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.
Мусоропереработке прописан системный подход
По мнению экспертов, увеличить долю переработки мусора невозможно без комплексной программы и вовлечения в нее различных сегментов бизнеса и граждан.
Согласно национальному проекту «Экология», к 2024 году доля перерабатываемого мусора в стране должна достигнуть 36%, обрабатываемого – 60%. Сейчас эти показатели составляют всего лишь 7% и 12% соответственно. По мнению участников конференции, посвященной вопросам переработки отходов, прошедшей неделю назад в Петербурге, заданной планки достичь сложно. Причина – в трудностях реализации «мусорной реформы» на местах. Также экспертов смущает усиление на федеральном уровне позиции за мусоросжигание, а не переработку.
По словам председателя общественной организации «Экологическое сообщество» Сергея Санне, в настоящее время Петербург находится «на облаке» и не понимает, что стал одним из лидеров «мусорного» антирейтинга. «Нет никого в правительстве города, кто бы действительно серьезно занимался «мусорной реформой». Нет территориальной схемы обращения с отходами. Максимум, чего смогли добиться, – это налоговых льгот мусоропереработчикам. Но этого мало. О чем свидетельствует рост количества незаконных свалок. Нужен больший системный подход», – отметил он.
Напомним, в начале ноября стало известно, что Петербург на год отложил запуск работы единого оператора по обращению с отходами. Власти заявили, что сначала необходимо завершить подготовку к переходу на новую систему работы с ТКО. Также в ноябре власти соседней Ленобласти отчитались о полном вхождении региона в «мусорную реформу». Единый региональный оператор будет заниматься сбором, вывозом, обработкой и утилизацией отходов. Масштабная переработка пока только в планах.
Советник губернатора Ленобласти Михаил Василенко полагает, что мусоропереработка в стране находится пока на начальной стадии развития. Есть понимание, что ею нужно заниматься, но пока нет четкого алгоритма, как наиболее эффективно запустить проекты в данной сфере. Тем более, что сама «мусорная реформа» не может идти одинаково, как по кальке, во всех регионах. «Однозначно необходимо вести разъяснительную работу с населением, чтобы не появилась новая раздутая проблема Шиеса. Это сфера социальной ответственности органов власти. Также народу необходимо объяснить, за что он платит при вывозе мусора», – добавил он.
Эксперты считают, что государство должно стимулировать не только деятельность мусоропереработчиков, но и бизнес в других отраслях, вовлеченных в рециклинг отходов. В настоящее время количество таких предприятий невелико, но растет.
По мнению инженера по охране окружающей среды компании «Юнилевер Русь» Елены Пулиной, сейчас как в мире, так и в нашей стране остро стоит проблема переработки упаковочных материалов. Пока в рециклинг вовлечено только 10% данного полимерного продукта. «Необходима замкнутая циклическая работа с материалом. Мы поставили перед собой задачу к 2025 году сократить использование первичного пластика на 50%. Но для достижения данных показателей важно плотнее взаимодействовать с ритейлерами и гражданами», – подчеркивает специалист.
Участники конференции уверены в необходимости вовлекать граждан в раздельный сбор мусора, это ускорит процесс перехода на масштабную переработку отходов. Но, полагают эксперты, решения со стороны органов власти не должны относиться к методу кнута – лучше пряника.
Набирая высоту. Высотное строительство подтягивает новые технологии
В современном высотном строительстве активно применяются новые технологии, которые помогают ускорить работы и реализовать самые смелые архитектурные решения.
В России продолжает расти высота жилых зданий. По данным исследования ЕРЗ.РФ, проведенного совместно с Комиссией Российского союза строителей и предпринимателей по строительству и жилищной политике и Национальным объединением застройщиков жилья, на конец ноября средняя этажность возводимых жилых объектов в нашей стране составила 17,8 этажа. В сравнении с аналогичным периодом прошлого года высотность увеличилась на 0,7 этажа.
Всего доля строящихся жилых зданий высотой от 25 этажей составляет сейчас 22,9% (в квадратных метрах). За год прирост показателя составил 3,3%. Наибольшая доля жилищного строительства приходится на дома высотой 18–24 этажа. Лидер высотного строительства – Свердловская область. Это единственный регион страны, где доля высотного строительства превышает 50%. Средняя этажность возводимого жилья составляет 22,4 этажа. Москва в рейтинге заняла только четвертое место. «Высотки» в столичном жилищном строительстве занимают 42,4% в общем объеме. Но при этом Москва лидирует по максимальной средней высотности новостроек – 23,9 этажа.
Петербург, по оценке экспертов, не входит в десятку регионов, занимая только 11-е место в рейтинге. Средняя высотность домов здесь достигает 18,1 этажа, что близко к общероссийскому значению. Высоту жилых объектов ограничивает местное законодательство. Тем не менее, у Петербурга есть своя высотная достопримечательность. Правда, не относящаяся к жилым зданиям. Высота многофункционального комплекса «Лахта Центр» составляет 462 м. В настоящее время это самое высокое здание в регионе.
По жестким стандартам
Эксперты отмечают: в современном высотном строительстве постоянно зарождаются и развиваются новые тренды. Связаны они как с архитектурой объектов, так и с их технологической начинкой. Это касается и жилых объектов, и административных зданий. Причем применение новых технологий в проектировании, использование инновационных материалов позволяют построить «высотку» в более сжатые сроки, чем 10–15 лет назад. В частности, при возведении таких объектов применяются сверхпрочный бетон, особый вид армирования и т. д.
По словам главного инженера проектов компании «Метрополис» Дениса Дубинина, высотные здания не зря считаются уникальными: при проектировании к ним предъявляются более строгие требования из-за повышенной опасности в случае непредвиденных и нештатных ситуаций. Кроме того, эти особые правила объясняются потребностью обеспечить комфорт пребывающих в здании людей и снизить затраты на эксплуатацию объекта. Так, при проектировании высотных объектов особенно важно правильное зонирование, чтобы сократить количество перемещений людей между этажами. При этом лифтовое оборудование должно подбираться тщательно. Желательно, чтобы оно имело высокую степень автоматизации, когда система определяет наиболее выгодное использование имеющихся лифтов в определенной ситуации. Обязательными для высотных объектов являются аэродинамические испытания, чтобы определить ветровые нагрузки – зачастую они превышают сейсмическую нагрузку. Особые требования также предъявляются к системам пожаробезопасности, эвакуации людей, к молниезащите. Системы должны быть не только эффективными, но и более износостойкими, чем у обычных объектов.
«Многие высотные здания обладают обширной поверхностью или даже целиком стеклянным фасадом. Для соответствия принципам энергоэффективности такие фасады должны быть выполнены из стекла, которое обладает минимальной потерей тепла. Это необходимо для того, чтобы не создавать дополнительных нагрузок на вентиляционные и отопительные системы летом и зимой соответственно. Особые требования предъявляются и к обслуживанию фасадов. В целом для высотных объектов очень важна энергоэффективность, так как затраты на инженерные системы увеличиваются с каждым метром высоты. Для оценки принятых решений здания проходят сертификацию различных типов, например, по стандарту LEED», – подчеркивает Денис Дубинин.
Тренд энергоэффективности
Основатель проектного бюро Rumpu Евгений Богданов отмечает, что сейчас в основном строят металлокаркасные высотные здания. Такое решение позволяет увеличить скорость строительства. «Если говорить о технологиях для высоток в целом, они связаны с использованием фасадных материалов, новых систем остекления, а также инженерии, например, для вентиляции и центрального холодоснабжения. В настоящее время доступно много энергоэффективных решений, например – рекуперация, что является необходимостью в высотных зданиях, особенно с учетом того, что окна в них не открываются. Рекуперация при этом – самое энергоэффективное решение, которое дает 30% экономии тепла, самого дорогого энергоресурса в России. Такое решение должно стать нормой в любом жилищном строительстве», – считает эксперт.
Представитель ГК «Пенетрон-Россия» Ирина Лутфиева рассказывает, что обобщая опыт этой группы компаний по работе с высотными зданиями, можно отметить: для таких объектов важны локация, близость к различным водоемам, отличные виды на прилегающую местность. Как правило, это сочетается прежде всего со сложной гидрогеологией, высоким уровнем грунтовых вод. Однако современные технологии позволяют нивелировать практически полностью эти неблагоприятные условия, они в настоящее время не являются критичными. Качественная гидроизоляция позволяет решить весь комплекс задач по строительству на сложных грунтах и обеспечить сооружению безопасность и долговечность. В первую очередь – герметичность фундамента и подземных уровней, на которых, как правило, размещаются паркинги, инженерные коммуникации, лифтовые шахты и т. п. Все эти помещения нуждаются в надежной гидроизоляции.