Фундаменты под колонны
|
В промышленном строительстве наиболее широкое применение находят монолитные железобетонные фундаменты под колонны. Сборные фундаменты имеют незначительное применение и их использование целесообразно в случаях, когда объем бетона, идущего на их возведение, не превышает 2 м3. Монолитные ступенчатые фундаменты из железобетона включают плитную и подколонную часть. Сопряжение сборных колонн с фундаментом предусмотрено в основном стаканного типа (рис. 1.1), монолитных — путем соединения арматуры колонн с выпусками из фундамента, а стальных колонн — путем крепления башмака к анкерным болтам, забетонированным в фундаменте (рис. 1.2). Размеры подошвы (b*l) в плане, ступеней (b1, l1) и подколонника (bис, lис) принимают кратными 300 мм; высоту ступеней (h1, h2), равной 300; 450 и 600 мм, а общую высоту фундамента кратной 300 мм. Форму фундамента в плане предусматривают при центральной нагрузке квадратной, а при внецентренной — прямоугольной. При этом соотношение b/l назначают в пределах 0,5—0,85. Модульные размеры фундаментов приведены в табл 1.5, высота ступеней — в табл. 1.6, а значение коэффициента k — в табл. 1.7. Размеры колонн, подколонной части и типы фундаментов приведены в табл. 1.8, марки этих фундаментов и их размеры — в табл. 1.9.       Разработаны рабочие чертежи монолитных фундаментов, в частности серия 1-412-1/77 под рядовые сборные колонны прямоугольного сечения одноэтажных промышленных зданий. Названные фундаменты запроектированы, исходя из расчетного сопротивления основания, равного 0,15—0,6 МПа. Для их изготовления применяют тяжелый бетон Армирование осуществляют плоскими сварными арматурными сетками из стержней классов A-I, A-II и A-III. Толщина защитного слоя бетона принята равной 35 мм с одновременным устройством подготовки высотой 100 мм из бетона марки В2,5 Бетонную подготовку устраивают не только для увеличения толщины защитного слоя» позволяющего снизить расход стали, но и для удобства производства работ. Благодаря ее наличию при бетонировании грунт не попадает в нижнюю часть фундамента, не снижается влажность бетона (вследствие адсорбции влаги грунтом) и, кроме того, удается горизонтально расположить арматуру и т. д. Типовые серии фундаментов разработаны также для колонн других типов. Так, под двухветвевые колонны одноэтажных про мышленных зданий имеется серия 1-412 2/77, для типовых колонн прямоугольного сечения многоэтажных производственных здании — серия 1.412 3/79, а для типовых фахверковых колонн — серия 1.412.1-4/80. В последнем случае предусмотрено шарнирное сопряжение колонн с фундаментом. Следует отметить, что применение типовых монолитных фундаментов является нецелесообразным. При проектировании площадь фундамента, получаемая расчетом, как правило, не совпадает с площадью типового фундамента. Поэтому в таких случаях принимают ближайший по размеру, но больший по площади типовой фундамент. Объем последнего оказывается значительно больше объема фундамента, имеющего расчетные размеры, и может превышать 1 м3. Расчеты показывают, что вследствие этого перерасход бетона на устройство фундаментов в целом по стране может достигать 1,5 млн. м3. Аналогичная ситуация наблюдается и при использовании монолитных фундаментов модульных размеров. Необходимость выдерживать модульные размеры приводит к завышению их объема по сравнению с объемом фундамента, размеры которого соответствуют расчетным значениям. Сборные железобетонные фундаменты под колонны могут выполняться из одного или нескольких элементов. Применение последних менее целесообразно, так как при этом осложняется производство работ на площадке, увеличивается расход металла и т. п. Под колонны общественных и других зданий, проектируемых из элементов серии 1,020-1, разработаны фундаменты двух видов цельные под колонны сечением 300x300 и 400x400 мм (марок 1Ф и 2Ф) и стаканного типа для составных фундаментов под колонны названных серий (марок 1ФС и 2ФС). На рис. 1.3 приведен общий вид фундаментов под колонны. Для сооружений, имеющих распорные конструкции, например трехшарнирные рамы, целесообразно применение сборных фундаментов с наклонной подошвой (рис. 1.4). Форма такого фундамента в плане — прямоугольная, а его подошва после установки имеет угол наклона к горизонту, равный 20°. Подколонник двутаврового сечения перпендикулярен подошве фундамента, а в его верхней части предусмотрены гнездо для опирания пяты рамы и площадка для опирания фундаментных балок или цокольных панелей. Фундамент армируют сварными сетками из стержней класса A-III. Толщина защитного слоя бетона для всей арматуры принята равной 30 мм.  В целях снижения трудоемкости работ при возведении фундаментов под железобетонные колонны ЦНИИпромзданий были разработаны сборные фундаменты под типовые колонны серии КЭ-01-49 (рис. 1.5). Фундаменты запроектированы с учетом выполнения работ по устройству фундамента до начала монтажа колонн. Отметки подошв фундаментов, м, приняты: -1,65; -1,95; -2,55 и -3,15 Размеры подошв фундаментов определены исходя из расчетных давлений на грунт от 0,15 до 0,4 МПа. Сборные фундаменты состоят из двух нижних фундаментных плит, на которые опирается верхний элемент (подколонник), имеющий стакан для заделки колонн, Нижние фундаментные плиты укладывают на песчаную подготовку толщиной 100 мм с зазором 600 мм, но при этом расчетное давление на грунт под подошвой сборного фундамента (с учетом влияния распределительной способности грунтов основания и арочного эффекта между блоками) определяют, как под подошвой сплошного фундамента по ее внешним габаритам. После установки подколонника в пазы фундаментных плит предусматривают тщательную заделку (зачеканку) боковых вертикальных швов между подколонником и плитами, так как эти швы являются рабочими. Подколонники с разными размерами по высоте изготовляют в одной опалубке путем наращивания ее по высоте Нижние фундаментные плиты и подколонники армируют унифицированными сварными сетками. Фундаменты изготовляют из бетона марки В25. Габаритные размеры сборных элементов фундамента не превышают 3 м, а максимальная масса составляет 13 т, что позволяет изготовлять их на заводах сборного железобетона и перевозить современным транспортом. Практика проектирования фундаментов под стальные колонны объектов черной металлургии показала, что глубина заложения их подошвы достигает, как правило, 12—15 м, что приводит к значительным трудовым затратам при их возведении. Такое положение обусловлено необходимостью заглубления фундаментов под оборудование и наличием подземного хозяйства, имеющего в своем составе различные технические подвалы и вспомогательные помещения. Подколонники выполняют с применением пространственных стальных каркасов из профильного металла, которые устанавливают на всю высоту фундаментов и на которые затем навешивают арматурные сетки, опалубку и фундаментные болты. При существующих размерах подколонников стальных колонн l,2х2,4; 12х3; 1,5х3 и 1,5х3,6 м и действующих на них нагрузках установка в них расчетной сжатой арматуры почти никогда не требуется, а процент растянутой арматуры не превышает 0,3%. Поэтому подколонники можно армировать, устанавливая рабочую арматуру только по двум рабочим их сторонам. В ЦНИИпромзданий разработана конструкция фундамента с монолитной подошвой и сборно-монолитным подколонником для типовых стальных колонн, оборудованных мостовыми электрическими кранами грузоподъемностью до 125 т, которая может использоваться и для стальных колонн других конструкций с аналогичными нагрузками. Сборно-монолитные подколонники состоят из двух плоских сборных железобетонных плит толщиной 250 мм, которые устанавливаются только по рабочим сторонам фундамента и включают в себя всю рабочую арматуру подколенника. Плоские плиты служат опалубкой и позволяют устанавливать на них кондукторные устройства для фиксации фундаментных болтов. При таком решении полностью исключается применение пространственных каркасов для навески сеток, опалубки и фундаментных болтов. По нерабочим сторонам подколонника устанавливают щитовую деревянную или деревометаллическую опалубку (рис 1.6).  Область применения сборно-монолитных подколонников определяется величиной и соотношением расчетных усилий на уровне низа подколонника, а количество рабочей арматуры сборных плит — расчетом на усилия, возникающие при подъеме и монтаже Сборные плиты армируют плоскими типовыми арматурными изделиями. Все сборные элементы изготовляют с градацией через 1,2 м в одной опалубке. Применение сборных фундаментов, повторяющих конструктивные формы монолитных, несмотря на известные достоинства сборных конструкции, является неэкономичным вследствие более высокой стоимости сборного железобетона. В то же время при устройстве монолитных фундаментов, особенно в районах с длительной суровой зимой и в местах, не имеющих производственной базы, удлиняются сроки строительства и требуются дополнительные расходы на обогрев бетона при твердении. Предварительными расчетами, выполненными применительно к районам Среднего Урала, установлено, что замена монолитных фундаментов сборными целесообразна в случае снижения расхода бетона на 40—45 % и обеспечения отпускной цены сборных элементов ниже 50 руб. за 1 м3. Такое снижение расхода бетона может быть достигнуто лишь в конструкциях из пустотелых элементов. В Уральском ПромстройНИИпроекте разработана конструкция сборного облегченного фундамента под колонны производственных зданий действующих типовых серий. Фундамент (рис. 1.7) собирается из унифицированных элементов, опорной плиты прямоугольной в плане формы, промежуточных блоков коробчатого сечения и верхнего блока-стакана. Стыковое соединение блоков подколонника и опорной плиты осуществляется на ванной сварке выпусков вертикальной рабочей арматуры, размещенной в углах сборных элементов. Верхний блок-стакан запроектирован с плитой— перемычкой для опирания колонны.  Промежуточные блоки изготовлены в виде прямоугольных тюбингов со стенками толщиной 150 мм, пересечения внутренних граней выполнены плавно с радиусом 100 мм Опорные плиты фундаментов приняты высотой 600 и 900 мм. Для обеспечения возможности свободной транспортировки максимальная ширина плит принята 3000 мм. Для унификации сборных элементов все типоразмеры сечений колонн для промышленных здании объединены в шесть групп по высоте сечения, мм: 500; 600; 800; 1000, 1200—1400 и 1500—2000. Каждой группе сечений колонн соответствует свой размер, мм подколонника в плане: 1000х1000; 1000х1200; 1000х1400; 1000х1600 и 1200х2000. Минимальная толщина стенки стакана принята 175 мм. По высоте блоки-стаканы и промежуточные блоки приняты кратными 600 мм. Из сборных элементов с этим модулем возводят фундаменты любой глубины заложения. Элементы подколонника по высоте изготовляют двух типоразмеров: блоки-стаканы трех первых групп — 1200 и 1800 мм; четвертой, пятой и шестой групп — 1800 и 2400 мм; промежуточные блоки всех групп — 1200 и 1800 мм. Опорные плиты всех типоразмеров для каждой из групп блоков изготовляют в одной опалубке с вкладышами для возможности изменения размеров консолей. Размеры плит поверху соответствуют размерам элементов подколонников, а размеры подошвы заданы кратными 300 мм. Фундаменты с анкерами. Фундаменты промышленных зданий и сооружений, как правило, передают на основания внецентренные нагрузки, эксцентриситеты которых могут достигать больших значений. В соответствии с нормами проектирования при любом сочетании внешних нагрузок эпюра контактных давлений должна быть трапециевидной или треугольной без отрыва подошвы фундамента от основания. Это требование обусловлено необходимостью проектировать фундаменты таким образом, чтобы крен их не превышал допустимых значений Поэтому для обеспечения допустимого крена приходится увеличивать размеры фундаментов. При этом смещение осей относительно центра тяжести подошвы дает эффект только для постоянно действующих односторонних моментов Увеличение размеров фундамента приводит к тому, что среднее напряжение, действующее по подошве, оказывается значительно меньше расчетного сопротивления грунта основания, вследствие чего увеличиваются его размеры, а следовательно, и материалоемкость. В случае передачи на основание нагрузки со значительным эксцентриситетом эффективными становятся фундаменты с анкерами. Фундаменты, для которых характерен частичный отрыв подошвы, устраивают с анкерами, воспринимающими выдергивающие усилия и уменьшающими крен. При знакопеременных моментах анкеры располагают симметрично относительно плоскости действия момента, а при постоянных моментах их устраивают с одной стороны фундамента — наиболее удаленной от равнодействующей приложения внешней нагрузки (рис. 1.8).  Фундаменты с анкерами можно применять как в скальных, так и в нескальных грунтах. В первом случае применяют анкеры с расклинивающимся болтом. Устройство анкеров включает следующие операции: бурение скважины, очистку ее сжатым воздухом, заполнение скважины раствором или бетоном на три четверти ее высоты, установку анкерующего стержня путем вдавливания его в раствор и дальнейшее заполнение скважины раствором. Натяжение анкерных стержней производится после твердения раствора. В нескальных грунтах в качестве анкеров используют обычные забивные или буронабивные сваи. Необходимо отметить» что применение анкеров целесообразно в достаточно прочных грунтах: песчаных плотных и средней плотности, глинистых твердых, полутвердых и тугопластичных. Проведенные экспериментальные исследования в песчаных грунтах показали, что анкеры должны обладать минимальной гибкостью, Поэтому рекомендуется применять буронабивные сваи диаметром 150—200 мм, длиной 2—4 м, а армирование осуществлять стержнями или каркасами, минимальное число вертикальных стержней в котором равно трем-четырем. В настоящее время имеется достаточно мобильных буровых установок для устройства таких анкеров. При использовании в качестве анкеров забивных свай длина последних должна составлять 3—5 м, а при очень больших нагрузках на фундаменты (например, под дымовые трубы) и более 6 м. Сваи необходимо жестко соединять с фундаментом, для чего выпуски арматуры сваривают с арматурным каркасом фундамента, а сам фундамент выполняют из монолитного бетона. Буробетонные и щелевые фундаменты. Трудоемкость устройства фундаментов мелкого заложения на естественном основании можно уменьшить, применяя буробетонные и щелевые фундаменты. Такие фундаменты устраивают в предварительно разрабатываемых плоскостях, которые заполняют бетоном (рис. 1.9). Применение таких фундаментов на строительстве ряда объектов показало, что они экономически эффективны, так как при их устройстве используется современная технология и, кроме того, они имеют большую несущую способность.  В отличие от фундаментов, возводимых в открытых котлованах, у буробетонных и щелевых фундаментов в работу включена боковая поверхность, которая воспринимает часть вертикальной нагрузки и оказывает сопротивление горизонтальным усилиям и моментам, в результате чего становится более равномерным характер эпюры контактных давлений в горизонтальной плоскости фундамента Исследования показали, что нагрузка, воспринимав мая таким фундаментом, может быть примерно в 1,5 раза больше, чем у традиционного фундамента такой же площади и глубины заложения. Полость для фундаментов можно образовывать, например, установками CO 2 и С-1200, однако для большей эффективности раз работало специальное передвижное буровое оборудование, приспособленное для устройства неглубоких полостей сложной конфигурации в плане. Щелевой пространственный фундамент устраивают путем прорезки узких щелей шириной 10—20 см, располагаемых перпендикулярно одна другой, с последующим заполнением их бетоном На образуемые таким образом бетонные пластины устанавливают элемент со стаканом (рис. 1,10) для возведения колонны. Возможен вариант монолитного крепления колонны с фундаментом. В основу работы щелевых фундаментов положен принцип малых сечений, в соответствии с которым уменьшение толщины фундамента с одновременным увеличением площади боковой поверхности приводит к повышению их несущей способности. Кроме того, другим преимуществом многощелевых фундаментов является включение в работу массива грунта, расположенного между щелями. Фундаменты с пустотообразователями (рис. 1.11). В последние годы для снижения материалоем кости в некоторых фундаментах для образования замкнутых пустот в железобетонных конструкциях применяют картонные вкладыши — пустотообразователи. Например, используют пустотообразователи — в виде труб диаметром 50—400 мм коробчатого сечения с ребрами жесткости. Для образования пустот больших размеров пустотообразователи собирают на месте из отдельных элементов. Пустотообразователи из картона изготовляют путем навивки на сердечник специальной полосовой бумаги на клеевой основе. Разработана также технология получения труб диаметром 50—500 мм из отходов производства толерубероидных заводов Пустотообразователи диаметром 500 мм можно устанавливать в подколоннике монолитных фундаментов. В плитной части фундаментов целесообразно применять конусные пустотообразователи или пустотообразователи в виде шарового сегмента. В плитную часть могут заходить вкладыши и из подколонной части. Экономия бетона в монолитных фундаментах с пустотообразователями возрастает с увеличением глубины заложения фундаментов при глубине 15—2 м экономится до 7% бетона, 2—4 м — до 15 % и при глубине свыше 4 м — до 20 %. Устройство пустот целесообразно в стенах подвалов различного технологического назначения, подпорных стенах, приямках, технологических ямах и т. п, толщина конструкций которых превышает 1—2 м. Необходимо отметить, что при использовании для железобетонных конструкций картонных пустотообразователей возникает ряд проблем: обеспечение огнестойкости пустотелых конструкций, их влагостойкости, прочности картонных пустотообразователей и др.  Столбчатые фундаменты под стены применяют в бесподвальных зданиях. Есть попытки устраивать такие фундаменты и при наличии подвалов (рис. 1.12). Как видно из рисунка, при таком конструктивном решении требуется большое число различных элементов: башмак, столб, фундаментная балка, плиты ограждения. Это приводит к усложнению технологии изготовления и монтажа фундаментов. Кроме того, из за наличия уступов вдоль фундамента требуется значительное число столбов и плит различных типоразмеров, а сопряжение элементов в местах перепада отметок фундамента связано с трудностями. Поэтому такие фундаменты не рекомендуются при строительстве зданий с подвалами. Столбчатые фундаменты, как правило, применяют при небольших нагрузках в малоэтажных зданиях. При существенных нагрузках размеры подошвы фундамента получаются настолько значительными, особенно на слабых грунтах, что фундаменты отдельных столбов располагают на близком расстоянии один от другого или даже вплотную; в этом случае, конечно, целесообразнее заменить их ленточным фундаментом. Увеличение расстояния между столбами приводит к увеличению сечения фундаментной балки. Поэтому вопрос о применении столбчатых фундаментов в многоэтажных зданиях должен решаться на основе технико-экономического анализа. В малоэтажных зданиях, как правило, при устройстве столбчатых фундаментов значительно снижается его стоимость, особенно если подошву закладывают на значительной глубине от поверхности. Столбчатые фундаменты не обладают жесткостью в продольном направлении, поэтому чувствительность возведенных на них зданий к неравномерным осадкам достаточно велика. Осадка одной из опор может вызвать большие нарушения конструкций. В связи с этим применять столбчатые фундаменты целесообразно лишь на плотных малосжимаемых грунтах. Область применения их можно расширить, проводя ряд мероприятий или используя надежные конструкции Например, такие фундаменты на сильносжимаемых грунтах можно применять, если цокольные плиты или фундаментные балки воспринимают растягивающие усилия, вызванные осадкой, для чего должно быть предусмотрено надежное соединение этих элементов между собой. Такие фундаменты можно рекомендовать также для строительства зданий на просадочных грунтах I типа, но при этом необходимо применять железобетонные фундаментные балки, которые соединяются между собой. В набухающих глинистых грунтах конструктивное решение столбчатых фундаментов должно быть аналогично их решениям на просадочных грунтах II типа. Это вызвано тем, что малоэтажные легкие здания особенно подвержены деформациям при набухании грунта В сейсмических районах независимо от грунтовых условий столбчатые фундаменты должны скрепляться между собой железобетонными фундаментными балками. |
