Что можно отнести к жестким фундаментам

Обновлено: 18.05.2024

В условиях современного строительства достаточно большое количество фундаментов устраивают в предварительно вырытых открытых котлованах.Существует несколько признаков, по которым классифицируют фундаменты, возводимые в открытых котлованах.По материалу, из которого они изготовлены, фундаменты бывают бетонные, бутобетонные, из каменной или бутовой кладки и железобетонные. В некоторых, достаточно редких случаях в качестве материала фундаментов используют дерево (в водонасыщенных грунтах или при возведении временных сооружений) или металл (для сборно-разборных сооружений).По условиям изготовления различают фундаменты монолитные, возводимые непосредственно на месте строительства, и сборные, монтируемые из отдельных, заранее изготовленных элементов. Последний тип фундаментов получил наибольшее распространение, так как он обеспечивает максимальное снижение трудозатрат и существенно сокращает сроки строительства. Монолитные фундаменты применяют реже, чем сборные, однако они могут оказаться целесообразными при отказе от использования опалубки, т. е. при бетонировании в распор со стенами котлованов и траншей, особенно если последние получены в результате бурения скважин или предварительным вытрамбовыванием ложа.По условиям работы фундаменты подразделяют на жесткие, воспринимающие в основном сжимающие усилия, и гибкие, при работе которых образуются деформации изгиба, влияющие на распределение давления по подошве.По форме фундаменты можно отнести к следующим основным типам: ленточные, отдельные, сплошные и массивные.Ленточные фундаменты чаще всего выполняют под стены зданий (рис. 1, а), иногда для придания большей жесткости и обеспечения выравнивания осадки сооружения используют ленточные фундаменты под колонны в виде одиночных (рис. 1, б) или перекрестных (рис. 1, в) лент.

Рис.1. Ленточные фундаменты: 1 — стена; 2- фундаментная подушка; 3– колонна Отдельные фундаменты обычно устраивают под колонны каркасных зданий (рис. 2), иногда отдельные фундаменты применяют и под стены бескаркасных сооружений (столбчатые фундаменты), если в основании залегают надежные грунты и нагрузка на фундаменты невелика (рис. 3). Сплошные фундаменты выполняют, как правило, под всем зданием или сооружением в виде сплошных железобетонных плит. Их можно располагать под стены или колонны.Массивные фундаменты выполняют в виде сплошного жесткого массива под все сооружение. Фундаменты данного типа используют при строительстве дымовых труб, доменных печей, опор мостов мачтовых сооружений, отличительной особенностью которых являются относительно небольшие размеры в плане по сравнению с сооружением, при значительных вертикальных и горизонтальных нагрузках, передаваемых на основание.

Конструкции фундаментовПод стены бескаркасных зданий наиболее целесообразно применять ленточные фундаменты, при возведении которых на дно котлована насыпают слой песчаной подготовки толщиной 6. 10 см, который в дальнейшем выравнивают с последующей укладкой на него типовых блоков-подушек, распределяющих нагрузку от стен здания на основание. На блоки-подушки устанавливают в несколько рядов типовые стеновые фундаментные блоки.Блоки-подушки ленточных фундаментов могут быть сплошными (рис. 4, а, б), ребристыми (рис.4, в) и пустотными (рис.4, г). Сплошные плиты используют при значительных нагрузках, а ребристые и пустотные — при небольших, причем применение последних позволяет получать экономию строительных материалов. Стены фундаментов собирают из сплошных или пустотелых стеновых фундаментных блоков.Отдельные сборные фундаменты применяют под колонны каркасных зданий. В зависимости от размеров такие фундаменты могут быть цельными или составными. Наиболее экономичное решение получается при использовании в качестве фундамента одного цельного блока, имеющего сравнительно небольшие размеры и небольшую массу. Отдельные фундаменты устанавливают в котлованах на песчано-гравийную подготовку, толщина которой должна быть не менее 10 см.Бетонные, бутобетонные и каменные фундаменты устраивают в монолитном варианте и проектируют как жесткие, так как плохо сопротивляются растягивающим напряжениям. Для предотвращения значительного развития этих напряжений фундаменты уширяются к подошве уступами, размеры которых ограничиваются углом жесткости в пределах 26. 38°, который зависит от материала фундамента, давления на грунт основания и типа грунта. Соотношение между высотой уступа и его выносом h: принимают в пределах 1:2, 1:3, причем высота уступа должна составлять 0,5. 0,6 м (рис. 5).

Рис. 5. Конструкция жесткого
фундамента

Железобетонные монолитные фундаменты проектируют как изгибаемые конструкции на сжимаемом основании с учетом совместной работы сооружения с грунтом. Сечение и арматуру таких фундаментов назначают с учетом правил проектирования, предъявляемых к железобетонным конструкциям (рис. 6).

Монолитные железобетонные конструкции в зависимости от действующих усилий, грунтовых условий и размеров опирающихся на них конструкций могут быть одно-, двух- и трехступенчатыми.

(тела таких фундаментов воспринимают, в основном, сжимающие усилия), и, как следствие, влияние изгиба на распределение контактных давлений по подошве такого фундамента практически исключено.

(Растягивающие и скалывающие напряжения в них отсутствуют или настолько малы, что ими можно пренебречь, а также принимается, что реактивное давление по подошве жестких фундаментов определяется без учета их изгиба, ввиду его отсутствия или малости)

Деформации изгиба у таких фундаментов практически отсутствуют и осадки таких фундаментов определяются только влиянием сжимаемости основания под передаваемой фундаментом нагрузкой.

- гибкие (изгибающиеся) (деформируемые)

Гибкие фундаменты - это фундаменты, имеющие такие форму и размеры, при которых их подошва изгибается

(тела таких фундаментов работают на сжатие с изгибом), и, как следствие, присутствует влияние изгиба фундамента на распределение контактных давлений (распределение напряжений в плоскости подошвы) и осадки.

Деформации изгиба гибких фундаментов того же порядка, что и осадки этого же фундамента (деформации их изгиба и осадки определяются совместным влиянием гибкости фундамента и сжимаемости основания).

Гибкие (деформируемые) фундаменты - фундаменты, работающие на сжатие с изгибом (испытывающие как сжимающие, так и растягивающие и скалывающие напряжения), изгибающиеся при восприятии нагрузки в одном или обоих направлениях подошвы.

Деформации изгиба гибких фундаментов того же порядка, что и осадки этого же фундамента (деформации определяются совместным влиянием гибкости фундамента и сжимаемости основания).

Реактивные давления по подошве определяются исходя из совместной работы фундамента и основания и зависят от прогиба фундамента.

В соответствии с тем, является фундамент жестким или гибким, и выбирают методику расчета как основания, так и конструкции самого фундамента.

Жесткие фундаменты следует рекомендовать в тех случаях, когда грунты основания относительно прочные, нагрузки на подошву относительно невелики, а также когда число уступов (ступеней) отдельных и ленточных фундаментов не превышает двух - трех (ввиду угла жесткости).

Жесткие фундаменты выполняют из бутовой кладки, кирпича, бутобетона и бетона.

К жестким фундаментам могут быть отнесены ленточные фундаменты большого поперечного сечения и сравнительно малой длины, нагруженные колоннами (при небольших расстояниях между ними).

Монолитные ленточные и отдельные фундаменты проектируют как жесткие, обычно имеющие ступенчатое очертание сечения (с уступами), определяя высоту hy и ширину by уступов с помощью угла жесткости α (угла распределения давления в материале фундамента).

По углу жесткости определяют возможные размеры жестких фундаментов из выбранного материала (с учетом заданной глубины заложения и предполагаемого давления на грунт), при которых возникающие в его теле скалывающие усилия не превышают предельных значений.

Практически установлено, что фундамент работает как жесткое тело, когда все его горизонтальные сечения лежат в пределах трапеции, образованной линиями распределения давлений (наклоненных под углом жесткости).

Грани гибких фундаментов могут быть наклонены к вертикали под любым углом, так как растягивающие и скалывающие усилия, возникающие при изгибе, воспринимаются арматурой, укладываемой в растянутой зоне.

Угол жесткости зависит от материала фундамента и составляет 25°–40° для каменных материалов и 45° для бетона и железобетона.

После определения размеров жесткого фундамента в плане и размеров его поперечного сечения, рассчитывают распределение напряжений в плоскости подошвы как для сооружений бесконечной жесткости (контактные напряжения).

При симметричной нагрузке и согласованном напластовании осадка абсолютно жесткого фундамента будет равномерной. При этом фундамент встретит значительное сопротивление от грунта в краевых зонах, т.е. возникнет более интенсивное давление на этих участках.

В слоистом основании с выклинивающимися слоями различной сжимаемости внецентренно приложенная нагрузка может увеличить или уменьшить крен жесткого фундамента.

(При слабых грунтах и больших нагрузках на подошву жесткие фундаменты вследствие малого угла распространения давления в материалах, из которых они изготовляются, получаются большой ширины, глубокими, имеют большой вес и становятся экономически невыгодными.

Поэтому при слабых грунтах или при больших нагрузках на подошву рекомендуются гибкие фундаменты, так как они способны работать на изгиб и распределять нагрузку от веса здания на необходимую (расчетную) ширину основания. При этом их не нужно заглублять более глубины промерзания.)

Так как в жестких фундаментах учитываются только напряжения сжатия, то расчет их прочности сводится к проверке сжимающих напряжений.

При расчете абсолютно жесткого фундамента его заделку в грунте учитывают, исходя из тех же предпосылок, которые были приняты в расчете столбчатых фундаментов конечной жесткости. Грунт рассматривают как тело, упругие свойства которого характеризуются коэффициентом постели, линейно возрастающим по глубине.

Гибкие (деформируемые) фундаменты

Гибкие фундаменты работают совместно со сжимаемым основанием и рассчитываются на прочность при изгибе с учетом деформаций основания.

Гибкие фундаменты применяются при малой прочности грунтов основания или при больших нагрузках на подошву.

Гибкие фундаменты изготовляются, в основном, из железобетона, чтобы воспринимать не только сжимающие, но и растягивающие усилия при изгибе. (так как он способного работать на растяжение и скалывание (изгиб)).

К гибким фундаментам могут быть отнесены ленточные фундаменты большой длины, нагруженные колоннами, расположенными на значительных расстояниях, железобетонные плиты, фундаменты из перекрестных лент, коробчатые фундаменты, кольцевые фундаменты дымовых труб.

Отличия гибких и жестких фундаментов:

1) Деформации изгиба гибких фундаментов того же порядка, что и осадки этого же фундамент, у жестких фундаментов они практически отсутствуют.

2) Жесткие фундаменты проектируют таким образом, чтобы их горизонтальные сечения лежали в пределах трапеции, образованной линиями распределения давлений (наклоненных под углом жесткости). Грани гибких фундаментов могут быть наклонены к вертикали под любым углом, так как растягивающие и скалывающие усилия, возникающие при изгибе, воспринимаются арматурой, укладываемой в растянутой зоне.

(подробнее см. выше)

3) К гибким (деформируемым) фундаментам могут быть отнесены фундаменты по следующему критерию: при отношении их высоты к их длине менее 1/3

h /ℓ > 1 / 3 - абсолютно жёсткие фундаменты (при распределении давлений в пределах углов жесткости)
h /ℓ < 1 / 3 - гибкие фундаменты

Фундаменты по их конструктивным пропорциям разделяют на жесткие и гибкие. Жесткие фундаменты, передавая нагрузку на основание, сами не искривляются, подошва их всегда остается плоской, при этом автоматически выравниваются деформации основания. Гибкие фундаменты при передаче нагрузки сами искривляются, причем деформации определяются совместным влиянием гибкости фундамента и сжимаемости основания. На рис, 5 схематически показан гибкий фундамент до нагрузки и после загружения и возникновения деформаций (для ясности деформации увеличены). Вопросы постройки фундаментов. Разработка котлована представляет важный этап постройки, так как в этой операции не только заключаются подчас основные трудности, но на нее приходятся главные затраты средств и времени. При благоприятных условиях можно откапывать котлован, ограничивая его грани откосами, выбирая при этом несколько больший объем грунта. Извлеченный грунт надо отвезти в отвал и затем частично вернуть для засыпки пазух. В водоносных грунтах откосы оплывают, их надо для устойчивости делать пологими, и это будет стоить дорого. Дело существенно изменится, если стены котлована укрепить, тогда его можно будет откапывать с отвесными гранями, что не только уменьшит объем вынимаемого грунта, но и затруднит приток воды. Современная техника фундаментостроения располагает многими средствами для подобных креплений, и это позволяет выбрать наиболее рациональный способ применительно к местным условиям. На местности, покрытой водой, для изолирования места постройки устраивают перемычки и огражденное ими пространство осушают. Там, где по местным условиям такой прием непригоден, уже давно научились применять опускные колодцы и с прошлого века — сжатый воздух (кессоны). Эти вспомогательные устройства изготавливаются предварительно и опускаются на дно с подмостей или в плавающем состоянии. При неосмотрительном удалении воды из котлована (водоотливе) можно повредить грунт дна, что тем опаснее, чем более размываем и подвижен грунт. Это обязывает изыскивать способы удаления воды, при которых возможно устранить подобную опасность. Все это указывает на неразрывную связь между способами постройки фундаментов, качествами грунтов и другими местными обстоятельствами.

По характеру работы различают ленточные фундаменты жесткие и гибкие.

Жесткие фундаменты

Жесткие фундаменты изготовляются из бута, бутобетона или бетона, т. е. материалов, хорошо сопротивляющихся сжатию, но - плохо — растяжению и скалыванию (изгибу). Кладка бутового фундамента ведется на цементном или сложном растворе. В малоэтажном строительстве (до двух-трех этажей) фундаменты при сухих грунтах могут быть сложены на известковом растворе

Рис.1. Жесткие ленточные фундаменты: а — прямоугольного поперечного сечения б и в ступенчатого поперечного сечения

Ширина подошвы ленточных фундаментов принимается по расчету. Она зависит от величины нагрузки, действующей на подошву фундамента, и расчетного сопротивления грунта основания. Поперечное сечение фундамента при прочных грунтах и небольших нагрузках на подошву имеет прямоугольную форму.

При большем числе этажей нагрузка от веса здания возрастает, что требует соответствующего уширения подошвы, так как ленточный фундамент распределяет нагрузку от веса здания на относительно малопрочные (по сравнению с прочностью каменной кладки стен) грунты основания. В этом случае поперечное сечение фундамента устраивается с уступами консолями, работающими на изгиб под влиянием реактивного сопротивления грунтов основания и распределяющими нагрузку на необходимую ширину основания. Уширение фундамента производится под определенным углом а углом распространения давления в материале.

Поперечное сечение фундамента в этом случае принимает форму трапеции. Как показала практика, в растянутой зоне кладки жестких фундаментов не возникает трещин от изгиба, если, отношение высоты уступа к ширине не менее указанных в таблице.
Высота трапеции и число ступеней зависит от расчетной ширины подошвы ленточного фундамента может быть определена по формуле: h=b-b1/2 tg a

Размеры обрезов (ступеней) в бутовой кладке обычно принимаются 15—25 см при соответствующей высоте ступени.
В зданиях до двух этажей нижняя часть каменной кладки фундамента из соображений экономии может быть заменена подушкой из гравия, щебня, крупного песка. При этом фундамент должен иметь высоту не менее 0,5 м, необходимую для равномерного распределения давления по его подошве.

Гибкие фундаменты

Гибкие фундаменты применяются при малой прочности грунтов основания или при больших нагрузках на подошву. Изготовляются они из железобетона, способного работать на растяжение и скалывание (изгиб). Форму придают им трапецоидальную. Грани в них могут быть наклонены к вертикали под любым углом, так как растягивающие и скалывающие усилия, возникающие при изгибе, воспринимаются арматурой, укладываемой в растянутой зоне. Высота железобетонной трапеции принимается по расчету. Трапецоидальная форма гибкого фундамента может быть заменена ступенчатой.

Сравнивая между собой жесткие и гибкие фундаменты, можно сделать следующие практические выводы. Жесткие фундаменты следует рекомендовать в тех случаях, когда грунты основания относительно прочные, т. е. допускают давление 2—3 кг/см2, нагрузки на подошву относительно невелики — здания высотой до 5—7 этажей, а также когда число уступов (ступеней) не превышает двух - трех.

При слабых же грунтах и больших нагрузках на подошву жесткие фундаменты вследствие малого угла распространения давления в материалах, из которых они изготовляются, получаются большой ширины, глубокими, имеют большой вес и становятся экономически невыгодными.

Поэтому при слабых грунтах, допускающих давление 1,2—1,5 кг 1см2, или при больших нагрузках на подошву рекомендуются гибкие фундаменты, так как они способны работать на изгиб и распределять нагрузку от веса здания на необходимую (расчетную) ширину основания. При этом их не нужно заглублять более глубины промерзания.

Вид фундаментов при разных грунтах:
а — жесткий фундамент при слабых грунтах; б — гибкий фундамент при слабых грунтах; в — жесткий фундамент при прочных грунтах

Прочность кладки жестких фундаментов в основном зависит от марки камня и раствора. Прочность бутовой кладки зависит в значительной степени от формы камня (рваный или постелистый бут) и тщательности его укладки. Бутовую кладку фундаментов и стен подвалов следует вести под лопатку с околкой выступающих частей кам Камни при этом нужно тщательно подбирать, а пустоты плотно заполнен: щебенкой и раствором

Наружные стены подвальных помещений из бута, служащие одновременно фундаментами и находящиеся под действием больших нагрузок, должны быть сложены из постелистого нерваного камня. Стены подвальных помещений, предназначенных, например, для котельных со сложным оборудованием, кухонь, столовых, облицовываются в 1/2 кирпича с перевязкой в 1 кирпич через 4—5 рядов. Дверные и оконные проемы в бутовых стенах подвалов также облицовываются кирпичом.

В ленточных фундаментах и стенах подвалов следует предусматривать отверстия для пропуска труб сантехники, причем размеры отверстий по высоте должны быть такими, чтобы элементы сантехники в процессе осадки здания не были повреждены.

Переход заложения ленточных фундаментов от одной глубины к другой производится уступами. При плотных грунтах отношение высоты уступа к его длине должно быть не более 1 : 1 и высотой не более 1,0 м. При неплотных грунтах отношение высоты уступа к его длине должно быть 1 : 2 и высотой не более 0,5 м.

Ленточные и плитные фундаменты для многоэтажных зданий

В многоэтажных зданиях при большой нагрузке на колонны или при слабых грунтах фундаменты под отдельными опорами могут быть настолько большими, что становится целесообразным объединить их, превратив в систему неразрезных балок.
Фундаментные балки обычно выполняются из железобетона и могут быть в виде отдельных лент или перекрестных систем.

Ленты рассчитываются на отпор грунта как балки, лежащие на упругом основании. В первом приближении площадь подошвы ленточного фундамента принимается так, чтобы среднее давление на основание не превышало допускаемого. При этом стремятся избежать местных перенапряжений под колоннами и у концов лент путем устройства местных расширений и консолей.

Если вес здания или сооружения (например, в высоких зданиях) на единицу площади основания приближается к допускаемому давлению на грунт, то под зданием делают сплошную ребристую или безбалочную плиту, рассчитываемую на реактивное давление грунта.

Условно здания и сооружения подразделяются на абсолютно жесткие, конечной жесткости и гибкие. Гибкие сооружения, передавая нагрузку на основания, следуют за осадкой, которая может быть различной в разных точках основания. При таком деформировании в них не возникает практически никаких дополнительных усилий и разрушений. Как правило, конструкции таких зданий имеют статически определимую схему. Подавляющее число зданий обладает конечной жесткостью. Для них приходится регламентировать не только величины осадок, но и их неравномерность, потому что неравномерность осадок вызывает появление дополнительных усилий в конструкциях, которые могут нарушить их прочность. Абсолютно жесткие сооружения при деформациях здания не изгибаются, а дают осадку как единый массив, и плоская подошва сооружения после деформации основания остается плоской, но возможны лишь вертикальные оседания и наклон сооружений.

Ф.12.2. Каким образом можно учесть совместную работу сооружения и его основания?

Совместную работу основания и сооружения, обладающего конечной жесткостью, возможно учесть, используя схему с упругооседающими опорами. В "абсолютно" гибких сооружениях нагрузки, передающиеся основанию, считаются неизменными при деформировании основания, и совместная работа основания и сооружения оценивается лишь предельными значениями средних осадок и их неравномерности (относительной разности). Для абсолютно жестких сооружений регламентируются их осадка и крен.

При расчете сооружений конечной жесткости учитывается не только жесткость фундамента, но и всего сооружения в целом.

Ф.12.3. В чем отличие гибких фундаментов от жестких фундаментов?

К категории жестких относятся фундаменты, которые вследствие своих конструктивных особенностей практически не изгибаются под действием внешних нагрузок. Принимается, что реактивное давление по подошве жестких фундаментов определяется без учета их изгиба и изменяется по линейному закону (рис.Ф.12.3,а) как по длине, так и ширине фундамента.

Гибкие фундаменты обладают способностью изгибаться в одном или обоих направлениях подошвы. Реактивные давления по подошве определяются исходя из совместной работы фундамента и основания и зависят от прогиба фундамента (рис.Ф.12.3,б).

Читайте также: