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.
Теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС® и гидроизоляция PLASTFOIL® для масштабных проектов в сфере культуры
Технологии обустройства кровли компании «ПЕНОПЛЭКС СПб» находят широкое применение в различных областях строительства, в том числе для реализации проектов в сфере образования и культуры.
На фото: реконструкция кровли дебаркадера. Здание Государственного исторического музея Южного Урала, Челябинск.
Высококачественная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС® из экструзионного пенополистирола и полимерная гидроизоляция PLASTFOIL® использованы для реконструкции дебаркадера в здании Государственного исторического музея Южного Урала.
Это учреждение сегодня играет заметную роль в культурной жизни Урала и страны в целом, а его история начиналась с обычного «Музея местного края», созданного в 1923 году узким кругом челябинских энтузиастов-краеведов. Однако с самого начала к пополнению экспозиции стали привлекать высокопрофессиональных ученых-археологов, и было накоплено немало ценных артефактов. Важной вехой в развитии музея стало решение о строительстве нового здания, приуроченном к 70-летию Челябинской области в 2004 году. В результате был возведен современный музейно-выставочный комплекс общей площадью 10,5 тыс. м2, напоминающий крепость, с которой на том же месте на берегу реки Миасс в XVIII веке начинался Челябинск. На начало 2000-х годов данное строительство стало крупнейшим проектом региона в сфере культуры. Сейчас, помимо экспозиционных помещений и хранилища фондов, которые уже составляют более 300 тыс. экспонатов, комплекс включает библиотеку, конференц-залы, мастерские.
Сегодня в Государственном историческом музее Южного Урала наряду с постоянной экспозицией регулярно проводятся выставки, их количество достигает 70 в год. У музея налажены партнерские отношения с Музеем Московского Кремля, Третьяковской галереей, Государственным историческим музеем, многими зарубежными музеями и выставочными организациями из Японии, Франции, Испании и других стран. Далеко не у каждого краеведческого музея такая счастливая судьба.
Государственный исторический музей Южного Урала стал крупным центром современного искусства, причем не только изобразительного. В стенах комплекса регулярно проводятся фестивали, крупнейшим из которых стал ежегодный фестиваль современного искусства «Дебаркадер». В рамках мероприятия проходят спектакли, показы кинофильмов, поэтические чтения и, конечно, выставки картин и инсталляции. Имя фестивалю дало место его проведения. В данном случае дебаркадером называют цокольный этаж музейного комплекса, который первоначально использовался в качестве гаража, а с 2015 года приспособлен под мероприятия. В этом году фестиваль проходит уже в пятый раз, с 3 по 24 ноября, к его открытию реконструирована крыша дебаркадера площадью 1800 м2.
Крыша дебаркадера является пешеходной зоной и выполнена в эксплуатируемом варианте. Основой кровельной конструкции служат материалы производства «ПЕНОПЛЭКС СПб» — теплоизоляционные плиты ПЕНОПЛЭКС® из экструзионного пенополистирола и гидроизоляционная полимерная мембрана PLASTFOIL®GEO толщиной 1,5 мм.
Эффективная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС® с коэффициентом теплопроводности не выше 0,034 Вт/м∙°С и нулевым водопоглощением играет важную роль в поддержании требуемых температурно-влажностных режимов в помещении. Это нужно как для сохранности экспозиционных материалов, выставляемых в помещении дебаркадера, так и для комфорта участников и зрителей фестивальных мероприятий. Кроме того, необходима надежная защита помещений от протечек кровли, которую успешно осуществляет герметичная мембрана PLASTFOIL®GEO. Оба материала отличаются высокой прочностью, биостойкостью, экологической безопасностью, устойчивостью к высоким и низким температурам и их перепадам, долговечностью.
Теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС® и гидроизоляция PLASTFOIL® широко применяются для возведения и реконструкции многих кровель, включая эксплуатируемые. Материалы безупречно выполняют свои функции, в том числе по защите помещений с особыми требованиями к микроклимату.
Тренд на энергоэффективность
По мнению экспертов, требуемой энергоэффективности зданий невозможно достичь без применения в строительстве новых технологий и материалов, которые должны быть финансово доступны и окупаемы.
За последние годы в России сформировался тренд на повышение энергоэффективности объектов. Он обусловлен как внедрением новых стандартов и требований, так и появлением новых строительных технологий и материалов. Эксперты отмечают, что в настоящее время появилось много энергоэффективных решений, которые могут применяться при возведении и эксплуатации зданий, но некоторые из них достаточно дороги. Однако сейчас наблюдается тенденция их удешевления, из-за массового появления.
По мнению технического директора ООО «Городской центр экспертиз – энергетика» Василия Тарасовского, в настоящее время можно выделить несколько приоритетных направлений в области повышения энергоэффективности уже действующих зданий. Это утепление современными теплоизоляционными материалами, установка энергосберегающих окон, современных отопительных приборов (например, инфракрасных нагревателей). Если говорить о промышленных объектах, то также важна замена осветительных приборов на современные светодиодные, в том числе оборудованные датчиками движения. Необходимы реконструкция вентиляции, а также организация приборного учета энергоресурсов и систематический анализ показаний приборов.
Эксперт отмечает, что проведение энергосберегающих мероприятий в промышленных зданиях имеет большой срок окупаемости, что экономически невыгодно предприятию. Например, утепление наружных стен будет окупаться не менее 20 лет. Тем не менее, тренд на энергоэффективность сохраняется. По словам Василия Тарасовского, промышленное энергоэффективное здание – это чаще всего недавно возведенный корпус, выполненный из сэндвич-панелей, или железобетонный, покрытый современными утеплителями, со светодиодным освещением.
Все более энергоэффективными становятся офисные и жилые объекты. Для них также важна качественная теплоизоляция. Ведущий архитектор компании «Метрополис» Ксения Пашкевич отмечает, что, пожалуй, самые распространенные сегодня системы утепления ограждающих конструкций – вентилируемый и невентилируемый фасады. «В качестве утеплителя для обеих систем используют плиты из минеральной ваты, экструдированный пенополистирол, плиты, изготовленные из базальтовых горных пород, плиты из пеностекла и т. п. Система очень гибкая и применима ко всем типам зданий и сооружений. Коэффициент теплопотерь здания можно регулировать за счет увеличения или уменьшения теплоизоляционного слоя», – поясняет она.
По словам специалиста, окна являются в вопросе энергоэффективности самым слабым звеном в здании. Именно через них происходит основной процент теплопотерь. Применение энергоэффективных окон позволяет защититься от этого.
С этим согласен и продакт-менеджер департамента маркетинга Pilkington Glass Russia Александр Круглов. «Безусловно, важными элементами энергоэффективного здания должны быть стекло и стеклопакет. Это понимают и застройщики, и компании, занимающиеся эксплуатацией и обслуживанием зданий. Уже произошло изменение требований к светопрозрачным конструкциям. Тенденция идет к тому, что в ближайшее время они будут продолжать ужесточаться, так же, как и требования к другим характеристикам зданий. Это будет влиять на применяемые в строительстве материалы, технологии, но в целом позитивно отразится на его качестве. Непосредственно спрос на энергоэффективные окна будет активно расти, и продукт через определенное время увеличит свою долю среди строительных материалов», – подчеркнул он.
Мнение
Ксения Пашкевич, ведущий архитектор компании «Метрополис»:
– Энергоэффективность зданий повышается благодаря применению комплекса новых архитектурно-строительных решений, который, в свою очередь, зависит от применения инновационных материалов и технологий для теплозащиты ограждающих конструкций. Сегодня рынок строительных материалов и технологий в России широк, что отчасти даже затрудняет выбор. Поэтому реализация энергоэффективных решений, задействованных в объекте, будет зависеть от грамотно подобранных технологий и материалов и, конечно, от опыта и квалификации авторов проекта. Далее вопрос переходит непосредственно на стройку. Физический потенциал здания зависит уже от качества строительных работ и точного соответствия проектным решениям.