундаментом, наблюдается в ограниченных областях, например у его краев. Возможные сдвиги в этих областях приводят не к полному разрушению, а к появлению нового состояния равновесия, при котором грунт может воспринимать внешние нагрузки. Полное разрушение грунта основания происходит лишь при значительных нагрузках, намного превышающих практически действующие, или при факторах, способствующих нарушению прочности основания, т. е. потери устойчивости, как, например, наличие постоянно действующих на фундамент горизонтальных „нагрузок, или же в случаях, когда в пределах основания^располагаются откосы.

Поэтому существующими нормами предусматривается для сооружений, где имеются внешние факторы, отмеченные выше, проверка по первому предельному состоянию — устойчивости. Потеря устойчивости в результате оползания откосов или выпирания грунта приводит к значительным деформациям основания, носящим провальный характер, и тем самым к общему разрушению*всёг6~сооружёния. Передаваемая фундаментом на основание максимальная расчетная нагрузка N от наиболее невыгодного сочетания постоянных и временных нагрузок не должна превышать минимальной несущей способности основания Ф в направлении действия этих нагрузок, т. е. условие первого предельного состояния может быть представлено в виде:

N <Ф. (1)

Для гражданских зданий'Т подвалами, где фактически фундаментная стена является подпорной стенкой, воспринимающей давление грунта, условия потери устойчивости основания исключаются, если подошва фундамента располагается на достаточной глубине относительно пола подвала; если же фундамент устанавливается      основания без заглубления относительно пола подвала, то условия работы основания ухудшаются, и в этом случае нужно производить проверку основания по первому предельному состоянию. Отпадает необходимость в этой проверке, когда приведенная глубина

В данном случае зависимость осадки от давления, определенная по этим формулам, будет соответствовать линейному участку АВ или АВ\ кривой 1 или 2 (см.  1). Однако допускается определять осадки по формулам теории линейно деформируемой среды и для части криволинейного участка, расположенного непосредственно за прямолинейным. Ошибка при определении величины осадки в этом случае будет незначительна и ею можно пренебречь. Действующие нормы рекомендуют определять осадки по формулам, основанным на теории линейно деформируемой среды, до величины давления по подошве фундамента, при которой глубина условных зон развития пластических деформаций у края фундамента не превышает одной четверти его ширины. Давление (нормативное), удовлетворяющее этому требованию, определяется по формуле, устанавливающей применимость этой теории для определения осадок сооружения:

Расчет по предельным состояниям позволяет подходить к вопросу проектирования фундаментов более обоснованно, чем при использовании «допускаемых давлений» на грунт, которые рассматривались как постоянные величины для данного вида грунта и его состояния, независимо от типа возводимого сооружения. Используя приведенную выше методику, можно найти наиболее оптимальные решения системы основание — фундамент— здание путем изменения либо основания, либо конструкции здания. Так, если проектировщику задана вполне определенная конструкция здания, которая не может быть изменена, можно подобрать такие размеры, форму и глубину заложения фундамента, при которых деформации основания не превысят предельно допустимых для данного типа сооружения. Если таким путем не удается получить допустимую осадку, можно перейти к искусственному основанию.

При подборе размеров и формы фундамента для регулирования осадок можно встретиться с рядом особенностей. Так, например, уменьшение давления по подошве фундамента путем увеличения ее площади практически мало влияет на конечный результат осадки. фундамента приводит к возрастанию толщины слря...1:рунт^^вовлекаемого в работу. Поэтому может оказаться, что из-за новых более глубоко расположенных слабых слоев грунта осадка будет даже больше, чем при узких фундаментах, т. е. большим давлением по подошве. Поэтому при выборе оптимальных размеров фундаментов должны приниматься во внимание все факторы, влияющие на величину осадки. Примером использования формы фундаментов в целях уменьшения осадки может служить конструкция прерывистых сборных фундаментов.

При строительстве, в связи с определенными свойствами грунтов оснований, ,не всегда удается добиться оптимальных размеров фундаментов, при которых осадки не превышали бы допустимых. В этом случае можно изменением конструкции со оружения (уменьшение его жесткости, т. е. создание гибкого сооружения, или увеличение прочности) увеличить допустимые деформации основания для данного сооружения.

Примером может служить строительство крупнопанельных зданий, обладающих большой жесткостью. Стыки панелей при больших неравномерных деформациях основания, как, например, в случае просадочных грунтов, не могут воспринять дополнительные усилия, что приводит к потере устойчивости всего здания. Эти усилия можно воспринять дополнительными железобетонными поясами, т. е. предусмотреть конструктивные мероприятия. Однако этот путь является неэкономичным, так как требует значительного расхода металла и, кроме того, осложняет производство работ. Поэтому более целесообразно подготовкой основания уменьшить величину возможной деформации основания.

Конструкция фундамента зависит от типа здания и свойств грунта основания. Так, при возведении кирпичного и крупнопанельного зданий на просадочных грунтах сборные фундаменты целесообразны только для кирпичного здания, обладающего большей способностью переносить неравномерные осадки. В то же время, если сравнить условия возведения кирпичных зданий на обычных глинистых и просадочных грунтах, то лишь в первом случае можно применить столбчатые сборные фундаменты.

Ранее отмеченное показывает, что проектирование фундаментов является комплексной задачей, при решении которой необходимо рассматривать как инженерно-геологические условия площадки, так и конструктивные особенности сооружения. Именно при проектировании фундаментов назначаются виды оснований: естественные или искусственные, выбираются способы подготовки оснований, а также вносятся соответствующие дополнения или изменения в конструкции сооружений.

Так как устойчивость здания зависит от соотношения между податливостью основания и жесткостью всего здания, а не определяется только конструкцией фундамента, становится возможным применить вместо монолитных фундаментов сборные, состоящие из отдельных элементов. При этом возникает задача: определить, какая часть из общей жесткости сооружения приходится на фундамент ч как повлияет уменьшение жесткости его на работу всего здания. Если жесткость и прочность сборных фундаментов равноценны «традиционным» монолитным, то такая замена становится возможной независимо от вида грунта основания. Поэтому при выборе типа фундамента следует сопоставить между собой сопротивляемость фундаментов, растягивающим усилиям, дополнительно возникающим при неравномерных деформациях основания.

Из-за отсутствия точных методов определения модуля упругости кладки и момента инерции стены с проемами, а также вследствие особенностей работы кладки при изгибе жесткость стены здания приходится определять приближенно. Вопросам влияния жесткости фундаментов на работу стены при изгибе ее в вертикальной плоскости и определению величины усилий» возникающих в стене при неравномерных осадках, была посвящена работа, проводившаяся в 1951 г. группой сотрудников АС и А СССР во главе с проф. Б. Д. Васильевым. Был разработан метод определения жесткости стены с проемами, который заключается в том, что стену рассматривают как без раскосную ферму и, задаваясь величинами модуля упругости и сдвига кладки, определяют прогибы, а по ним вычисляют жесткость стены. Так как и этот способ является приближенным, его можно применить только для качественной оценки усилий, возникающих в стене при изгибе ее в вертикальной плоскости.

Этот метод позволил прийти к выводу, что замена монолитного фундамента сборным несколько уменьшает ^жесткость системы фундамент — стена,Зо величины усилий, действующих в стене, изменяются^ незн    Сопоставление же прочно

сти сборных, например"" крупноблочных, фундаментов и монолитных бутовых показывает, что первые при определенной глубине перевязки вертикальных швов даже лучше сопротивляются растягивающим усилиям. Поэтому такие фундаменты при соблюдении необходимых условий могут применяться на всех без исключения грунтах. Правильность этого положения подтверждается многолетним опытом применения сборных фундаментов на сильносжимаемых грунтах, например на ленточных глинах в Ленинграде, или на просадочных грунтах в Ростове- на-Дону и в других городах. Достаточно указать, что более 90% зданий, строящихся в Москве и Ленинграде, имеют сборные фундаменты.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:   Фундаменты промышленных и жилых зданий

 




Смотрите также:

            

Сборные ленточные фундаменты. МОНТАЖ СБОРНЫХ ЛЕНТОЧНЫХ...

Сборные ленточные фундаменты монтируются по тем же технологическим схемам, что и отдельные сборные фундаменты.

 

ФУНДАМЕНТ. Фундаменты ленточные, отдельные столбчатые, гибкие...

Сборные ленточные фундаменты монтируются по тем же технологическим схемам, что и отдельные сборные фундаменты.

 

Монтаж отдельных сборных фундаментов. Разбивка мест установки...

Комплексный процесс монтажа отдельных сборных фундаментов состоит из следующих операций: устройства основания

 

Возведение фундаментов и стен из сборных элементов. Фундаментные...

Столбчатые (отдельно стоящие) сборные фундаменты могут быть одноблочными, двухблочными и многоблочными.

 

Отдельные фундаменты колонн. Железобетонные фундаменты

1. Конструкции сборных фундаментов. В зависимости от размеров сборные фундаменты колонн делают цельными и составными.

 

Разбивка мест установки блоков сборных фундаментов. УСТРОЙСТВО...

До монтажа сборных фундаментов выполняют разбивку мест их установки, которая начинается с натягивания проволок между обносками по продольным и поперечным осям колонн.

 

монтаж сборных подземных конструкций. Монтаж строительных...

Монтаж сборных фундаментов. В сельском строительстве сборные фундаменты монтируют из блоков, приведенных на рис. 1.82.

 

Качество монтажа. При монтаже сборных фундаментов контролируют...

При монтаже сборных фундаментов контролируют перевязку и толщину швов между ними, заполнение швов и пазов между блоками, а также швов между плитами перекрытия...

 

Основания и фундаменты

Под железобетонные колонны применяют железобетонные сборные и монолитные фундаменты стаканного типа. Сборные фундаменты могут состоять из одного...

 

Столбчатый фундамент. Фундаменты из каменных и кирпичных столбов

Сборные железобетонные фундаменты рекомендуются для закладки на сырых и заболоченных участках.

 

Последние добавления:

 

Слесарные и сборочные работы 

 Промышленные здания  Предварительно напряженный железобетон 

Отопление и вентиляция Токарное дело арматурная сталь  ОСАДКИ СТОЧНЫХ ВОД   

 Вторичные ресурсы   Теплоизоляция  Приливные электростанции