Глава 3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ УНИФИЦИРОВАННОГО КАРКАСА И УЗЛЫ ИХ СОПРЯЖЕНИЙ

8.  ФУНДАМЕНТЫ

Выбор типа фундаментов. Фундаменты каркасно-панельных зданий — единственный конструктивный элемент, выполнение которого предусмотрено, как правило, в монолитном железобетоне.

Отдельные попытки использования индустриальных сборных железобетонных конструкций, в том числе индивидуальных или входящих в состав других серий, развития не получили.

Выбор конструктивного решения фундаментов является одной из наиболее важных и серьезных   проблем многоэтажного каркасного строительства. Фундамент определяет прочность и надежность сооружения в целом, кроме того, от правильного и рационального его выполнения во многом зависят экономичность, трудоемкость и темпы возведения здания. Сложность выбора конструкции фундаментов в каркасных многоэтажных зданиях определяется необходимостью передачи на грунт больших сосредоточенных нагрузок, достигающих 15000 кН и более.

Практикой фундаментостроения выбран ряд конструктивных решений фундаментов для каркасных зданий повышенной этажности как на естественном основании, так и в виде свай.

Фундаменты на естественном основании применяются следующих типов: ленточные — в виде параллельных или перекрестных лент; плитные — в виде ребристых или плоских (безбалочных) плит; коробчатые высотой в один, реже два этажа.

Свайные фундаменты используются в виде забивных свай, квадратного или прямоугольного сечения, набивных свай различных систем, свай-оболочек.


Выбор типа фундаментов определяется величиной и характером;

действующих нагрузок, видом, несущей способностью и деформативностью грунтов основания.

Анализ опыта применения обычных зябииных сияй прямоугольного сечения 30X30 см в многоэтажном строительстве показал, что> вследствие малой расчетной нагрузки на такие сваи, не превышающей 500—600 кН, их не удается разместить под колоннами каркаса, несущими нагрузки более 600U—SUUU кН. При конструйрований   таких   фундаментов   получается,   по   существу,   сплошное свайное поле, по которому необходимо выполнить мощный рост верк, способный в ряде случаев без участия свай передавать нагрузку на грунты основания. В частности, приведенный расход бетона   ростверков   для   свайных  фундаментов отдельной группы 16-этажных каркасно-панельных жилых домов серии МГ-бОГД составил 0.7 м.

Цилиндрические сваи-оболочки, несмотря на ряд достоинств ил в частности, способность нести нагрузки до 5000—6000 кН на сваюД также не нашли широкого применения в московском строительстве по следующим причинам. При погружении свай возникает значит тельная вибрация грунта основания, представляющая опасность для соседних зданий, а также шум, создающий дискомфортные условия для окружающей застройки.

В сложных в геологическом отношении участках города применяются набивные сваи системы «Беното», получившие широкой распространение за рубежом

Сваи выполняются с помощью специальной установки, включающей обсадные трубы диаметром около 1 м, грейфер для выема ки грунта из полости обсадных труб и бурильную установку, засверливающую трубы в грунт. Бетон сваи армируется и, как правило, только в верхней части сваи. Вследствие этого расход стали на набивные сваи по сравнению с забивными традиционной KOHJ  струкции в 2—3 раза меньше.

Конструкция фундаментов из свай «Беното» применена впервые в московской практике для строительства 16-этажного каркасно-панельного жилого дома серии МГ-601 на Воробьевском шоссе. Под колоннами каркаса, усилия на которые достигают 6000 кН, выполнено по одной свае. Концы свай опираются на слой крупнозернистого песка, расположенный на глубине около 20 м от поверхности. Отдельные сваи, как правило, объединяются железобетонным ростверком.

Особенностью оборудования для производства бурильных работ является конструкция обсадной трубы и узлов соединения ее звеньев (для наращивания труб по мере их погружения в грунт), позволяющая при малой высоте бурильной установки и относительно малой длине звеньев труб бурить скважины глубиной до 00—80 м.

Как показал опыт использования свай «Беното », их устройство целесообразно на слабых или непригодных в качестве естественного основания грунтах с опиранием на грунты, имеющие высокие физико-механические качества (в условиях Москвы на карбонные отложения — известняки), при длине свай от 15 до 25 м.

В период становления и развития унифицированного каркаса для зданий на его основе опробованы различные конструкции фундаментов на естественном основании.

Ленточные фундаменты для многоэтажных зданий использовались относительно редко, так как область их применения ограничивалась грунтами с высокими нормативными сопротивлениями

Полученные данные показывают, что простота конструкции плоской (безбалочной) плиты, позволяющая выполнять ее индустриальными методами, достигается относительно небольшим увеличением расхода материалов. В то же время значительное сокращение построечной трудоемкости этой конструкции обусловлено резким уменьшением объема опалубочных работ (плиту можно выполнять, по существу, вообще без опалубки), большим упрощением арматурных работ, возможностью выполнять бетонирование высокомеханизироилнными способами, например с помощью бетононасосов, и т. д.

Поэтому в целях уменьшения трудоемкости возведения более целесообразно применение безбалочных фундаментных плит. Естественно, что такой вывод должен определяться величиной действующих нагрузок. Он справедлив для сосредоточенных нагрузок от колонн в пределах 10 000—15 000 кН при расстоянии между колоннами до 9 м. В местах опирания колонн с большими сосредоточенными нагрузками рекомендуется выполнять банкеты (как бы опрокинутую капитель) либо, чтобы не осложнять опалубку, эту же задачу можно решить с помощью усиленного армирования плиты на участке опирания колонн.

Кроме того, излишнее уменьшение толщины плиты и соответст-иенно увеличение ее гибкости определенным образом влияют на работу каркаса здания, так как возникающие при этом неравномерные осадки плиты могут вызвать дополнительные изгибающие моменты в узлах и элементах каркаса.

Исследования показали, что влияние неравномерной осадки колонн в пределах до 1. 1000 пролета может не учитываться при расчете каркаса за счет перераспределения усилий, вследствие развития пластических деформаций. Следует подчеркнуть, что связевая система унифицированного каркаса с относительно малыми моментами защемления в узлах обладает значительной податливостью, и связи с чем не предъявляются чрезмерные требования к увеличению жесткости фундаментов.

В плитных фундаментах следует обращать внимание на конструкцию опирания связевых диафрагм, передающих на фундамент шачительные нагрузки с концентрацией усилий в краевых фибрах имафрагм. В этом случае полезно развивать сечение диафрагм в пределах подвала или нижнего этажа путем образования своего рода траверс, снижающих концентрацию усилий и распределяющих их более равномерно на плиту.

Фундаменты коробчатой конструкции типа примененных в вы-мггных зданиях (1948—1953 гг.) на первом этапе строительства клркасно-панельных зданий себя не оправдали. Опыт их возведения показал не только высокий расход бетона и стали по сравнению с плитными фундаментами для аналогичных нагрузок и типов каркаса, например здания гостиницы «Интурист», но и крайне пысокую трудоемкость.

Выбор метода расчета фундаментов на естественном основании. Теория и практика расчета фундаментов, лежащих на податливом iрунтовом основании, недостаточно разработана. Так, в действующих нормах вообще отсутствуют методы расчета фундаментов на \пругом основании. Сложность задачи заключается в том, что характер деформации грунтов под нагрузкой зависит от вида грун-|ов, размеров фундаментов, методов производства земляных ра-оот, характера напластования грунтов и других факторов. Кроме lino, деформация грунтов является процессом, протекающим в течение более или менее длительного времени, в связи с чем проис-,\одит перераспределение напряжений в грунте и в конструкциях Фундаментов. Все эти обстоятельства создают известную неопределенность в величине напряжений и в осадке грунтов в основании |даний.

Для расчета ленточных и плитных фундаментов применяются методы, основанные на теории расчета балок и плит на упругом <>сновании(()коэффициента постели (так называемый способ Винк-лера)(2)упругого полупространства(>Зупругого слоя. Каждый из этих методов расчета имеет свою область применения, в которой данный метод дает хорошую точность расчета.

Так, метод коэффициента постели дает хорошие результаты для грунтов, подстилаемых скальным основанием, расположенным на относительно небольшой глубине от подошвы фундаментов. Метод упругого слоя занимает промежуточное положение между методом коэффициента постели и методом расчета на упругом полупространстве.

Недостатком способа Винклера является неопределенность ве личины коэффициента постели, меняющегося в широких пределах. 11есмотря на это, метод может быть использован для практическо-го расчета гибких фундаментов, для чего   необходимо в   расчете принять такое значение коэффициента постели или такие его крайние пределы, которые близко соответствуют фактической работе конструкции. Здесь в значительной мере требуются искусство, интуиция и опыт проектировщика.

Рекомендовать для расчета способ Винклера можно также и по тем соображениям, что эта теория тщательно разработана, составлены многочисленные таблицы и графики, дающие возможность просто и с наименьшими затратами времени выполнить расчет плиты или балки.

В основу метода расчета с учетом упругого полупространства

положены предпосылки, что грунт представляет собой идеально

упругий, однородный по глубине, неограниченный массив, на кото

рый действует нагрузка от фундамента. Однако, как показали об

ширные экспериментальные исследования, а также теоретический

анализ, модель линейно деформируемого полупространства пере

оценивает влияние сцепления и внутреннего трения в грунте на

распределение реактивных давлений под подошвой фундамента и

его осадку и во многом противоречит фактической работе грунтово

го основания, в частности, усилия в фундаментах и величина осадки

получаются намного больше тех, которые фактически имеют место;

под концами фундаментов теоретические напряжения на грунт по

лучаются бесконечно большими (что и вызывает завышенные зна- ^

чения изгибающих моментов в фундаменте). Достаточно напом- !

нить, что в фундаментах первых высотных домов, рассчитанных по

этой теории, расход арматуры достигал 300 кг на 1 м3 бетона, по

этому применение этого метода должно быть ограничено в практи

ке проектирования

В частности, для оценки достоверности метода были измерены  осадки и прогибы фундаментных плит ряда многоэтажных зданий  в Москве и сопоставлены с расчетными данными. ПредставляютИ интерес полученные величины осадок. Осадки фундаментной пли-Я ты здания гостиницы на Смоленской площади при среднем давле-Я нии на основание 0,1 МПа составили 3—7 см, здания гостиницы  «Интурист» при давлении на основание 0,2 МПа—7—13 мм. Мак- Я симальные осадки отмечались в центральной части плиты, с уда- I лением от центра плит к их краям осадки уменьшаются. Эпюры I осадок плит с ростом нагрузок параллельно смещаются вниз, приближаясь к расчетным, полученным с использованием модели основания в виде слоя конечной толщины.

'Рассматриваемый метод является наиболее достоверным и поэтому его можно рекомендовать для расчета плитных и ленточных фундаментов. Он более прогрессивен по сравнению с гипотезой упругого полупространства и позволяет исключить (или снизить) излишние запасы прочности в конструкции фундаментов.

Недостатком модели упругого слоя является известная неопределенность в выборе модуля деформации грунта и глубины сжима-г]иой_толщи. Кроме того, применение этой модели в практических расчетах ограничивается из-за отсутствия разработанных таблиц.

В управлении Моспроект-1 за последние годы проведены работы по созданию простых, удобных в практическом применении способов расчета фундаментов различной конструкции с использованием таблиц, разработаны программы для расчета оснований и фундаментов на ЭВМ.

Интересная и результативная работа в этой области выполнена в Челябинском политехническом институте (В. И. Соломин) с участием Моспроекта-1. В результате проведенных исследований составлена программа расчета на ЭВМ фундаментных плит сложной конфигурации, лежащих на винклеровом основании, позволяющая учесть в расчете переменную жесткость плиты, влияние верхнего строения в виде диафрагм жесткости, а также неоднородность в плане коэффициентов жесткости основания. Задача решена вариационно-разностным методом. Алгоритм предусматривает автоматизированное формирование разностных уравнений для различных типов узлов. Эта программа может быть использована для расчета фундаментных плит зданий повышенной этажности, свайных ростверков, фундаментов в виде перекрестных лент и т. д.

Расчет фундаментов по прочности и раскрытию трещин производят по СНиП на соответствующие этим предельным состояниям наибольшие усилия, которые определяют по значениям нагрузок, коэффициентов перегрузок и коэффициентов сочетаний, а также с учетом влияния наиболее неблагоприятного распределения сжимаемости грунтового основания в плане. В фундаментах, как и в железобетонных конструкциях, к которым предъявляются требования .'5-й категории трещиностойкости, допускается ограниченное по ширине кратковременное и длительное раскрытие трещин. В условиях неагрессивной среды допускается предельная ширина раскрытия трещин: кратковременная — 0,4 мм, длительная — 0,3 мм.

Расчет фундамента по прочности состоит из расчета на продавливание и расчета нормальных сечений по изгибающим моментам либо на внецентренное растяжение или внецентренное сжатие.

Расчет фундамента на раскрытие трещин состоит из определения площади сечения продольной арматуры при предельно допустимой ширине раскрытия трещин.

Допускается не производить расчета по раскрытию наклонных трещин, если обеспечена прочность фундамента на продавливание.

Расчет плиты на продавливание колонной производят в предположении, что продавливание происходит по поверхности пирамиды, боковые грани которой наклонены под углом 45°. Верхним основанием пирамиды является площадь FB = albi передачи продавливающей силы, нижним — Fn=azb2, ограниченная боковыми гранями пирамиды и плоскостью расположения арматуры.

Статический расчет системы может быть выполнен также и по стандартным программам для расчета пространственных систем. В этом случае жесткость дискретных грунтовых опор определяют по формулам или по программе «ГРУНТ», реализуемой на ЭВМ «Минск-32».

Конструирование фундаментных плит. Толщину защитного слоя бетона для продольной арматуры фундаментов принимают не менее диаметра стержня, а для нижней арматуры — не менее 35 мм.

Защитный слой 35 мм предусматривает наличие по дну котлована бетонной подготовки толщиной 100 мм из бетона марки М 50  1 или М 100 и обмазочной гидроизоляции по верху подготовки. При глинистых грунтах на дно котлована предварительно укладывают и уплотняют слой песка или гравия. Эти мероприятия достаточны только при отсутствии напорных или агрессивных грунтовых вод.

Расстояние в свету между стержнями должно обеспечивать совместную работу арматуры с бетоном и назначается с учетом удобства укладки и уплотнения бетонной смеси. Должно быть обеспечено свободное прохождение наконечников штыковых вибраторов между арматурными стержнями.

Расстояние между осями стержней рекомендуется принимать по горизонтали не менее 100 мм и не более 300 мм (3 стержня на 1 м ширины).

Диаметры стержней продольной арматуры фундаментной плиты рекомендуется принимать не менее 16 мм.

Следует принимать на плиту не более трех и не менее двух различных диаметров стержней. Применение трех различных диаметров позволяет, как правило, удовлетворить требованиям расчета с существенно меньшим расходом стали, чем при двух различных диаметрах.

Различие в диаметрах стержней должно быть не менее 4 мм при диаметре 25 мм и не менее 8 мм — при диаметре 28 мм.

  Фундаменты. виды и технология производства. Строительство садового.

По материалам сайта: http://www.bibliotekar.ru