Фундаменты конструкций нулевого цикла

Проектирование фундаментов заключается в выборе его конструктивного типа, материала из которого он выполняется, а также глубины заложения и наиболее экономичного способа возведения подземной части здания.

Классификация фундаментов

Конструктивный тип фундаментов зависит от особенностей конструктивной схемы здания, с одной стороны, и требований грунтовых условий, с другой. Фундаментные конструкции классифицируют на следующие группы: ленточные, столбчатые, плитные, коробчатые, свайные.

Ленточные фундаменты представляют собой непрерывные ленты (подземные стены) под несущими стенами или каркасом наземной части здания.

Столбчатые - отдельно стоящие в виде стаканов или столбов. Отдельно стоящие столбы, с уложенными по ним фундаментными балками, применяют довольно часто при строительстве малоэтажных жилых домов. Фундаменты «стаканного» типа предназначаются для зданий каркасной конструктивной системы.

Плитные фундаменты представляют плиту под всем сооружением. Применяются при строительстве многоэтажных зданий, на неравномерно сжимаемых грунтах.

Коробчатые фундаменты проектируют для высотных зданий с тяжелыми нагрузками, приходящимися на его подземную часть. Они могут выполняться как в монолитном, так и сборно-монолитном вариантах.

Свайные фундаменты применяются при строительстве на слабых основаниях, при приходящихся на них значительных нагрузок и в индустриальном строительстве с целью снижения сроков строительства и трудозатрат.

Нагрузки и воздействия

Основная роль фундаментных конструкций заключается в восприятии и передаче воздействий от здания на основание. При этом они сами подвергаются ряду как силовых, так и не силовых воздействий.

К силовым статическим нагрузкам относят собственную массу конструкций здания и воспринимаемая им полезная нагрузка, «боковое» давление грунта, его упругий отпор и неравномерная деформация основания.

Кроме того фундамент испытывает ряд динамических воздействий: ветровые, сейсмические и вибрационные.

При высоком уровне стояния грунтовых вод возникает гидростатическое давление по боковой плоскости фундамента и его подошве, а при основании, состоящем из пучинистых грунтов, возникают силовые воздействия на конструкцию фундамента вдоль его вертикальных плоскостей.

К не силовым воздействиям относятся - переменные температура и влажность, как по высоте, так и по толще фундамента (при наличии теплого подвала или подполья); агрессивные воздействия химических примесей в составе грунтовых вод.

Поэтому при проектировании зданий и сооружений принимается ряд мер, обеспечивающих оптимальный режим эксплуатации конструкций нулевого цикла.

Например, воздействия сил пучения устраняют правильным выбором глубины заложения фундаментов; миграция грунтовой влаги через конструкцию может быть исключена или прервана при помощи устройства гидроизоляции; воздействие неравномерных осадок грунтов основания — их заменой или укреплением; горизонтальные подвижки и вибрации - отсыпкой вертикальных пазух по внешнему контуру фундаментов амортизиционными материалами (керамзитовый гравий, песок, шлак...).

Исходя из выше перечисленных нагрузок и воздействий, фундаментные конструкции должны обеспечивать - прочность, устойчивость, долговечность, а также экономичность и индустриальность при их возведении. Материал фундаментных конструкций, размеры сечения, форма, конструктивный тип и глубина заложения должны удовлетворять предъявляемым требованиям.

Материалом фундаментов служит естественный или искусственный камень. Наибольшее распространение получили бетонные и железобетонные (сборные и монолитные) конструкции. Применение бута и бутобетона ограничено местными условиями.

Глубина заложения фундаментов

Глубина заложения фундаментов зависит: от конструктивных особенностей здания (наличие или отсутствие подвалов, разводки инженерных коммуникаций и др.); от глубины заложения фундаментов смежных зданий; от величины и характера нагрузок на основание; от геологических и гидрогеологических условий участка (виды грунтов, их несущая способность, наличие грунтовых вод, их отметки и колебания уровня); от климатических особенностей района строительства (глубина промерзания грунта).

Глубина заложения фундаментов под наружные стены и колонны отапливаемых зданий при непучинистых грунтах не зависит от глубины промерзания и может назначаться минимальной равной 0,5 м от уровня проектной планировочной отметки поверхности земли.

В случаях, когда основание фундамента состоит из пучинистых или склонных к пучению грунтов (крупнообломочных с глиняным заполнением, пылеватых и мелкозернистых песков, супесей, суглинков и глин) глубину заложения фундаментов назначают в зависимости от нормативной глубины сезонного промерзания грунта, оговоренной в задании на проектирование наряду с геологическими и гидрогеологическими данными строительной площадки.

При отсутствии исходных данных следует определять нормативное значение глубины промерзания фунтов по СНиП 2.02.01-87.* «Основания зданий и сооружений», а также СНиП 23-01-99 «Строительная климатология и геофизика». Расчетную глубину заложения фундаментов наружных стен и колонн отапливаемых зданий определяют умножением нормативного значения глубины промерзания на понижающей коэффициент, учитывающий тепловой режим подвальной части здания и конструктивные особенности цокольного перекрытия.

Ниже приведен пример расчета определения глубины заложения фундамента на основании требований, изложенных в выше перечисленных СНиПах

Пример определения глубины

Пример. Определение глубины заложения фундамента.

I. Исходные данные:

• Наименование района строительства - Москва
• Характеристика грунтов площадки - суглинки
• Уровень грунтовых вод - на глубине 3,0 м от поверхности земли

II. Определить на основе теплотехнических расчетов глубину заложения фундамента в соответствии с требованиями СНиП 2.0 2.01-87*

1. Нормативная глубина сезонного промерзания (d_fh) определяется по формуле:

где, М_t - безразмерный коэфициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемый по СНиП 2301-99 /Строительная климатология и геофизика/ или по результатам наблюдений гидрометкорологических станций данного района.

d₀ - величина, принимаемая равной для:

• суглинков и глин................................................................0,23 м.
• супесей, песков мелких и пылевидных..........................0,28 м.
• песков гравелистых, крупных и средней крупности.....0,30 м.
• крупнообломочных фунтов............................................0,34 м.

для города Москвы значение M_t=34,3 определенно в результате подсчета по ниже приведенной таблице:

месяц	XI	XII	I	II	III
среднемесячная температура	-2,20	- 7,60	-10,20	-9,66	-4,70

для суглинков d₀ = 0,23 м,

2. Расчетная глубина сезонного промерзания d_f(м) определяется по формуле:

где, k_h - коэфициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения по табл. 1 СНиП 2.02.01-87*.

Данный коэфициент учитывает, как среднесуточную тепературу воздуха в помещении примыкающем к наружним фундаментам, так и конструктивные особенности цокольного перекрытия, Считая, что здание проектируется с подвалом (техническим подполье) с температурой воздуха в помещении подвала равной 10°С, коэффициент k_h - принимается по вышеназванной таблице 1 СНиП 2.02.01-87*, k_h=0,6, тогда - d_f=0,6·1,26=0,76 м.

Глубина заложения фундаментов под наружные стены отапливаемых зданий должна назначаться в зависимости от отметки уровня грунтовых вод. чтобы не допустить морозного пучения грунтов оснований.

Это условие ограничивается таблицей 2 СНиП 2.02.01-87*. Условия таблицы наглядно представлены на схеме 1, отражающая зависимость глубины заложения фундамента от отметки уровня грунтовых вод и характеристики грунтов основания.

Схема 1. Расчетные параметры:

d_f - глубина заложения фундамента;
d_fh - нормативная глубина сезонного промерзания;
d_rв - уровень грунтовых вод:
d - расстояние между глубиной промерзания и уровнем грунтовых вод.

Назначение глубины заложения фундамента в зависимости от уровня грунтовых вод.

1. глины, суглинки d_f>d_fh
2. пески (мелкие), супеси при d>2,0 м d_ffh
3. пески (крупные), гравий скалистый d_f не зависит от d_fh

Глубину заложения фундамента в приведенном примере (при суглинистом основании) следует назначать ниже уровня промерзания (смотри расчет пункт 2, где d_fh=1,26 м). Поэтому назначаем глубину заложения фундамента равной 1,30 м.