Виды монолитных и сборных жб фундаментов. Классификация фундаментов

9 Фундаменты, так же как и перекрытия, являются неотъемлемой частью любого здания. В подавляющем большинстве случаев их выполняют из железобетона. Они передают нагрузку от опирающихся на них колонн или стен на основание. Фундаменты бывают трех типов: отдельные — под каждой колонной (рис. 10.1, а), ленточ­ные— под рядами колонн в одном или двух направлени­ях (см. рис. 10.5), а также под стенами (рис. 10.1,6), сплошные — под всем сооружением (рис. 10.1, в). Тип фундамента выбирают из сопоставления их стоимости, расхода материалов и трудовых затрат с учетом эксплуа­тационных и конструктивных требований. Отдельные фундаменты устраивают при относительно небольших нагрузках, хороших грунтах и достаточно редком распо­ложении колонн. При больших нагрузках и относительно слабых грунтах делают ленточные фундаменты. Послед­ние особенно целесообразны при неоднородных грунтах и различных по величине нагрузках. Если несущая спо­собность ленточных фундаментов недостаточна, то уст­раивают сплошные фундаменты.

Отдельные фундаменты

Ц Центрально-нагруженные фундаменты. Эти фунда­менты проектируют квадратными в плане.

®По форме они могут быть ступенчатыми (рис. 10.2, а) или пирамидальными (рис. 10.2,6). Последние экономичнее по расходу материалов, но сложнее в изго­товлении и применяются реже.

Обычно фундаменты проектируют так, чтобы нулевой цикл строительных работ мог быть закончен до монтажа колонн и произведена обратная засыпка грунта. Для этого верх фундамента располагают на 15см ниже уров­ня чистого пола. Устанавливают фундаменты на естест­венный грунт, бетонную, щебеночную или песчаную под­готовку толщиной 10 см.

По способу изготовления различают фундаменты сборные и монолитные. В большинстве случаев применя­ют монолитные фундаменты. Сборные устраивают, когда они невелики по размерам, в сложных геологических или суровых зимних условиях, а также когда применение их сокращает сроки строительства и дает экономию. Моно­литные фундаменты выполняют из бетона классов В 12,5... В15, сборные — В15...В20. Центрально-нагруженные фундаменты армируют сварными сетками классов А-П, А-1П с одинаковой арматурой в двух направлениях. Шаг стержней обычно принимают 150...200 мм, диаметр — не менее 10 мм. Минимальная толщина защитного слоя при возведении монолитного фундамента на бетонной подго­товке — 35 мм, при ее отсутствии — 70 мм, для сборных фундаментов — 30 мм.

Сборные фундаменты проектируют под сборные ко­лонны, монолитные фундаменты — как под сборные, так и под монолитные. Сборные колонны жестко заделывают в специальные гнезда—стаканы, оставляемые в фунда­менте при бетонировании (рис. 10.2, а, б). Закрепление колонн в стакане осуществляют посредством заливки це­ментного раствора между стенкой и колонной. Для же-сткого соединения монолитных колонн с фундаментами из последних выпускают арматуру с площадью сечения, рав­ной расчетной площади арматуры колонны у обреза фун­дамента (рис. 10.2, в). Выпуски арматуры фундамента стыкуют с арматурой колонны дуговой сваркой или вна­хлестку, без сварки. Стыки устраивают выше уровня по­ла. В пределах фундамента выпуски арматуры соединяют в каркасы хомутами и доводят до бетонной подготовки. Расчет фундамента состоит из двух частей: расчета основания (определяют форму и размеры подошвы) и те-ла фундамента (высоту фундамента, размеры его ступе­ней и сечения арматуры).

. Ленточные фундаменты

Ленточные фундаменты устраивают под сплошные стены (см. рис. 10.1,6) и под рядами колонн в виде от­дельных (рис. 10.5, б) или перекрестных лент (рис. 10.5, а).

3 Ленточные фундаменты под стенами. Их обычно делают сборными, собираемыми из отдельных блоков-подушек, на которые опираются фундаментные блоки. Блоки-подушки могут быть сплошные — прямоугольного и трапециевидного профилей, ребристые и пустотные. Наибольшее распространение получили сплошные блоки трапециевидного профиля. Они имеют простую геометри­ческую форму, армируются понизу одной сеткой и поэто­му более просты в изготовлении, чем блоки других типов. Блоки-подушки укладывают вплотную и с зазором. Шири­ну их определяют из расчета основания — делением нор­мативной нагрузки на сопротивление грунта. Расчет прочности подушки производят только в поперечном на­правлении, рассматривая выступы как консоли, загру­женные реактивным давлением грунта р(без учета мас­сы подушки и грунта на ней). Площадь арматуры под-бирается по моменту М=р1²/2, где / — вылет консоли (см. рис. 10.1, б).

Толщину сплошной подушки Н назначают из условия воспринятия поперечной силы С?=р/ одним бетоном (без поперечного армирования), принимая ее не менее 200 мм. в Ленточные фундаменты под рядами колонн (рис. 10.5,и, б). Их выполняют обычно монолитными, тавро­вого сечения с полкой понизу. В продольном направлении отдельная лента работает на изгиб, как балка, находя­щаяся под воздействием, сосредоточенных нагрузок от_ колонн и отпора грунта снизу. Ребра армируют подобно неразрезным балкам. Продольную арматуру определяют расчетом прочности нормальных сечений на изгибающий момент, поперечную— расчетом наклонных сечений на поперечную силу. Фундаменты армируют сварными или вязаными каркасами. При армировании сварными кар­касами в ребре должно быть не менее двух каркасов при 6<400 мм, не менее трех — при 6 = 400...800 мм и не ме­нее четырех—при 6>800мм. Плоские каркасы объединя­ют в пространственные. Для этого к верхним продольным стержням приваривают соединительные стержни или на них укладывают сварные сетки.

Поскольку в процессе возведения и эксплуатации со­оружения возможно неравномерное загружение фунда­мента и его неравномерная осадка, в ребрах укладывают непрерывную продольную верхнюю и нижнюю арматуру в количестве р,=0,2...0,4 %.

Свесы полок тавра работают под воздействием отпора грунта как консоли, защемлённые в ребре. Толщину пол­ки назначают из условия, чтобы в ней не требовалась ар­матура для воспринятия поперечной силы. Для армиро­вания полок целесообразно применять сварные сетки с рабочей арматурой в двух направлениях/При этом по­перечные стержни используют как арматуру полки, а продольные включают в площадь нижней рабочей ар­матуры.

При расчете фундаментные ленты большого попереч­ного сечения и сравнительно малой длины при небольших расстояниях между колоннами можно считать абсолют­но жесткими, поскольку деформации конструкции малы по сравнению с деформациями основания. Распределение давления по подошве таких фундаментов можно прибли­женно принимать по линейному закону.

Абсолютно жесткий ленточный фундамент рассчиты-вают как статически неопределимую балку, на которую сверху действует нагрузка от колонн, а снизу — реактив­ный отпор грунта. Размеры площади подошвы фунда­мента в этом случае устанавливают как для фундамен­тов, нагруженных внецентренно (или центрально) вдоль ленты. При симметричном загружении ленты вдоль ее оси эпюра давления на грунт имеет вид прямоугольника, при несимметричном — трапеции.

Фундаментные ленты большой длины, загруженные колоннами, расположенными на значительных расстоя­ниях, считаются гибкими, поскольку их перемещения со­измеримы с перемещениями основания. Железобетонные гибкие ленточные фундаменты рассчитывают как балки на упругом основании. При этом широкое применение нашли два метода расчета. Метод, основанный на гипо­тезе Винклера, предполагает, что величина осадки в ка­кой-либо точке основания прямо пропорциональна дав­лению, приложенному к этой точке и не зависит от осадки других точек. Согласно другому методу грунт рассматривают как однородное упругое тело, бесконечно простирающееся вниз и в стороны и ограниченное сверху плоскостью. Такое основание принято называть упругим полупространством. Расчет железобетонных ленточных фундаментов как балок на упругом основании и упругом полупространстве детально разработан и изложен в спе­циальной литературе [18].

. Сплошные фундаменты

0 Конструктивные решения сплошных фундаментов аналогичны решениям монолитных железобетонных пере­крытий и могут проектироваться как ребристые или без­балочные плиты, загруженные снизу отпором грунта, а сверху — сосредоточенными или распределенными на­грузками от колонн или стен.

В ребристых плитах ребра располагают сверху или снизу плиты. Последнее решение предпочтительнее, осо­бенно в зданиях с подвалом, поскольку в этом случае не требуется устройства опалубки рёбер (бетон можно укла­дывать в траншеи) и упрощается устройство пола под­вала. Безбалочные плиты целесообразны при сетке ко­лонн, близкой к квадратной (см. рис. 10.1, в). Применяют также коробчатые (рамные) фундаменты под многоэтаж­ные здания и некоторые другие высокие сооружения. Онисостоят из верхней и нижней плит и системы продольных и поперечных вертикальных ребер (диафрагм).

Особенности расчета сплошных фундаментов изложе­ны в [18].

Свайные фундаменты

^Свайные фундаменты применяются при возведении зданий и сооружений на грунтах с недостаточной несу­щей способностью. Они состоят из группы свай, объеди­ненных поверху ростверком — железобетонной плитой (балкой). По сравнению с фундаментами на естествен­ном основании применение свайных фундаментов умень­шает объем земляных работ, снижает трудоемкость нуле­вого цикла, облегчает производство работ в зимнее время@По характеру работы раличают сваи-стойки, опи­рающиеся на твердый грунт, и висячие сваи, нагрузка на которые воспринимается грунтом как по площади попе­речного сечения сваи, так и силами трения по ее боковой поверхности (рис. 10.6). В отечественной практике изве­стно более 150 видов свай, отличающихся материалом, способом'устройства и т. п., однако наибольшее распро­странение получили железобетонные сваи.

По форме поперечного сечения различают железо­бетонные сваи сплошные и полые (пустотелые и сваи-обо­лочки). При диаметре поперечного сечения до 800 мм и наличии внутренней полости сваи называют пустотны­ми, при диаметре более 800 мм — сваями-оболочками.

При небольших нагрузках широко применяют сваи квад­ратного сплошного сечения (цельные и составные) раз­мером от 200X200 мм до 400X400 мм, длиной З...16м без предварительного напряжения продольной арматуры и 3...20 м с предваритель­ным напряжением. Сваи без предварительного на­пряжения изготовляют из бетона класса В15, арма­туры классов А-П, А-ПГ, диаметром не менее 12мм. В верхней части сваи, непосредственно воспринимающей удар молота, устанавливают 3...5 сеток из арматурной проволоки на расстоянии 5см друг от друга. В средней части распола­гают две строповочные петли. Шаг поперечной (спиральной) арматуры принимают у концов сваи 50 мм, в средней части 100...150 мм (рис. 10.7). Сваи с предварительно напряженной продольной 'арматурой изготовляют из бетона В20...В25; по сравнению со сваями без предварительного напря­жения арматуры они эко­номичней (по расходу ар­матуры) и поэтому пред-

почтительней. Полые круглые сваи и сваи-оболочки при­меняют при больших нагрузках. Их изготовляют звень­ями длиной 2...6 м. Стыки звеньев могут быть болтовы­ми, сварными или на вкладышах.

Несущая способность фундаментов на сваях-стойках (при любой их расстановке в плане) равна сумме несу­щих способностей отдельных свай, а несущая способность свайных фундаментов на висячих сваях зависит от числа свай, их расстановки в плане, формы, размеров попереч­ного сечения и длины.

Сваи и свайные фундаменты рассчитывают по пре-дельным состояниям. По предельным состояниям первой группы определяют несущую способность свай по грун­ту, прочность материала свай и ростверков [27]; по пре­дельным состояниям второй группы рассчитывают осадки свайных фундаментов, образование и раскрытие трещин в железобетонных фундаментах и ростверках. Помимо этого сваи рассчитывают по прочности на воспринятое усилий, возникающих при монтаже, транспортировке, а также при выемке свай из пропарочных камер.