Промышленные виды и типы фундаментов
Прочность и надежность любого сооружения зависит от надежности фундамента и грунтового основания.
Стоимость фундамента в затратах на строительство сооружения составляет от 7 до 15%. Но при строительстве на местности со сложным рельефом, сильно обводненных почвах, с применением укрепления грунта, стен и так далее, стоимость может взлетать до 40%. Поэтому крайне важно подходить к выбору фундамента обдуманно и взвешенно.
От чего зависит выбор фундамента
Фундамент– это подземная часть здания или сооружения, воспринимающая нагрузку от надземной части и передающая ее на грунтовое основание. Фундамент состоит из следующих элементов:
- Обрез – верхняя плоскость фундамента, на которой располагаются наземные части здания.
- Подошва- нижняя плоскость, соприкасающаяся с грунтовым основанием
Состояние грунтов
Грунты– это геологические породы, залегающие в верхних слоях земли. Состоят из твердых частиц- зерен, разной размерности, по- другому- «скелета грунта», и пустот, заполненных атмосферным воздухом или частично водой.
Основанием называется толща грунта, непосредственно принимающая нагрузку от фундамента здания или сооружения.
Основания, способные воспринимать нагрузку без предварительного усиления грунтов, называют естественным. Основания, которые могут принимать нагрузку только после проведения мероприятий по усилению грунтов, называются искусственными.
В следствии давления, передаваемого зданием, грунты под фундаментом испытывают значительные сжимающие усилия. Под действием этих нагрузок грунты равномерно уплотняются. Такие равномерные деформации называют осадкой, которые вызывают осадку фундамента.
Неравномерные деформации грунта, происходят в результате уплотнения и коренного изменения структуры грунта под воздействием внешних нагрузок, либо собственной массы, или других факторов. Например, замачивания просадочного грунта, подтаивания участков льда в грунте, называют просадкой. Такие деформации могут вызвать повороты фундаментов, вплоть до разрушения. Просадки основания недопустимы.
Для того, чтобы деформации не оказали опасных воздействий на работающие под нагрузкой конструкции, не повлияли на условия эксплуатации, установлены предельные величины деформации основания и напряжения в грунте, возникающих под подошвой фундамента. Ширина и глубина напрягаемой зоны значительно превосходит ширину основания фундамента. Но на глубине равной шестикратной ширине подошвы фундамента грунт уже не испытывает напряжений.
Если грунты-основания, в пределах сжимаемой толщи, не обладают необходимой несущей способностью, например, насыпные грунты, торфяники, рыхлые песчаные и суглинистые грунты с большим содержанием органических осадков, то их искусственно укрепляют или применяют фундаменты, передающие нагрузки на нижележащие прочные грунтовые основания.
При проектировании промышленных фундаментов обязательно учитываются предельные состояния грунтов по двум группам:
- Несущей способности
- Деформации
Глубина заложения фундамента
На показатель глубины заложения строительного основания влияют факторы:
- Эксплуатационное назначение строения
- Архитектурные особенности сооружения
- Нагрузки: статические и динамические
- Уровень и состояние грунтовых вод
- Глубина заложения коммуникаций и фундаментов соседних строительных конструкций
- Характер грунтов
- Уровень промерзания почвы
- Рельеф местности строительной площадки
Какие существуют нагрузки на фундамент
При расчете параметров основания будущего здания максимально учитываются всевозможные нагрузки. Нагрузки на фундамент делят на постоянные и переменные.
Постоянные нагрузки:
- Вес строительных материалов для возведения стен, материалы окон и дверей
- Вес перекрытий.
- Кровля.
- Лестничные марши
- Вентиляционное и санитарно- техническое оборудование
- Станки, подъемные механизмы и другое стационарное оборудование
Переменные нагрузки:
- Ветровая нагрузка.
- Нагрузка снежного покрова.
- Динамические нагрузки от прилегающих автомобильных дорог, аэропортов, соседних промышленных зданий.
- Вес людей работающих, проживающих и обслуживающих здание.
- Вес мебели, мобильного оборудования.
Требования к фундаментам
К строительным основаниям предъявляются те же, либо более строгие требования, что и к возводимым на них строениям. Поэтому срок службы фундамента не может быть менее срока эксплуатации здания или сооружения.
- Прочность.
- Устойчивость на опрокидывание и скольжение в плоскости подошвы.
- Инертность к воздействию агрессивных грунтовых вод.
- Стойкость к климатическим факторам таким как морозостойкость, пучению грунтов при замерзании.
- Соответствие по долговечности сроку службы здания.
- Экономичность.
- Индустриальность – это возможность производства конструктивных элементов промышленным способом.
Исходя из вышеперечисленных требований выстраиваются принципы проектирования строительных оснований, а именно:
- Расчет фундаментов строений производится по предельным состояниям независимо от вида и типа строительного основания, опираясь на данные геолого-инженерных изысканий.
- Учет взаимодействия всей системы - грунт, строительное основание и надфундаментные несущие сооружения: стены, балки, перекрытия.
- Всесторонний подход при отборе типа фундамента: оценка работы грунтов на основе инженерно-геологических условий на строительной площадке; степени реакции несущей конструкции здания или сооружения на неравномерные деформации грунта.
Проектирование фундаментов
Проектировать строительные основания должны специалисты высокого профессионального уровня. Цена ошибки, допущенной при проектировании, может быть очень высока. К проектированию фундамента следует приступать только тогда, когда на руках имеются все вводные данные: результаты инженерно- геологических исследований, подробный проект надфундаментной части здания или сооружения. Приведенные факторы указывают на сложность выполнения проектирования оснований и фундаментов. Поэтому бывает трудно однозначно решить с выбором рационального типа фундамента, не приняв во внимание несколько возможных, конкурирующих вариантов. Окончательное решение следует принимать на основе технико-экономического сравнения рассматриваемых вариантов оснований и фундаментов. При этом необходимо учитывать финансовые затраты на подготовительные работы, проектировку и строительство; долговечность конструкции, материалоемкость, индустриальность изготовления, трудоемкость, возможность проведения работ в холодное время года. Важно учесть момент сохранения естественной структуры грунтов основания во время производства земляных работ.
Вариантное проектирование оснований и фундаментов рекомендуется выполнять в такой последовательности:
- Наметить возможные, конкурирующие варианты оснований и фундаментов с учетом инженерно-геологических условий строительной площадки, конструктивных особенностей здания или сооружения и действующих нагрузок.
- Рассчитать выбранные варианты оснований и фундаментов в стадии технического проекта, отобрав наиболее нагруженные фундаменты.
- Провести технико-экономическое сравнение вариантов и выбрать из них наиболее рациональный.
Классификация фундаментов
Фундаменты классифицируют по признакам.
По форме в плане:
- Ленточные
- Столбчатые
- Сплошные (плитные)
- Свайные
По виду материала:
- Бетонные
- Железобетонные
- Бутовые
- Бутобетонные
- Кирпичные
- Деревянные
По характеру работы под нагрузкой
- Жесткие. Такие фундаменты испытывают преимущественно сжатие, и в которых не возникает деформации изгиба. Производятся из природного камня и цементного раствора. Например, бутобетон или бетон.
- Гибкие. Работающие как на сжатие, так и на изгиб. В строительстве подобных фундаментов применяют железобетон.
По способу производства:
- Сборные
- Монолитные
По глубине заложения
- Мелкого заложения. Как правило, это до двух метров, но выше точки промерзания грунта
- Глубокого заложения. Ниже точки промерзания грунта.
Виды и типы фундаментов
Ленточные
Применяют на сухих, прочных грунтах. Ленточные фундаменты могут быть как сплошными, так и прерывистым. В разрезе могут представлять собой прямоугольник, трапециевидную форму, либо ступенчатую конструкцию.
- Сборные. Состоят из железобетонных блоков, блоков-плит, фундаментно-стеновых блоков. Блоки- плиты или блоки-подушки выпускаются прямоугольной или трапециевидной формы. Укладываются на тщательно утрамбованную песчаную подготовку толщиной 100 мм. В целях сокращения расхода бетона и снижения массы фундамента применяют пустотелые блоки с узкими сквозными или широкими замкнутыми пустотами. Размеры блоков подушек принимают: по ширине от одного до трех метров; по длине от 1,2 до 3 метров; по высоте 0,3 метра и 0,5 метра
- Монолитные. Представляет собой армированную бетонную конструкцию, проложенную под несущими и ограждающими стенами здания. Может быть выполнен как с мелким заглублением, так и с заглублением ниже уровня промерзания почвы. Позволяет, как и сборный ленточный фундамент, предусмотреть в проекте сооружения подвальные помещения и цокольный этаж.
Все типы ленточных фундаментов подлежат обязательной защите от дождевых и талых вод. С этой целью по периметру наружных стен делают отмостку из асфальта или бетона или сборных железобетонных плит. Ширина отмостки должна быть не менее 0,5 метра, с уклоном от здания 2-3%. Однако, в любых грунтах содержится капиллярная влага. Влага проникает в тело фундамента и поднимается к зоне сопряжения с элементами надземной части строения. Чтобы не допустить поступление влаги на границе фундамента со стенами устраивают гидроизоляцию.
За неправильным осуществлением работ по устройству гидроизоляции и отведению внешних вод неминуемо кроется разрушение фундамента. Увеличение влажности станет причиной вымывания раствора из соединительных швов, отслоения штукатурки, коррозии арматурного каркаса.
Столбчатые фундаменты
Устраиваются в тех случаях, когда нагрузка от здания вызывает давление на грунт меньше нормативного (малоэтажное промышленное строительство), либо под колонны. Бывают сборными и монолитными. Под зданиями с несущими стенами столбчатый фундамент располагают под углами, под простенками и через 3-5 метров на глухих участках стен. По фундаменту прокладывают балки из сборного или монолитного железобетона.
Столбчатые фундаменты применяют для отдельно устанавливаемых столбов, колонн при строительстве, как одноэтажных, так и многоэтажных промышленных и гражданских зданий. Колонный каркас опирают на железобетонные блоки стаканного типа или блок- стакан.
Монолитный столбчатый фундамент представляет собой ступенчатую конструкцию с подколонником и стаканом для установки колонн. Высота ступени составляет 0,3 или 0,45м. Подколонники устанавливают на плиту по цементно-песчаному слою. Высота блок-стакана 1,5 и 1,8 метра до 4,2 метра с градацией через 0,6 метра. Размеры подошв в плане составляют от 1,5 на 1,5 метра до 6,6 на 7,2 с модулем 0,3 метра.
Сплошные фундаменты
При очень слабых грунтах и значительных нагрузках в строительстве применяют сплошные фундаменты или иначе- плитные. Они представляют собой сплошную железобетонную плиту под всей площадью здания. Имеют плоскую или ребристую конструкцию. Применяется в строительстве сооружений без подвалов и цокольных этажей. Плитный фундамент отличается высокой надежностью. Поэтому может применяться на любых видах грунтов. Экономически неоправданно использование плитного фундамента на местности с большим уклоном. Устройство плитного фундамента является затратным, так как подразумевает значительный объем земляных работ и использования большого количества строительных материалов. Конструктивно плитный фундамент представляет из себя многослойную структуру.
- Работы по обустройству сплошного фундамента начинают с выборки слоя почвы и подготовки котлована.
- Площадь котлована утрамбовывают. Затем кладется песчаная или гравийно-песчаная подушка. Она служит для гашения вибраций, отведения грунтовых вод, противодействует пучению.
- Прокладывают геотекстиль для армирования и противодействию заиливания подушки. В зависимости от толщины подушки геотекстиль можно прокладывать между слоями, для улучшения армировки.
- Для выравнивания основы проводят бетонную подготовку жидким раствором. Таким образом выравнивается горизонтальный уровень, что необходимо для правильной установки железобетонного каркаса и улучшается гидроизоляция.
- Гидроизоляция. Гидроизоляционные материалы предотвращают капиллярный подсос влаги
- Железобетонный армирующий каркас. Представляет собой взаимосвязанную конструкцию из арматуры. Каркас предотвращает растрескивание бетона и обеспечивает высокую стойкость к деформациям.
- Бетонный массив. Толщина его зависит от расчетных характеристик здания.
Дополнительно, в зависимости от характера грунтов может монтироваться дренажная система и выполняться утепление для противодействия промерзанию почвы.
Свайные фундаменты
Свайным называют фундамент, в котором для передачи нагрузки от сооружения на грунт используется свая. Он состоит из свай и объединяющей их жесткой связи- ростверка, либо плиты- перекрытия. В соответствии с этим свайные фундаменты бывают:
- Ростверковые
- Безростверковые
Сваи располагают под зданием по аналогии со столбчатым фундаментом, но с меньшим шагом, который определяют расчетом.
Свайные фундаменты применяют там, где необходимо передать значительные нагрузки на слабые водонасыщенные грунты. Когда производство большого объема земляных работ для устройства основания под другие виды фундамента технически невыполнимо или экономически нецелесообразно.
В зависимости от нагрузок, действующих на фундамент, сваи могут располагаться:
- По одной. Под отдельной опорой.
- Рядами под стеновыми конструкциями
- Кустами. Под колоннами.
- Свайными полями. Под строениями малой площади со значительными нагрузками.
По виду материала сваи выпускают:
- Бетонные.
- Железобетонные.
- Стальные
По способу изготовления и погружения в грунт сваи делят на:
- Забивные. Погружают методом забивки, вдавливания, вибрации и ввинчивания
- Набивные. Относятся к группе монолитных. Их устраивают непосредственно в грунте из бетона или железобетона, с помощью специальных обсадных труб, которые погружаются в предварительно сформированную скважину. Применяют такой тип фундамента при больших нагрузках. Диаметр сваи может достигать 1000 миллиметров, а глубина заложения 20 метров и более.
По характеру работы в грунте сваи делятся на два типа:
- Висячие. Не достигают плотного грунта. Принимаемую нагрузку передают за счет сил трения между их боковой поверхностью и грунтом.
- Сваи-стойки. Такие сваи проходят через слабый грунт и нижним концом опираются на прочное основание, передавая на него всю нагрузку от строения.
Отличие фундамента промышленного от частного
Основное отличие промышленных фундаментов, в том числе и фундаментов гражданского многоэтажного строительства, от фундаментов частного малоэтажного строительства заключается в том, что промышленные объекты производят значительно большую нагрузку на строительное основание. Промышленные фундаменты многоэтажных зданий часто испытывают нагрузки не только на сжатие, но и на растяжение, скручивание, смещение. Поэтому промышленные фундаменты отличаются большей прочностью, массивностью, более высокими требованиями к материалам, и дороговизной.
С учетом местных особенностей. Специфика инженерно-гидрометеорологических изысканий
Бывали случаи, когда после проведения инженерно-гидрометеорологических изысканий (ИГМИ) корректировалась локация строительства или вовсе сворачивался проект. Почему это так важно?
Наряду с геологическими, экологическими исследованиями ИГМИ помогают раскрыть особенности территории, на которой планируется построить здание, сооружение или линейный объект.
Следуя по этапам
По словам специалистов, состав, объем и виды ИГМИ регламентируется требованиями действующих нормативных документов (СП 47.13330.2016, СП 11-103-97, СП 33-101-2003). Работы выполняются в соответствии с техническим заданием и программой ИГМИ, представленной в приложении к отчету.
Главный гидролог ЗАО «ЛенТИСИЗ» Ольга Ходкина отмечает, что ИГМИ проводятся в три этапа. Первый – подразумевает подготовительную работу. Он включает в себя изучение планового материала на предмет достаточности для снятия расчетных морфометрических характеристик в районе проведения работ. Второй этап – это полевые изыскания на местности. Проводится комплекс гидрографических, гидрометрических и морфометрических работ. Они выполняются с целью получения исходной информации для расчетов уровней водотока, оценки русловых деформаций и других гидрологических характеристик. «Третий этап – это камеральная работа. Она выполняется по завершении полевых исследований, с использованием полученных материалов. Включает в себя необходимые гидрологические расчеты, составление текстовых и графических приложений, нанесение гидрологической информации на топографические профили и планы, составление технического отчета по ИГМИ или главы в комплексном отчете по изысканиям», – поясняет она.
В целом, как добавляет эксперт, ИГМИ позволяют учесть ряд факторов, серьезно влияющих на надежность и жизнеспособность будущего объекта, а также учесть его влияние на окружающую среду.
Территориальная специфика
Проведение ИГМИ особенно важно для территорий Петербурга и Ленобласти. Местность имеет влажный переменчивый климат (негативно влияющий на состояние зданий, сооружений, дорог), болотистую почву, множество водных объектов. Все это необходимо учитывать при проектировании и строительстве, чтобы избежать подтопления участков, домов, трасс во время таяния снегов, паводков и пр. Собственникам объектов недвижимости важно не забывать, что грунтовые воды могут привести к разрушению фундаментов, что чревато серьезными проблемами.
Действующие нормативы по определению гидрометеорологических характеристик разработаны преимущественно для естественных условий, рассказывает заведующий отделом прогнозирования гидрологических процессов и экспериментальных исследований ФГБУ «Государственный гидрологический институт» Михаил Марков. В основе их лежит представление о стационарности или цикличности природных процессов. Вместе с тем на эти процессы существенно могут влиять антропогенные факторы, а в последнее время и климатические изменения. Это необходимо учитывать в изысканиях для Петербурга и Ленобласти, особенно для урбанизированных территорий.
В настоящее время в Северной столице ИГМИ готовы делать десятки различных организаций. Многие из них используют в своей деятельности технологии, автоматизирующие рабочие процессы, а также оборудование, упрощающее проведение полевых работ. В частности, специалисты проводят дистанционный осмотр местности с помощью беспилотных летательных аппаратов, геодезической спутниковой аппаратуры с контроллером.
По словам Михаила Маркова, стоимость ИГМИ зависит от состава и объема необходимой гидрометеорологической информации. «Она определяется в зависимости от вида и назначения сооружений, их уровня ответственности, стадии проектирования, а также гидрологических и климатических условий района (площадки, трассы) строительства. По опыту нашего института, стоимость ИГМИ варьируется от 25 тыс. рублей за справку по какому-либо одному параметру до 3–10 млн и более при гидрометеорологическом обосновании проектирования дорогостоящих объектов, подобных АЭС или комплексу защитных сооружений от наводнений», – добавил он.
Мнение
Ольга Ходкина, главный гидролог ЗАО «ЛенТИСИЗ»:
– Стоимость гидрометеорологических изысканий определяется, в первую очередь, исходя из поставленной задачи, объема предстоящих работ, а также их сложности, видов используемого оборудования. В среднем она начинается от суммы в несколько десятков тысяч рублей для площадок, не попадающих в водоохранную зону, и выше – для участков, расположенных в непосредственной близости к водотокам и водоемам. На цену также будут влиять изученность района работ, площадь участка обследования. При проведении изысканий для строительства линейного объекта (газопровода, линии электропередач, автомобильной трассы) также учитываются пересекающие водные переходы. Стоимость услуг будет начинаться от суммы в 100 тыс. рублей.
Михаил Марков, заведующий отделом прогнозирования гидрологических процессов и экспериментальных исследований ФГБУ «Государственный гидрологический институт»:
– ИГМИ проводятся во всех случаях, когда проектируемые инженерные объекты должны быть устойчивы к воздействиям гидрометеорологических факторов и гарантированно обеспечены водными и климатическими ресурсами с учетом экологических и иных ограничений, связанных с обеспечением благоприятных условий проживания, труда и отдыха населения. Заказчиками ИГМИ могут быть разработчики градостроительной документации, инвестиционные компании, проектные организации, органы исполнительной власти, экспертные сообщества, экологические организации и физические лица.
Союз стекла и металла. Алюминиевое фасадное остекление
Алюминиевое фасадное остекление все чаще задействуется при возведении зданий и позволяет воплощать в жизнь интересные архитектурные и дизайнерские решения.
По оценке экспертов, в настоящее время в России каждый четвертый офисный центр и торгово-развлекательный комплекс возводится с использованием конструкций из алюминиевого профиля. Реже он применяется в типовом домостроении и достаточно часто в сегменте жилья бизнес- и премиум-класса.
Интерес к алюминиевому фасадному остеклению объясняется множеством факторов. Наверное, главный из них относится к архитектуре. Сочетание стекла и металла позволяет воплотить в жизнь смелые и интересные решения внешнего облика зданий, украсить город.
Как отмечает заместитель руководителя проектного бюро «Артэс» Владислав Шишков, тренд на алюминиевое фасадное остекление задан был около пятнадцати лет назад. В это время стали появляться первые такие здания. «Сейчас их стало на порядок больше. Да и сама технология значительно преобразилась. Стекло и металлоконструкции за счет внедрения ряда производственных решений стали меньше терять тепло. Таким образом, положительно решился вопрос об энергоэффективности таких зданий. Возводить объекты недвижимости с панорамным остеклением несколько затратно, особенно если они в своей архитектуре сложны. Тем не менее, такое здание внешне выделяется среди обычных кирпичных и монолитных коробок и имеет интересное внутреннее пространство», – подчеркивает он.
Эксперты обращают внимание и на качественные характеристики самого алюминиевого фасадного профиля. По словам генерального директора ООО «Алютех» Олега Жигеля, срок их службы составляет более 80 лет. При этом некоторые комплектующие, которые могут выйти из строя раньше (такие как фурнитура, утеплитель, сам стеклопакет), достаточно легко заменить.
«Холдинг «Алютех» в изготовлении алюминиевых профилей использует только первичный алюминий, что обеспечивает гарантированные механические свойства готовых конструкций. Они имеют высокую сопротивляемость весовым и ветровым нагрузкам, способны выдерживать значительные перепады температур, устойчивы к коррозии. Качественные уплотнители из EPDM (синтетический эластомер) не пропускают в помещение пыль, влагу, неприятные запахи. Нагрузка на несущие конструкции при установке такого профиля минимальна, поэтому можно исключить этап проведения работ по их дополнительному укреплению. Кроме того, алюминиевые профили абсолютно нетоксичны, легко моются и не нуждаются в регулярной покраске. Можно заказать любой подходящий к экстерьеру цвет конструкции, а также любые типы створок – глухие, распашные, раздвижные либо поворотные», – говорит Олег Жигель.
Стоит добавить, что сравнительно небольшую, но устойчивую (около 10%) долю рынка алюминиевый профиль занимает в сегменте обычных окон. При этом эксперты считают, что показатель будет меняться. Спрос на окна с алюминиевым профилем в ближайшие годы вырастет. Связано это и с появлением новых проектных решений в жилищном строительстве, и с растущей популярностью «теплого» алюминия. Кроме того, за счет использования новых технологий такие оконные профили уменьшились в стоимости и стали доступнее для многих категорий клиентов. По словам специалистов, алюминиевые конструкции более долговечны в эксплуатации в сравнении с пластиковыми и деревянными. На этот фактор все больше будут обращать внимание как застройщики, так и обычные граждане.
Мнение
Олег Жигель, генеральный директор ООО «Алютех»:
– За последние два года в нашей компании проведена огромная работа по улучшению технических характеристик алюминиевых профильных систем. В частности, были максимально увеличены качественные характеристики и показатели систем, при сохранении текущей стоимости продукта. Введены более технологичные и современные конструктивные решения при оптимизации номенклатуры профилей и комплектующих. Все это помогло нам занять позицию технологического лидера среди отечественных компаний на рынках СНГ. Уровень систем приблизился к линейке ведущих европейских конкурентов, что позволит значительно увеличить долю экспортных рынков.