Конспект лекций для студентов дневной формы обучения специальности 092101 „Промышленное и гражданское строительств
Землетрясение
ис.1.1 – Внешние воздействия на здание
К силовым относят нагрузки от собственной массы элементов здания (постоянные нагрузки), массы оборудования, людей, снега, нагрузки от действия ветра (временные) и особые (сейсмические нагрузки, воздействия в результате аварии оборудования и т.п.).
К несиловым относят температурные воздействия (вызывают изменения линейных размеров конструкций), воздействия атмосферной и грунтовой влаги (вызывают изменение свойств материалов конструкций), движение воздуха (изменение микроклимата в помещении), воздействие лучистой энергии солнца (вызывают изменение физико-технических свойств материалов конструкций), воздействие агрессивных химических примесей, содержащихся в воздухе (могут привести к разрушению конструкций), биологические воздействия (вызываемые микроорганизмами или насекомыми, приводящие к разрушению конструкций), воздействие шума от источников внутри или вне здания, нарушающие нормальный акустический режим помещения.
С учетом указанных воздействий здание должно удовлетворять требованиям прочности, устойчивости и долговечности.
Прочностью здания называется способность воспринимать воздействия без разрушения и существенных остаточных деформаций.
Устойчивостью (жесткостью) здания называется способность сохранять равновесие при внешних воздействиях.
Долговечность означает прочность, устойчивость и сохранность как здания в целом, так и его элементов во времени.
- Современная механизированная штукатурка в Москве позволяет существенно ускорить процесс отделки стен и потолков в строительных проектах.
- С помощью современных механизированных систем штукатурки возможно достичь высокой точности и качества отделки, сократив при этом затраты на ручной труд и материалы.
- Механизированная штукатурка в Москве используется как в жилищном строительстве, так и в коммерческих проектах, позволяя создать эффективное решение для любого проекта отделки.
Строительные нормы и правила делят здания по долговечности на IV степени: I – срок службы более 100 лет; II – от 50 до 100 лет; III – от 20 до 50 лет; IV – от 5 до 20 лет.
Важным техническим требованием к зданиям является пожарная безопасность, которая означает комплекс мероприятий, уменьшающих возможность возникновения пожара и, следовательно, возгорания конструкций здания.
Применяемые для строительства материалы и конструкции делятся на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.
Конструкции здания характеризуются также пределом огнестойкости, т.е. сопротивлением воздействию огня (в часах) до потери прочности или устойчивости либо до образования сквозных трещин или повышения температуры на поверхности конструкции со стороны, противоположной действию огня, до 140 0 С (в среднем).
По огнестойкости здания разделяются на пять степеней в зависимости от степени возгорания и предела огнестойкости конструкций. Наибольшую огнестойкость имеют здания I степени, а наименьшую V степени. К зданиям I, II и III степеней огнестойкости относят каменные здания, к IV – деревянные оштукатуренные, к V – деревянные неоштукатуренные здания. В зданиях I и II степеней огнестойкости стены, опоры, перекрытия и перегородки несгораемые. В зданиях III степени огнестойкости стены и опоры несгораемые, а перекрытия и перегородки трудносгораемые. Деревянные здания IV и V степеней огнестойкости по противопожарным требованиям должны быть не более двух этажей.
^ Архитектурно-художественные качества здания определяются критериями красоты. Для этого здание должно быть удобным в функциональном и совершенным в техническом отношении. Для достижения необходимых архитектурно-художественных качеств используются такие средства, как композиция, масштабность и др.
При решении экономических требований должны быть обоснованы принимаемые размеры и форма помещений с учетом действительных потребностей населения.
Экономическая целесообразность решения технических задач предполагает обеспечение прочности и устойчивости здания, его долговечности. При этом необходимо, чтобы стоимость 1 м 2 площади или 1 м З объема здания не превышала установленного предела.
Снижение стоимости здания может быть достигнуто рациональной планировкой и недопущением излишеств при установлении площадей и объемов помещений, а также внутренней и наружной отделке; выбором наиболее оптимальных конструкций с учетом вида зданий и условий его эксплуатации; применением современных методов и приемов производства строительных работ с учетом достижений строительной науки и техники.
Здания в зависимости от назначения подразделяются на гражданские, промышленные и сельскохозяйственные.
К гражданским относят здания, предназначенные для обслуживания бытовых и общественных потребностей людей. Их разделяют на жилые (жилые дома, гостиницы, общежития и т. п.) и общественные (административные, торговые, коммунальные, спортивные, учебные, культурно-просветительные и др.).
Промышленными называются здания, сооруженные для размещения орудий производства и выполнения трудовых процессов, в результате которых получается промышленная продукция (здания цехов, электростанций, здания транспорта, склады и др.).
Сельскохозяйственными называются здания, обслуживающие потребности сельского хозяйства (здания для содержания скота, животных и птиц, теплицы, склады сельскохозяйственных продуктов и т.п.).
Перечисленные виды зданий отличаются по своему архитектурно-конструктивному решению и внешнему облику. В зависимости от материала стен здания условно делят на деревянные и каменные. По виду и размеру строительных конструкций различают здания из мелкоразмерных (кирпичные здания, деревянные из бревен, из мелких блоков) и крупноразмерных элементов (крупноблочные, панельные, из объемных блоков), монолитные.
По этажности здания делят на одно- и многоэтажные. В гражданском строительстве различают здания малоэтажные (1-3 этажа), многоэтажные (4-9 этажей) и повышенной этажности (10 этажей и более).
В зависимости от расположения этажи бывают надземные, цокольные, подвальные и мансардные (чердачные).
По степени распространения различают здания: массового строительства, возводимые повсеместно, как правило, по типовым проектам (школы, жилые дома, поликлиники, дошкольные учреждения, кинотеатры и др.); уникальные, особо важной общественной и народнохозяйственной значимости, возводимые по специальным проектам (театры, музеи, спортивные здания, административные учреждения и др.).
По функциональному назначению и особенностям эксплуатации общественные здания и сооружения могут быть разделены на специализированные и универсальные.
^ Специализированные общественные здания имеют определенное назначение, как правило, не изменяющееся в течение всего периода эксплуатации (школы, больницы театры и т.д.).
^ Универсальные общественные здания могут быть двух видов. К первому относятся здания многоцелевого назначения, в которых помещения в течение нескольких часов могут быть трансформированы для использования по другому назначению. Ко второму виду относятся здания, в которых можно периодически видоизменять размеры помещений и их группировку, а также оборудование, его расстановку в соответствии с совершенствованием функциональных процессов. Оба вида общественных зданий обеспечивают гибкую эффективную и экономичную эксплуатацию и отвечают современным формам общественной деятельности людей.
Особенностью эксплуатации универсальных общественных зданий с залами большой вместимости является их трансформация при изменении назначения в течение короткого времени (рис.1.2). Осуществление быстрой трансформации залов требует особых объемно-планировочных конструктивных решений, специального оборудования и механизации всех трудоемких процессов.
Рис.1.2 – Схема трансформации зала:
а – для тенниса или хоккея; б – для кинофильмов
Универсальные общественные здания второго вида используются для больших торговых предприятий, административных, проектных и других организаций. Функциональный процесс в них развивается, изменяется и совершенствуется, что вызывает необходимость периодической замены оборудования, видоизменения помещений и их группировки. Периодичность видоизменения для таких зданий различна (несколько месяцев или лет).
Периодическое видоизменение помещений в универсальных общественных зданиях достигается специальными объемно-планировочными и конструктивными решениями на основе использования укрупненных пролетов и шага несущих конструкций.
Контрольные вопросы
1. Какие основные требования, предъявляемые к зданиям?
2. Внешние воздействия, воспринимаемые зданием.
3. Пути снижения стоимости здания.
4. Классификация зданий.
5. Подразделение зданий в зависимости от их долговечности.
Глава 2. ИНДУСТРИАЛИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
2.1. Унификация, типизация и стандартизация
Сборные конструкции выполняют из различных материалов. Наибольшее применение в современном строительстве получил железобетон. Наряду со стальными крупноразмерными конструкциями в практике строительства все большее применение получают сборные конструкции из легких металлических сплавов, пластических масс и др.
Преимущество индустриальных методов массового строительства доказано практикой. Его технология основана на применении типовых сборных деталей и конструкций.
Типизацией называют отбор лучших с технической и экономической стороны решений отдельных конструкций и целых зданий, предназначенных для многократного применения в массовом строительстве.
Количество типов и размеров сборных деталей и конструкций для здания должно быть ограничено, так как изготовлять большое количество одинаковых изделий и вести их монтаж легче. Это позволяет также снизить стоимость строительства. Поэтому типизация сопровождается унификацией. которая предполагает приведение многообразных видов типовых деталей к небольшому числу определенных типов, единообразных по форме и размерам. При этом в массовом строительстве унифицируют не только размеры деталей и конструкций, но и основные их свойства (например, несущую способность для плит, тепло- и звукоизоляционные свойства для панелей ограждения). Унификация деталей должна обеспечивать их взаимозаменяемость и универсальность.
Под взаимозаменяемостью понимается возможность замены данного изделия другим без изменения параметров здания. Например, взаимозаменяемы плиты покрытия шириной 3000 и 1500 мм, так как вместо одной широкой плиты можно уложить две узкие. Возможна взаимозаменяемость по материалу и конструктивному решению тех или иных изделий.
Универсальность позволяет применять один и тот же типоразмер деталей для различных видов зданий. Стандартизируют наиболее совершенные типовые детали и конструкции, предложенные проектными организациями и проверенные в практике строительства, после чего они становятся обязательными для применения в проектировании и для заводского изготовления.
При разработке проектов зданий используют конструкции, изделия и детали, сведенные в каталоги, которые периодически обновляют с учетом возросшего уровня строительной науки и техники. Поскольку основные размеры строительных конструкций и деталей определяются объемно-планировочными решениями зданий, унификация их базируется на унификации объемно-планировочных параметров зданий, которыми являются шаг, пролет и высота этажа.
Шагом (рис.2.1)при проектировании плана здания является расстояние между координационными осями, которые расчленяют здание на планировочные элементы или определяют расположение вертикальных несущих конструкций здания (стен, колонн, столбов). В зависимости от направления в плане здания шаг может быть поперечный или продольный.
Пролетом (рис.2.1) в плане называют расстояние между координационными осями несущих стен или отдельных опор в направлении, соответствующем длине основной несущей конструкции перекрытия или покрытия.
В большинстве случаев шаг представляет собой меньшее расстояние между осями, а пролет – большее. Координационные оси здания для удобства применения маркируют, т.е. обозначают в одном направлении (более протяженном) цифрами, а в другом – заглавными буквами.
Рис.2.1. Схема расположения координационных
осей в плане здания:
В – шаг; L – пролет
^ Высотой этажа является расстояние по вертикали от уровня пола нижерасположенного этажа до уровня пола вышележащего этажа, а в верхних этажах и одноэтажных зданиях – до верха отметки чердачного перекрытия.
Использование в проектах единого или ограниченного числа размеров шагов, пролетов и высот этажей дает возможность применять ограниченное число типоразмеров деталей. Таким образом, унификация объемно-планировочных решений зданий является непременным требованием для унификации строительных изделий.
^ 2.2. Единая модульная система
Унификация объемно-планировочных параметров зданий и размеров конструкций и строительных изделий осуществляется на основе Единой модульной системы (ЕМС), т.е. совокупности правил координации размеров зданий и их элементов на основе кратности этих размеров установленной единице, т.е. модулю. В качестве основного модуля (М) принята величина 100 мм. Все размеры здания, имеющие значение для унификации, должны быть кратны М. Для повышения степени унификации приняты производные модули (ПМ) укрупненные и дробные. Укрупненные модули 6000, 3000, 1500, 1200, 600, 300, 200 мм, обозначаемые соответственно 60М, 30М, 15М, 12М, 6М, 3М, 2М, предусмотрены для назначения размеров объемно-планировочных элементов здания и крупных конструкций. Дробные модули 50, 20, 10, 5, 2, 1 мм, обозначаемые соответственно 1/2М, 1/5М, 1/10М, 1/20М, 1/50М, 1/100М, служат для назначения размеров относительно небольших сечений конструктивных элементов, толщины плитных и листовых материалов.
ЕМС предусматривает три вида размеров: номинальные, конструктивные и натурные (рис.2.2).
Номинальный – проектный размер между координационными осями здания, а также размер конструктивных элементов и строительных изделий между их условными гранями (с включением примыкающих частей швов или зазоров). Этот размер всегда назначают кратным модулю.
Рис.2.2 – Размеры конструктивных элементов:
а – номинальный и конструктивный; б – натурный или фактический; 1 – конструктивные элементы; 2 – зазор
Конструктивный – проектный размер изделия, отличающийся от номинального размера на величину конструктивного зазора.
Натурный – фактический размер изделия, отличающийся от конструктивного на величину, определяемую допуском (положительным и отрицательным), значение которого зависит от установленного класса точности изготовления детали и регламентировано для каждого из них.
Контрольные вопросы
Что такое типизация и унификация?
Что такое Е М С?
Основные виды размеров и их оценка.
Р А З Д Е Л II
^ ГРАЖДАНСКИЕ ЗДАНИЯ И ИХ КОНСТРУКЦИИ
Глава 3. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ
3.1. Конструктивные элементы зданий
Основные конструктивные элементы гражданских зданий – это фундаменты, стены, перекрытия, отдельные опоры, крыши, лестницы, окна, двери и перегородки (рис.3.1).
Фундаменты являются подземной конструкцией, воспринимающей всю нагрузку от здания и передающей ее на грунт.
Стены по своему назначению и месту расположения в здании делятся на наружные и внутренние и являются вертикальными ограждениями и одновременно выполняют несущие функции. В зависимости от этого они делятся на несущие и ненесущие. Несущими могут быть как наружные, так и внутренние стены. Ненесущие стены - это обычно перегородки. Они служат для деления в пределах этажа больших, ограниченных капитальными стенами помещений на более мелкие, причем для опирания перегородок не требуется устройство фундаментов.
Наружные стены, кроме того, могут быть самонесущими, которые опираются на фундаменты и несут нагрузку только от собственной массы, и навесными, которые являются только ограждениями и опираются в каждом этаже на другие элементы здания.
^ Отдельные опоры – это несущие вертикальные элементы (колонны, столбы, стойки), передающие нагрузку от перекрытий и других элементов здания на фундаменты. Перекрытия опираются на уложенные по колоннам специальные балки, называемые прогонами или ригелями, а иногда и непосредственно на колонны.
Рис.3.1 – Основные конструктивные элементы здания с кирпичными несущими стенами:
1 – подошва; 2 – подвальное перекрытие; 3 – фундаменты; 4 – потолок; 5 – нижнее перекрытие; 6 – подполье; 7 – перегородка; 8 – нагрузка от собственной массы, людей и оборудования; 9 – междуэтажное перекрытие; 10 – продольная внутренняя стена; 11 – стена; 12 – оконный проем; 13 – карниз; 14 – чердачное перекрытие; 15 – чердак; 16 – стропильная балка; 17 – кровля; 18 – дымовая труба; 19 – зонт; 20 – коньковый прогон; 21 – подкос; 22 – стойка; 23 – конек; 24 – слуховое окно; 25 – снег; 26 – карниз; 27 – мауэрлат; 28 – оконный переплет; 29 – дверное полотно; 30 – крыльцо; 31 – цоколь; 32 – подвал; 33 – грунтовая влага
Расположенные внутри здания отдельные опоры и балки образуют внутренний каркас здания.
Перекрытия представляют собой горизонтальные несущие конструкции, опирающиеся на несущие стены или столбы и воспринимающие передаваемые на них постоянные и временные нагрузки. Одновременно перекрытия, связывая между собой стены, значительно повышают их устойчивость и увеличивают пространственную жесткость здания в целом. В зависимости от месторасположения в здании перекрытия делятся на междуэтажные (разделяющие смежные этажи), чердачные (между верхним этажом и чердаком), подвальные (между первым этажом и подвалом) и нижние (между первым этажом и подпольем).
Крыша является конструктивным элементом, защищающим помещения и конструкции здания от атмосферных осадков. Она состоит из несущих элементов и ограждающей части. Крыша, совмещенная с перекрытием верхнего этажа, т.е. без технического этажа (или чердака), называется совмещенной крышей или покрытием. Хорошо выполненные плоские совмещенные крыши дешевле скатных как в строительстве, так и в эксплуатации. Кроме того, плоские крыши можно использовать в качестве площадок для отдыха и других целей.
Лестницы служат для сообщения между этажами, а также для эвакуации людей из здания. Помещения, в которых располагаются лестницы, называются лестничными клетками. Конструкции лестниц в основном состоят из маршей (наклонных элементов со ступенями) и площадок. Для безопасности передвижения по лестницам марши ограждаются перилами.
^ Окна устраивают для освещения и проветривания помещений; они состоят из оконных проемов, рам или коробок и оконных переплетов.
Двери служат для сообщения между помещениями. Состоят из дверных проемов, устраиваемых в стенах и перегородках, дверных коробок и дверных полотен.
В гражданских зданиях могут быть и другие конструктивные элементы (входные тамбуры, козырьки над дверьми, балконы, лоджии и др.).
Для обеспечения необходимых эксплуатационных и санитарно-гигиенических условий современное гражданское здание оборудуется санитарно-техническими и инженерными устройствами. К ним относятся отопление, горячее и холодное водоснабжение, вентиляция, канализация, мусороудаление, газификация, энергоснабжение, телефонизация и др. Оборудование ими зданий рассматривается в специальных курсах.
^ 3.2. Конструктивные схемы зданий
Фундаменты, стены, отдельные опоры и перекрытия – основные несущие элементы здания. Они образуют остов здания – пространственную систему вертикальных и горизонтальных несущих элементов.
Остов определяет так называемую конструктивную схему здания. В зависимости от характера опирания горизонтальных несущих элементов (перекрытий) на вертикальные несущие элементы (стены, отдельные опоры и балки между ними) различают следующие конструктивные схемы гражданских зданий (рис.3.2): бескаркасные с несущими продольными стенами; с несущими поперечными стенами; с неполным каркасом; с полным каркасом.
Рис.3.2 – Конструктивные схемы зданий:
^ 1 – внутренняя продольная стена; 2 – внутренние поперечные стены;
3 – панели перекрытий; 4 – столбы и прогоны; 5 – прогоны (или распорки);
6 – стойки каркаса; 7 – ненесущие наружные стены
В зданиях с несущими продольными стенами (рис.3.2, а ) последние устраивают из тяжелых материалов, имеющих надлежащую прочность. Кроме того, наружные стены должны также удовлетворять теплозащитным требованиям. По такой конструктивной схеме строят кирпичные и крупноблочные дома.
Устойчивость такой конструктивной схемы в поперечном направлении обеспечивается специально устраиваемыми поперечными стенами, которые не несут нагрузки от перекрытия. Такие поперечные стены возводятся лишь для ограждения лестничных клеток и в местах, где они нужны для придания устойчивости наружным стенам. Применение указанной конструктивной схемы дает большие возможности для решения планировки помещений или, другими словами, имеется большая свобода в решении планировочных вопросов. Кроме того, при данной конструктивной схеме требуется меньшее число типоразмеров сборных изделий.
В зданиях с поперечными несущими стенами (рис.3.2, б ) обеспечивается большая жесткость системы, однако увеличивается общая протяженность несущих внутренних стен. Тем не менее такое решение в ряде случаев является рациональным, так как при этом к конструкциям наружных продольных стен предъявляются только теплозащитные требования и для их устройства можно использовать легкие эффективные материалы.
Кроме того, иногда применяется смешанный вариант, при котором опорами для перекрытий служат как продольные, так и поперечные стены.
Если вместо внутренних продольных и поперечных стен устраивается система столбов с опирающимися на них горизонтальными балками (прогонами), на которые, в свою очередь, опираются перекрытия, то такая схема соответствует зданию с неполным каркасом (скелет) (рис.3.2, в. г ).
Если же вместо несущих наружных стен применены столбы, образующие вместе с внутренними столбами и балками (прогонами) как бы скелет здания, то такая конструктивная схема определяет здания с полным каркасом (рис.3.2, д ). В этом случае наружные стены выполняют только ограждающие функции и могут быть самонесущими или навесными. Самонесущие стены опираются на фундаменты или фундаментные балки и не воспринимают никаких нагрузок, кроме собственной массы. Навесные стены опираются на горизонтальные элементы на уровне каждого этажа.
По характеру работы каркасы бывают рамные, связевые и рамно-связевые. Столбы и балки рамного каркаса (рис.3.3, а ) соединяются между собой жесткими узлами, образуя поперечные и продольные рамы, воспринимающие все действующие вертикальные и горизонтальные нагрузки. В зданиях со связевым каркасом (рис.3.3, б ) узлы между столбами и балками нежесткие, поэтому для восприятия горизонтальных нагрузок необходимы дополнительные связи. Роль этих связей выполняют чаще всего перекрытия, образующие диафрагмы и передающие горизонтальные нагрузки на жесткие вертикальные диафрагмы (стены лестничных клеток, железобетонные перегородки, шахты лифтов и др.). В практике строительства находят применение здания с комбинированным типом каркаса, который называют рамно-связевым. В нем в одном направлении ставят рамы, а в другом - связи. В гражданском строительстве наибольшее распространение получили здания со связевыми каркасами.
Необходимо отметить, что применение каркасной конструктивной схемы наиболее выгодно для строительства крупнопанельных высотных жилых и общественных зданий.
Материалом для конструкций каркаса являются железобетон, сталь, а для малоэтажных зданий столбы нередко выкладывают из кирпича. Для деревянных зданий каркас также выполняют из дерева.
Рис.3.3. Схемы каркасов здания:
1 – элемент каркаса; 2 – жесткие узлы; 3 – горизонтальные диафрагмы; 4 – вертикальные поперечные и продольные диафрагмы
Широкое распространение получает монолитное строительство, строительство зданий из объемных элементов (блок-коробок), в которых остов здания образуется коробчатыми элементами заводского изготовления.
Контрольные вопросы
Какие основные конструктивные элементы здания?
Какие конструкции определяют конструктивную схему здания?
Основные преимущества конструктивной схемы с продольными несущими стенами.
Какие основные типы каркасов здания?
Какие виды стен по характеру работы применяют в каркасных зданиях?
Глава 4. ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ
^ 4.1. Понятие об основаниях и требования к ним
Основанием называется массив грунта, расположенный под фундаментом и воспринимающий нагрузку от здания. Основания бывают двух видов: естественные и искусственные.
Естественным основанием называют грунт, залегающий под фундаментом и способный в своем природном состоянии выдержать нагрузку от возведенного здания.
Искусственным основанием называют искусственно уплотненный или упрочненный грунт, который в природном состоянии не обладает достаточной несущей способностью по глубине заложения фундамента.
Действующие нагрузки деформируют основания, вызывая осадку здания.
В соответствии с изложенным грунты, составляющие основание, должны отвечать следующим требованиям: обладать достаточной несущей способностью, а также малой и равномерной сжимаемостью (большие и неравномерные осадки здания могут привести к его повреждению и даже разрушению); не быть пучинистыми, т.е. иметь свойство увеличения объема при замерзании влаги в порах грунта (в соответствии с этим требованием выбирают глубину заложения фундамента, которая должна быть согласована с глубиной промерзания грунта в районе строительства), не размываться и не растворяться грунтовыми водами, что также приводит к снижению прочности основания и появлению непредусмотренных осадок здания; не допускать просадок и оползней.
Просадки могут произойти при недостаточной мощности слоя грунта, принятого за основание, если под ним располагается грунт, имеющий меньшую прочность (более слабый грунт). Оползни грунта могут произойти при наклонном расположении пластов грунта, ограниченных крутым рельефом местности.
Главное внимание при проектировании уделяется вопросу обеспечения равномерности осадок. При этом необходимо прежде всего учитывать, что нагрузка от здания может вызвать разрушение основания при его недостаточной несущей способности. С другой стороны, основание может и не разрушиться, но осадка здания окажется столь неравномерной, что в стенах здания появятся трещины, а в конструкциях возникнут усилия, способные привести к аварийному состоянию всего здания или его части.
Грунтовые воды оказывают значительное влияние на структуру, физическое состояние и механические свойства грунтов, снижая несущую способность основания.
Если в грунте содержатся легко растворимые в воде вещества (например, гипс), возможно его выщелачивание, что влечет за собой увеличение пористости основания и снижение его несущей способности. Для этого в необходимых случаях снижают уровень грунтовых вод. В случаях, когда скорость движения грунтовых вод такая, что возможно вымывание частиц мелкозернистых грунтов, необходимо применять меры по защите основания. Для этого устраивают вокруг здания специальное шпунтовое ограждение или дренаж.
Каковы же основные виды грунтов и их свойства? Грунты разнообразны по составу, структуре и характеру залегания. Принята следующая строительная классификация грунтов:
Скальные – залегают в виде сплошного массива (граниты, кварциты, песчаники и т.д.) или трещиноватого слоя. Они водоустойчивы, несжимаемы и при отсутствии трещин и пустот являются наиболее прочными и надежными основаниями. Трещиноватые слои скальных грунтов менее прочны.
Крупнообломочные – несвязные обломки скальных пород с преобладанием обломков размером более 2 мм (свыше 50%). К ним можно отнести гравий, щебень, гальку, дресву. Эти грунты являются хорошим основанием, если под ними расположен плотный слой.
Песчаные – состоят из частиц крупностью от 0,1 до 2 мм. В зависимости от крупности частиц пески разделяют на гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые. Чем крупнее и чище пески, тем большую нагрузку может выдержать слой основания из него. Сжимаемость плотного песка невелика, но скорость уплотнения под нагрузкой значительна, поэтому осадка сооружений на таких основаниях быстро прекращается. Пески не обладают свойством пластичности.
Частицы грунта крупностью от 0,05 до 0,005 мм называют пылеватыми. Если в песке таких частиц от 15 до 50 %, то их относят к категории пылеватых. Когда в грунте пылеватых частиц больше, чем песчаных, грунт называют пылеватым.
Глинистые – связные грунты, состоящие из частиц крупностью менее 0,005 мм, имеющих в основном чешуйчатую форму. В отличие от песков глины имеют тонкие капилляры и большую удельную поверхность соприкосновения между частицами. Так как поры глинистых грунтов в большинстве случаев заполнены водой, то при промерзании глины происходит ее пучение. Несущая способность глинистых оснований зависит от влажности. Сухая глина может выдерживать довольно большую нагрузку. Глинистые грунты делятся на глины (с содержанием глинистых частиц более 30%), суглинки (10-30%) и супеси (3-10%).
Лессовые (макропористые) – глинистые грунты с содержанием большого количества пылеватых частиц и наличием крупных пор (макропор) в виде вертикальных трубочек, видимых невооруженным глазом. Эти грунты в сухом состоянии обладают достаточной прочностью, но при увлажнении способны давать под нагрузкой большие осадки. Они относятся к просадочным грунтам и при возведении на них зданий требуют надлежащей защиты оснований от увлажнения. С органическими примесями (растительный грунт, ил, торф, болотный торф) они неоднородны по своему составу, рыхлы, обладают значительной сжимаемостью. В качестве естественных оснований под здания непригодны.
Насыпные – образовавшиеся искусственно при засыпке оврагов, прудов, мест свалки и т.п. Обладают свойством неравномерной сжимаемости, в большинстве случаев их нельзя использовать в качестве естественных оснований под здания. В практике встречаются также намывные грунты, образовавшиеся в результате очистки рек и озер. Эти грунты называют рефулированными насыпными грунтами. Они являются хорошим основанием для зданий.
Плывуны – образуются мелкими с илистыми и глинистыми примесями, насыщенными водой. Они непригодны как естественные основания. Основания должны обеспечивать пространственную жесткость и устойчивость здания, поэтому нормами предусмотрены допустимые величины осадок здания (80-150 мм в зависимости от вида здания).
Обычно производят тщательные геологические и гидрогеологические исследования грунтов с тем, чтобы определить их физические и механические свойства, а также принять соответствующее решение о конструкциях здания. С этой целью определяют вид и мощность отдельных пластов грунта. В зависимости от этажности здания и местных условий глубина исследования колеблется от 6 до 15 м и более.
Исследование, или разведку грунтов производят путем бурения или шурфования и лабораторными анализами образцов пластов грунта. Если в зоне фундаментов обнаружены грунтовые воды, то необходимо провести их химический анализ, так как эти воды могут быть агрессивными и оказывать разрушающее воздействие на материал фундаментов.
Результаты геологических и гидрологических исследований заносят в специальные журналы, после чего составляют чертежи вертикальных разрезов (колонок) буровых скважин или шурфов и по ним - геологического профиля грунтового массива с указанием полных характеристик пластов грунта и положения грунтовых вод, что дает основание для принятия необходимых решений.
Если грунт на участке строительства не удовлетворяет предъявляемым требованиям, а здание необходимо возводить именно в этом месте, то устраиваются искусственные основания. Такие основания при возведении зданий на слабых грунтах устраивают путем их искусственного упрочнения или заменой слабого грунта более прочным. Упрочнение грунта может быть осуществлено следующими способами:
Уплотнением – пневматическими трамбовками (иногда с втрамбованием щебня или гравия) или трамбовочными плитами массой от 2 до 4 т, который имеют вид усеченного конуса с диаметром основания не менее 1 м (из железобетона, стали или чугуна). Этот способ применяют в случае, если грунты недостаточно плотные, а также при насыпных грунтах. Для уплотнения больших площадей применяют катки массой 10-15 т. Если грунты песчаные или пылеватые, то для их уплотнения применяют также поверхностные вибраторы. Необходимо отметить, что этот метод является более эффективным, так как грунт уплотняется быстрее.
Силикатизацией – для закрепления песков, пылеватых песков (плывунов) и лессовых грунтов. Для этого в песчаный грунт поочередно нагнетают растворы жидкого стекла и хлористого кальция, для закрепления пылеватых песков - раствор жидкого стекла, смешанного с раствором фосфорной кислоты, а для закрепления лессов - только раствор жидкого стекла. В результате нагнетания указанных растворов грунт по истечении определенного времени каменеет и имеет значительно большую несущую способность.
Цементацией – путем нагнетания в грунт по трубам жидкого цементного раствора или цементного молока, которые, затвердевая в порах грунта, придают ему камневидную структуру. Цементация применяется для укрепления гравелистых, крупных и среднезернистых песков.
Обжигом (термическим способом) – путем сжигания горючих продуктов, подаваемых в специально устраиваемые скважины под давлением. Этот способ применяют для укрепления лессовых просадочных грунтов.
Если уплотнить или закрепить грунт затруднительно, слой слабого грунта заменяют более прочным. Замененный слой грунта называют подушкой. При небольшой нагрузке на основание применяют песчаные подушки из крупного или средней крупности песка. Толщина подушки должна быть такой, чтобы давление на нижележащий слабый слой грунта не превышало его нормативного сопротивления.
^ 4.2. Фундаменты и их конструктивные решения
Фундаменты являются важным конструктивным элементом здания, воспринимающим нагрузку от надземных его частей и передающим ее на основание. Фундаменты должны удовлетворять требованиям прочности, устойчивости, долговечности, технологичности устройства и экономичности.
Верхняя плоскость фундамента, на которой располагаются надземные части здания, называется поверхностью фундамента или обрезом, а нижняя его плоскость, непосредственно соприкасающаяся с основанием, – подошвой.
Расстояние от спланированной поверхности грунта до уровня подошвы называется глубиной заложении фундамента, которая должна соответствовать глубине залегания слоя основания. При этом необходимо также учитывать глубину промерзания грунта (рис.4.1). Если основание состоит из влажного мелкозернистого грунта (песка мелкого или пылеватого, супеси, суглинка или глины), то подошву фундамента нужно располагать не выше уровня промерзания грунта.
Глубина заложения фундаментов под внутренние стены отапливаемых зданий не зависит от глубины промерзания грунта; ее назначают не менее 0,5 м от уровня земли или пола подвала. На рис.4.1 приведены изолинии нормативных глубин промерзания суглинистых грунтов.
В непучинистых грунтах (крупнообломочных, а также песках гравелистых, крупных и средней крупности) глубина заложения фундаментов также не зависит от глубины промерзания, однако она должна быть не менее 0,5 м, считая от природного уровня грунта при планировке подсыпкой и от планировочной отметки при планировке участка срезкой.
Рис.4.1 – Определение глубины заложения фундаментов:
а – схема: 1 – подошва фундамента; 2 – тело фундамента; 3 – отметка глубины заложения фундамента; 4 – отметка глубины промерзания грунта; 5 – отметка уровня грунтовых вод; 6 – планировочная отметка; 7 – стена; 8 – уровень пола I этажа; 9 – обрез фундамента; h ф – глубина заложения фундамента; b – ширина подошвы фундамента; б – карта нормативных глубин промерзания суглинистых грунтов
По конструктивной схеме фундаменты могут быть: ленточные, располагаемые по всей длине стен или в виде сплошной ленты под рядами колонн (рис.4.2, а. б ); столбчатые, устраиваемые под отдельно стоящие опоры (колонны или столбы), а в ряде случаев и под стены (рис.4.2, в. г ); сплошные, представляющие собой монолитную плиту под всей площадью здания или его частью и применяемые при особо больших нагрузках на стены или отдельные опоры, а также недостаточно прочных грунтах в основании (рис.4.2, д. е ); свайные в виде отдельных погруженных в грунт стержней с целью передачи через них на основание нагрузок от здания (рис.4.2, ж ).
Рис.4.2 – Конструктивные схемы фундаментов:
а – ленточный под стены; б – то же под колонны; в – столбчатый под стены; г – отдельный под колонну; д – сплошной безбалочный; е – сплошной балочный; ж – свайный; 1 – стена; 2 – ленточный фундамент; 3 – железобетонная колонна; 4 – железобетонная фундаментная балка; 5 – столбчатый фундамент; 6 – ростверк свайного фундамента; 7 – железобетонная фундаментная плита; 8 – сваи
По характеру работы под действием нагрузки фундаменты различают жесткие, материал которых работает преимущественно на сжатие и в которых не возникают деформации изгиба, и гибкие, работающие преимущественно на изгиб. Для устройства жестких фундаментов применяют кладку из природного камня неправильной формы (бутового камня или бутовой плиты), бутобетона и бетона. Для гибких фундаментов используют в основном железобетон.
^ Ленточные фундаменты. По очертанию в профиле ленточный фундамент под стену в простейшем случае представляет собой прямоугольник. Его ширину устанавливают немного больше толщины стены, предусматривая с каждой стороны небольшие уступы по 50- 150 мм. Однако прямоугольное сечение фундамента на высоте допустимо лишь при небольших нагрузках на фундамент и достаточно высокой несущей способности грунта.
По способу устройства ленточные фундаменты бывают монолитные и сборные.
Монолитные фундаменты устраивают бутовые, бутобетонные, бетонные и железобетонные (рис.4.3). Ширина бутовых фундаментов должна быть не менее 0,6 м для кладки из рваного бута и 0,5 м – из бутовой плиты. Высота ступеней в бутовых фундаментах составляет обычно около 0,5 м, ширина – от 0,15 до 0,25 м.
Устройство монолитных бутобетонных, бетонных и железобетонных фундаментов требует проведения опалубочных работ. Кладку бутовых фундаментов производят на сложном или цементном растворе с обязательной перевязкой (несовпадением) вертикальных швов (промежутков между камнями, заполняемых раствором).
Рис.4.3 – Ленточные монолитные фундаменты
под кирпичную стену:
а – бутовый фундамент; б – бутобетонный
Монолитные бутовые фундаменты не отвечают требованиям современного строительства, для их устройства трудно механизировать работы. Бутовые и бутобетонные фундаменты являются трудоемкими при возведении и поэтому применяются в основном в районах, где бутовый камень является местным материалом.
Более эффективными являются бетонные и железобетонные фундаменты из сборных элементов заводского изготовления (рис.4.4), которые в настоящее время имеют наибольшее распространение. При их устройстве трудовые затраты на строительство уменьшаются вдвое. Их можно возводить и в зимних условиях без устройства обогрева.
Сборные ленточные фундаменты под стены состоят из фундаментных блоков-подушек и стеновых фундаментных блоков. Фундаментные подушки укладывают непосредственно на основание при песчаных грунтах или на песчаную подготовку толщиной 100-150 мм, которая должна быть тщательно утрамбована.
Фундаментные бетонные блоки укладывают на растворе с обязательной перевязкой вертикальных швов, толщина которых принимается равной 20 мм (рис.4.5). Вертикальные колодцы, образующиеся торцами блоков, тщательно заполняют раствором. Связь между блоками продольных и угловых стен обеспечивается перевязкой блоков и закладкой в горизонтальные швы арматурных сеток из стали диаметром 6-10 мм.
По материалам сайта: http://zavantag.com