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.
Алексей Емельянов: «Небольшие затраты могут дать серьезную экономию»
Российская компания «Полипласт» вышла на рынок в 1999 году. Сегодня холдинг объединяет три больших завода (на Урале, в Подмосковье и в Ленобласти), а также ряд локальных производственных площадок, а выпускаемые им химические добавки для различных отраслей промышленности хорошо известны не только в РФ и СНГ, но и во многих странах дальнего зарубежья. О том, почему экономить на добавках в бетон экономически невыгодно, «Строительному Еженедельнику» рассказал генеральный директор ООО «Полипласт Северо-Запад» Алексей Емельянов.
– Алексей Валерьевич, не только от частников, возводящих малоэтажные дома для себя, но даже от строителей порой можно услышать такое мнение, что «бетон – он и есть бетон, какие добавки в него не сыпь». Каково Ваше мнение об этом?
– С моей точки зрения, это подход совершенно ошибочный. И если при стройке «для собственных нужд» он еще допустим (редко когда малоэтажный дом требует каких-то специфических строительных характеристик), то при промышленном строительстве такое отношение ведет не только к снижению качества здания, но и, по сути, к финансовым потерям девелопера.
Дело в том, что добавки позволяют получить бетон с заданными свойствами, оптимально соответствующими назначению объекта, а также конкретным условиям работы. Это пластификаторы и гиперпластификаторы, позволяющие снизить количество воды в смеси, что повышает прочность бетона, делает его тягучим, значительно облегчая работу. Это добавки, которые предотвращают преждевременное застывание бетона при низких температурах, что позволяет работать в зимних условиях. Это различные специализированные добавки, предназначенные для решения конкретных задач, таких, например, как особая прочность, предотвращение появления трещин, пониженная истираемость, повышенная водонепроницаемость и пр. Их целесообразно применять на объектах специального назначения, требующих особых качеств строительных материалов. Это такие области применения, как высотное строительство, гидротехнические сооружения, медицинские учреждения и др.
– И у всех строительных компаний есть специалисты, знающие, какие именно добавки в каких случаях целесообразнее использовать?
– У крупных профессиональных игроков рынка обычно уже есть понимание необходимости использования добавок для эффективной работы, некоторые пока еще слабо знают об имеющихся возможностях. Поэтому «Полипласт» выполняет, в частности, и консалтинговую функцию в этой сфере. Наша задача сегодня – довести до девелоперов и крупных подрядчиков информацию о новых возможностях добавок, бетонов и инновационных технологий в строительстве.
Наши специалисты готовы помочь строителям определить, какие именно добавки наиболее эффективно использовать для решения стоящих перед ними задач в каждом отдельном случае. Все объекты разные, поэтому рецептуру лучше подбирать исходя из конкретной ситуации. Свое влияние оказывают и условия строительства, и специфика сооружения, и даже регион, в котором идет стройка. Ведь, например, на Северо-Западе инертные материалы, входящие в бетон, имеют одни свойства, а в Центральный России – уже несколько иные. Поэтому наши научно-исследовательские центры, действующие при каждом большом заводе, работают не только над созданием новых добавок, но и над оптимизацией их использования.
– Вы упомянули также экономический фактор.
– И этот фактор для строителей наиболее важен. По сути, небольшие затраты на добавки могут не только обеспечить высокое качество строительства, но и дать серьезную экономию по результатам работы.
Дело в том, что стоимость бетона не превышает 8–10% от общих расходов на возведение объекта. И много сэкономить на нем в любом случае не получится. А использование более качественного бетона с современными добавками и инновационными технологиями при небольшом повышении цены материала (ориентировочно на 10–15%) позволяет существенно – на несколько месяцев – ускорить возведение объекта. А это – экономия на обслуживании кредитов, на оборачиваемости опалубки, на оплате рабочей силы, арендованного оборудования и пр. Это работа без неустоек и конфликтов с властями и заказчиками, а в случае госзаказа или при возведении жилья – это соблюдение сроков ввода, отсутствие необходимости переделок и прочих «радостей» (достаточно вспомнить «аммиачные квартиры»).
Таким образом, «перерасход» средств на качественный бетон полностью компенсируется и даже обеспечивает снижение общих затрат на возведение объектов.
Максим Лазуткин: «Умные» стекла защитят от холода и солнечного света»
Директор по техническому регулированию и поддержке клиентов компании Pilkington Glass (холдинг SP Glass) Максим Лазуткин рассказал «Строительному Еженедельнику» об особенностях выпускаемого на предприятии энергосберегающего стекла с напылением. Такое стекло сейчас используется во всем мире.
– Расскажите о вашем предприятии. Каковы ассортимент выпускаемой вами продукции и объем производства?
– Прежде всего хочу отметить, что наше предприятие является частью всемирно известной британской компании Pilkington. Начала она свою деятельность в 1826-м, а сегодня активно работает в 49 странах мира. В 2006 году компания Pilkington запустила завод по изготовлению прозрачного листового стекла в России. Расположен он в Подмосковье, в Раменском районе. В 2012 году владельцем завода стала группа компаний SP Glass, чьими акционерами выступили «РОСНАНО», NSG Group, Glasswall и Европейский банк реконструкции и развития. В 2014 году был открыт цех по нанесению нанопокрытий магнетронным способом. В настоящее время наш завод выпускает плоское прозрачное листовое стекло с размерами до 3210 на 6000 мм и толщиной от 4 до 12 мм – и объемы производства достигают 250 тыс. т в год. Выпускаем также стекла c нанопокрытиями – солнцезащитные и энергосберегающие – под торговыми марками Suncool, Optitherm, Lifeglass, всего около 10 млн кв. м в год.
– В чем технологическая особенность выпускаемой вами продукции?
– В уникальности технологии напыления. Магнетронный способ напыления позволяет наносить покрытие на стекло в несколько слоев на молекулярном уровне. Покрытие такое тонкое, что оно незаметно человеческому глазу, в тысячу раз тоньше листа бумаги. Кстати, в 2014 году наша продукция первой в строительной области получила знак «Российская нанотехнологическая продукция».
Состав и комбинация слоев напыления позволяют из обычного стекла получить стекло, обладающее удивительными способностями: препятствовать охлаждению и сберегать тепло помещений в холодное время года, защищать от теплового излучения солнца в летний период.
Наши флагманские продукты с покрытием Double Silver (два слоя серебра в напылении) являются высокоселективными, то есть деликатно и избирательно работают с солнечными излучением, пропуская внутрь помещения только видимый свет, препятствуя проникновению остального солнечного излучения, которое негативно влияет на микроклимат в помещении.
– Ваши стекла задействуются в архитектурных решениях при строительстве офисных, развлекательных центров, других объектов. Можете ли привести примеры объектов, где использовано ваше стекло?
– В портфолио Pilkington Glass Russia – более 4,5 тыс. объектов по всему миру. Стекло с покрытием Double Silver отправляется в Австралию, Катар, Мексику и Индию. Сейчас заканчивается строительство госпиталя Al Ain в Абу-Даби и бизнес-центра Nuevos Horizontes в Гондурасе, для них было выбрано «прохладное» стекло Pilkington Suncool 40/22. Продукт пропускает лишь 22% солнечного жара, что значительно снижает нагрузку на кондиционирование.
Высокое светопропускание и высокую защиту от солнца пассажирам аэропорта «Платов» в Ростове-на-Дону обеспечивает стекло Pilkington Suncool 70/35.
Наша продукция задействована в ЖК «Воробьев Дом», ЖК «Донской Олимп» и ЖК «Лица» в Москве. Если говорить о Санкт-Петербурге, то наших рук дело – лофт-квартал Docklands, бизнес-центр Fort Tower и МФК «М-1 Арена».
– Кто является вашим партнером из компаний, занимающихся жилищным строительством?
– Политика нашей компании – долгосрочные партнерские отношения. Сложно выделить кого-то из партнеров, учитывая географию наших поставок. Количество деловых партнеров превышает сотни компаний по всему миру.
– Как выбрать остекление? На какие характеристики следует обратить внимание?
– Лучшая рекомендация – обратиться к профессионалам. Правильно выбранные стекла с «умным» напылением позволяют решить вопросы сохранения тепла, защиты от солнца и шума.
Сотрудники нашей компании выясняют малейшие нюансы будущего здания, чтобы предложить оптимальный баланс наиболее важных характеристик остекления (пропускание света, энергосберегающие и солнцезащитные параметры, показатели защиты от шума), которые отличаются от региона установки, длительности теплых и холодных периодов времени, интенсивности солнечного излучения.
При этом мы не забываем о надежности и помогаем выбрать оптимальную толщину стекол, которые будут выдерживать порывы ветра, перепады давления и температур в течение длительного срока эксплуатации.