Фундаменты каркасных и бескаркасных опз

Обновлено: 29.04.2024

- пространственная жесткость - способность отдельных элементов и всего здания не деформироваться при действии приложенных сил.

В бескаркасных зданиях пространственная жесткость обеспечивается устройством:

- внутренних поперечных стен и стен лестничных клеток, связанных с продольными (наружными) стенами

- межэтажных предприятий, связывающих стенд между собой В каркасных зданиях устройством

- многоярусные рамы, образованной сочетанием колонн, ригелей и перекрытий, представляющих собой геометрически неизменяемую систему.

- стенок жесткости, устанавливаемых между колоннами

- стен лестничных клеток и лифтовых шахт, связанных с конструкциями каркаса

- наземного сопряжения элементов каркаса в стыках и узлах.

Конструктивной системой здания называется совокупность вертикальных и горизонтальных несущих конструктивных элементов, объединенных между собой определенным образом и обеспечивающих прочность и устойчивость здания.

Конструктивные элементы здания (фундаменты, стены, отдельные опоры, перекрытия), воспринимающие все виды нагрузок, возникающих в здании и действующих на него извне, и передающие эти нагрузки на грунты оснований, называют несущим остовом здания. В зависимости от сочетания элементов, образующих несущий остов, различают следующие конструктивные системы зданий:

- бескаркасная с несущими стенами (стеновая);

- с неполным каркасом (комбинированная).

Конструктивные решения элементов и систем здания в целом выбирают на основе вариантного проектирования и технико-экономического анализа их основных технико-экономических показателей.

Бескаркасная система – это система, объединяющая наружные и внутренние стены и опирающиеся на них плиты перекрытий в единый несущий остов. Бескаркасная система в свою очередь подразделяется:

- система с продольными стенами, расположенными вдоль длинной фасадной стороны здания и параллельно ей (их может быть две, три, четыре) (рис. 2.1);

- система с поперечными несущими стенами, с узким шагом (4.2 - 4.8 м), с широким шагом (более 4.8 м), со смешанными шагами (рис. 2.2);

- система с продольными и поперечными стенами (перекрестно- стеновая с одновременным опиранием панелей перекрытий по контуру). Размер панелей перекрытий в этом случае равен размеру пространственной ячейки между четырьмя стенами (рис. 2.3).

В зданиях с бескаркасной системой наружные несущие стены совмещают две функции: несущую и ограждающую.

Рис. 2.1. Здание с продольными несущими стенами:

А - аксонометрия; Б - план перекрытий; В - план этажа; 1 - плита перекрытия; 2 – наружная несущая стена; 3- внутренняя продольная несущая стена; 4 – поперечная самонесущая стена

Рис. 2.2. Здание с поперечными несущими стенами:

А - аксонометрия; Б - план перекрытий; В - план этажа; 1-плита перекрытия; 2 – наружная несущая стена; 3- внутренняя продольная несущая стена; 4 – наружная продольная самонесущая стена

Рис. 2.3. Здание с продольными и поперечными несущими стенами одновременно (опирание панелей перекрытия по контуру):

А- аксонометрия; Б - план перекрытий; В - план этажа; 1- панель перекрытия; 2 - наружная продольная несущая стена; 3 - наружная поперечная несущая стена; 4- внутренняя поперечная несущая стена; 5- внутренняя продольная несущая стена

Каркасная конструкция производственного здания обусловливает необходимость устройства самостоятельного фундамента под каждую колонну. Размер его определяется нагрузкой, приходящейся на колонну, предельно допустимым давлением на грунт под подошвой фундамента и глубиной промерзания грунта.

3.2.1 Фундаменты. Фундаментные балки

Фундаменты под сборные железобетонные колонны устраивают в основном в виде отдельных опор с отверстиями стаканного типа. Ленточные фундаменты по продольным рядам колонн или сплошную фундаментную плиту под все здание применяют в исключительных случаях, когда фундаменты в виде отдельных опор не обеспечивают необходимую прочность и устойчивость или когда это целесообразно по условиям обеспечения «гибкости» и универсальности размещаемого производства.

Конструкции фундаментов относятся к числу материалоемких элементов здания. На их устройство требуется до 20% общего расхода бетона, а стоимость их возведения составляет от 5 до 20% от стоимости здания.

Фундаменты под колонны в виде отдельных опор по способу возведения подразделяют на монолитные и сборные.

Монолитные фундаменты более предпочтительны, так как располагают лучшими возможностями получения нужных форм и размеров, диктуемых нагрузками и местными условиями строительства. В большинстве своем они экономичнее сборных вследствие меньшего расхода стали и затрат на транспортирование и монтаж.

Монолитный фундамент состоит из подколонника с отверстием (стаканом) для заделки колонн и ступенчатой плитной части (рис. 5.4). В целях ограничения типоразмеров опалубочных элементов, а также для более четкой градации арматурных изделий, все опалубочные размеры унифицированы.

Высота унифицированных фундаментов составляет 1,5 и от 1,8 до 4,8 м с градацией через 0,6 м,

Размеры подошвы в плане от 1,5х1,5 до 6,6х7,2 с модулем 0.3 м.

Размеры подколонника в плане - от 0,9х0,9 до 1,2х2,7 м (через 0,3 м).

Высоту ступеней принимают 0,3 и 0,45 м с совмещением уступов, обеспечивающих уклон 2:1.

Рис. 5.4 Монолитный фундамент под железобетонные колонны.

Сборные фундаменты под колонны применяют, когда их можно сделать из одного блока ограниченной массы (обычно не более 6 т). В случае необходимости сборные фундаменты могут быть установлены на опорные плиты (рис. 5.5). Размеры сборных фундаментов подчинены тем же модулям, что и монолитные.

Рис. 5.5 Сборный фундамент под железобетонные колонны.

Под спаренные колонны в местах деформационных швов устраивают монолитные фундаменты с двумя раздельными стаканами (рис. 5.6, а). Установлены следующие размеры стаканов: глубина 0,8, 0,9 и 1,25 м. Размеры по верху и дну соответственно на 150 и 100 мм больше размеров сечения колонн (рис. 5.6, б). После установки колонн стаканы заливают бетоном класса В20 или В25 на мелком гравии. На изготовление монолитных и сборных фундаментов используют бетоны классов В10 и В15. Под монолитные фундаменты делают подготовку толщиной 100 мм из бетона класса В7,5 или из щебня с проливкой цементным раствором. Это предотвращает вытекание цементного молока из бетонной смеси и перемешивание бетонной смеси с грунтом.

Рис. 5.6. Фундаменты под железобетонные колонны: а - в местах устройства деформационных швов; б - заделка колонны в фундаменты.

При наличии слабых грунтов под фундаменты устраивают свайные основания (рис. 5.7). В практике промышленного строительства наибольшее применение получили забивные и буронабивные сваи. Железобетонные забивные цельные сваи сплошного квадратного сечения рекомендуются к преимущественному применению. Их выполняют с размерами сечения 300х300; 350х350 и 400х400 мм. Головки свай после забивки (допускается разница в их уровне 1-2 см) заделывают в ростверк на глубину не менее 150 мм.

Рис. 5.7 Свайный фундамент под железобетонные колонны.

Буронабивные сваи изготавливают непосредственно в грунте. Для этого в пробуренную скважину устанавливают арматурный каркас и укладывают бетонную смесь. Сваи такого типа целесообразны в следующих случаях: при больших нагрузках на фундаменты; на территориях с просадочными и слабыми грунтами; в стесненных условиях строительной площадки, на которой невозможна забивка свай или когда недопустимы динамические воздействия на рядом расположенные объекты; при необходимости усиления фундаментов существующих зданий.

В целях унификации и сокращения числа типоразмеров колонн верх монолитных и сборных фундаментов располагают на 150 мм ниже отметки ±0.000. Это позволяет монтировать колонны при засыпанных котлованах, после устройства подготовки под полы и прокладки подземных коммуникаций.

Фундаментные балки из сборного железобетона разработаны под кирпичные, блочные, панельные самонесущие и панельные навесные варианты исполнения наружных стен.

В зависимости от веса наружных стен и шага колонн фундаментные балки имеют тавровое и трапециевидное сечение. Балки таврового сечения (рис. 5.8, а) применяют при кирпичных стенах толщиной 380 и 510 мм и панельных самонесущих стенах толщиной до 300 мм при шаге колонн 6 м. Балки трапециевидного сечения (рис. 5.8, б, в) применяют при шаге колонн 6 и 12 м. Их выполняют при кирпичных стенах толщиной 250 мм, панельных самонесущих стенах - 200 и 240 мм и панельных навесных - 160, 200, 240 и 300 мм.

Рис. 5.8. Фундаментные балки: а) таврового сечения при шаге колонн 6м; б) трапецевидного сечения при шаге колонн 6 м; в) то же, при шаге 12 м.

Фундаментные балки опирают на бетонные столбики (приливы), устраиваемые сечением 300х600 мм (рис. 5.9, а, б) в пределах подколонников. Отметка верха столбиков зависит от высоты фундаментных балок и может составлять -0,350; -0,450 и -0,650 мм. Длина фундаментных балок согласуется с шагом колонн, размерами подколонника и местом укладки. Так, при шаге колонн 6 м длина балок может быть 5950, 5050, 4750, 4400 и 4300 мм, а при шаге 12 м - 11950, 10750, 10400 и 10300 мм.

Верх фундаментных балок располагают на 30 мм ниже уровня чистого пола (отметка -0,030). На этом уровне устраивают гидроизоляцию из одного-двух слоев рулонного материала на мастике. Допускается выполнять гидроизоляцию из цементно-песчаного раствора (1:2) толщиной 300 мм.

Рис.5.9. Опирание фундаментных балок. 1 - набетонка толщиной 120 мм; 2 - слой раствора толщиной 20 мм; 3 - опорный столбик; 4 - фундаментная балка.

Для предохранения балок от деформаций при пучении грунтов снизу или с их боков делают подсыпку из шлака, крупнозернистого песка или кирпичного щебня (рис. 5.10). В отапливаемых зданиях в целях утепления пристенной рабочей зоны ширина подсыпки из утеплителя может составлять - 1..2 м.

По периметру здания устраивают отмостку из асфальта или бетона шириной 0,9-1,5 м с уклоном от стены не менее 1:12.

Рис.5.10. Детали фундамента наружного ряда колонн:

- набетонка толщиной 120 мм; 2 - слой раствора толщиной 20 мм; 3 - опорный столбик; 4 - фундаментная балка; 5 - песок; 6 - щебеночная подготовка (13-15см); 7 - асфльт (1,5-2см); 8 - гидроизоляция; 9 - стеновая панель; 10 -колонна; 11 - подстилающий слой; 12 - шлак.

2.1. Фундаменты. Фундаментные балки.

Фундаменты под колонны в виде отдельных опор по способу возведения подразделяют на монолитные и сборные.

Высота унифицированных фундаментов составляет 1,5 и от 1,8 до 4,8 м с градацией через 0,6 м,

Размеры подошвы в плане от 1,5х1,5 до 6,6х7,2 с модулем 0.3 м.

Размеры подколонника в плане – от 0,9х0,9 до 1,2х2,7 м (через 0,3 м).

Высоту ступеней принимают 0,3 и 0,45 м с совмещением уступов, обеспечивающих уклон 2:1.

Рис. 5.4. Монолитный фундамент под железобетонные колонны.

Рис. 5.5. Сборный фундамент под железобетонные колонны.

а)

б)

Рис. 5.6. Фундаменты под железобетонные колонны: а – в местах устройства деформационных швов; б – заделка колонны в фундаменты.

При наличии слабых грунтов под фундаменты устраиваютсвайные основания (рис. 5.7). В практике промышленного строительства наибольшее применение получили забивные и буронабивные сваи. Железобетонные забивные цельные сваи сплошного квадратного сечения рекомендуются к преимущественному применению. Их выполняют с размерами сечения 300х300; 350х350 и 400х400 мм. Головки свай после забивки (допускается разница в их уровне 1-2 см) заделывают в ростверк на глубину не менее 150 мм.

Рис. 5.7. Свайный фундамент под железобетонные колонны.

В целях унификации и сокращения числа типоразмеров колонн верх монолитных и сборных фундаментов располагают на 150 мм ниже отметки 0.000. Это позволяет монтировать колонны при засыпанных котлованах, после устройства подготовки под полы и прокладки подземных коммуникаций.

В зависимости от веса наружных стен и шага колонн фундаментные балки имеют тавровое и трапециевидное сечение. Балки таврового сечения (рис. 5.8, а) применяют при кирпичных стенах толщиной 380 и 510 мм и панельных самонесущих стенах толщиной до 300 мм при шаге колонн 6 м. Балки трапециевидного сечения (рис. 5.8, б, в) применяют при шаге колонн 6 и 12 м. Их выполняют при кирпичных стенах толщиной 250 мм, панельных самонесущих стенах – 200 и 240 мм и панельных навесных – 160, 200, 240 и 300 мм.

а) б) в)

Фундаментные балки опирают на бетонные столбики (приливы), устраиваемые сечением 300х600 мм (рис. 5.9, а, б) в пределах подколонников. Отметка верха столбиков зависит от высоты фундаментных балок и может составлять –0,350; -0,450 и –0,650 мм. Длина фундаментных балок согласуется с шагом колонн, размерами подколонника и местом укладки. Так, при шаге колонн 6 м длина балок может быть 5950, 5050, 4750, 4400 и 4300 мм, а при шаге 12 м – 11950, 10750, 10400 и 10300 мм.

Рис.5.9. Опирание фундаментных балок. 1 – набетонка толщиной 120 мм;

2 – слой раствора толщиной 20 мм; 3 – опорный столбик;

4 – фундаментная балка.

По периметру здания устраивают отмостку из асфальта или бетона шириной 0,9-1,5 м с уклоном от стены не менее 1:12.

Рис.5.10. Детали фундамента наружного ряда колонн:

1- набетонка толщиной 120 мм; 2 – слой раствора толщиной 20 мм; 3 – опорный столбик; 4 – фундаментная балка; 5 - песок; 6 – щебеночная подготовка (13-15см); 7 – асфльт (1,5-2см); 8 – гидроизоляция; 9 – стеновая панель; 10 –колонна; 11 – подстилающий слой; 12 – шлак.

Номенклатура колонн достаточно многообразна. Она определяется местом колонны в составе здания, ее высотой, нагрузкой от покрытия и стен, от опирающегося на каркас кранового оборудования и других технологических устройств. Под влиянием этих факторов сформировались и находят преимущественное применение унифицированные типы колонн прямоугольного сечения, двухветвевые и круглые.

Колонны в системе каркаса воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки постоянного и временного характера. В силу этого конструкции колонн должны отвечать повышенным требованиям прочности, жесткости и устойчивости.

Для массового индустриального строительства разработаны типовые конструкции сборных железобетонных колонн для зданий без опорных мостовых кранов и для зданий с опорными мостовыми кранами.

Для зданий высотой от 3 до 14,4 м без опорных мостовых кранов или с подвесными кранами грузоподъемностью до 5 т применяют колонны постоянного сечения (рис.5.11). Средние колонны при высоте сечения меньше 500 мм вверху снабжают симметричными двухсторонними консолями, чтобы обеспечить опирание конструкций покрытия. Длину колонн выбирают с учетом высоты здания (от пола до низа несущих конструкций покрытия) и глубины заделки колонны в фундаменты. Размеры сечения колонн зависят от нагрузки и длины колонн, их шага и расположения (в крайних и средних рядах). Сечения колонны могут иметь квадратное (300х300; 400х400 и 500х500 мм) и прямоугольное (400х300; 500х400; 600х500 мм). Колонны постоянного сечения заделывают в железобетонные фундаменты на глубину 750, 850 мм.

Рис. 5. 11. Сборные железобетонные колонны для зданий высотой 3…14,м без опорных мостовых кранов.

Для зданий с опорными мостовыми кранами грузоподъемностью до 32 т легкого, среднего и тяжелого режимов работы разработаны колонны прямоугольного сечения (рис. 5.12, а), а для зданий с опорными кранами общего назначения от 32 до 50 т легкого, среднего и тяжелого режимов работы – колонны двухветвевые (рис. 5.12, б).

Колонны прямоугольного сечения могут быть использованы в зданиях высотой от 8,4 до 14,4 м. Размеры сечения колонн в подкрановой части составляют от 400х600 до 400х900 мм (через 100мм).

Колонны двухветвевого сечения применяют в зданиях высотой более 14,4 (до 18) м. Размеры сечения колонн в подкрановой части составляют 500х1400 и 500х1900 мм.

Рис. 5.12. Сборные железобетонные колонны для зданий:

а) для зданий с опорными мостовыми кранами грузоподъемностью до 32 т и высоте здания 8,4…14,4 м;

б) то же, с кранами до 50 т и высоте от 14,4…18 м.

Сборные колонны изготавливают из тяжелого бетона классов В15-В40.

Для соединения с колонной других конструктивных элементов (стропильных и подстропильных конструкций, подкрановых балок, элементов стен и др.) в ней предусматривают закладные детали. В колоннах, располагаемых в местах установки вертикальных связей, предусматривают закладные детали для крепления связей, а у колонн, располагаемых у торцевых стен, - дополнительные закладные детали для крепления приколонных стоек фахверка. В верхней части колонны имеют оголовки: при опирании на них железобетонных конструкций с соединением на монтажной сварке – горизонтальные пластины, при стальных несущих конструкциях – анкерные болты (рис. 5.13).

Рис. 5.13. Основные закладные элементы колонн: 1 – закладная деталь для крепления стальной фермы (анкеры); 2, 3 – то же, для крепления подкрановой балки; 4 – то же, стеновых панелей, 5 – то же, вертикальных связей.

При использовании в покрытиях железобетонных подстропильных конструкций длина колонны средних рядов принимается на 600 мм меньше, чем в покрытиях только со стропильными конструкциями.

Размеры сечения надкрановой части колонн прямоугольного и двухветвевого вида унифицированы и составляют по высоте (в направлении пролета) 380 и 600 мм. При высоте сечения 380 м возможна «нулевая» привязка колонн к крайней продольной разбивочной оси, поскольку ось подкранового пути имеет также унифицированную привязку к ней, равную 750 мм. При высоте сечения 600 мм необходимо применять привязку «250» или «500», так как в этом случае ось подкранового пути отстоит от разбивочной оси на 1000 мм и более.

Двухветвевые железобетонные колонны по сравнению с колоннами прямоугольного сечения более трудоемки при изготовлении, транспортировке и монтаже. Вследствие этого применение ограничивают, вместо них рациональнее применять стальные колонны.

В целях снижения массы колонн и более экономного расхода материалов разработаны типовые колонны кольцевого сечения, изготавливаемые методом центрифугирования (рис. 5.14). Такие колонны могут быть использованы в зданиях с неагрессивной средой без мостовых кранов или с грузоподъемностью до 32 т. Диаметры сечения колонн в зависимости от нагрузки и длины колонны, сетки колонн и грузоподъемности кранов составляют от 300 до 1000 мм (через 100 мм) при толщине стенок от 50 до 120 мм. На изготовление таких колонн требуется почти в 2 раза меньше бетона и на 20-30% стали.

Железобетонные каркасы одноэтажных промышленных зданий проектируют как плоскостные стоечно-балочные системы, монтируемые из сборных железобетонных элементов заводского изготовления. Они должны обладать необходимой прочностью и пространственной устойчивостью.

Сборный вариант железобетонного каркаса одноэтажного здания состоит из поперечных рам, объединенных в пространственную систему продольными конструктивными элементами - фундаментными, подкрановыми и обвязочными балками, несущими конструкциями ограждающей части покрытия и специальными связями (между стойками и между несущими конструкциями покрытия) (рис. 5.1, 5.2, 5.3).

Рис. 5.1. Железобетонный каркас со стропильными фермами: 1 - фундамент; 2 - колонна; 3 - подстропильная ферма; 4 - стропильная ферма; 5 - температурный шов; 6 - плита покрытия; 7 - утеплитель по пароизоляции; 8 - стяжка; 9 - кровельный ковер; 10 - стеновая панель; 11- простеночная панель; 12 - окно; 13 - подкрановая балка; 14 - фундаментная балка; 15 - связи по колоннам.

Рис.5.2. Железобетонный каркас со стропильными балками:

- фундамент; 2 - колонна; 3 - подстропильная балка; 4 - стропильная балка; 5 - стойка фахверка.

В поперечном направлении прочность и устойчивость обеспечиваются системой одно- или многопролетных рам, стойки которых чаще всего жестко защемлены в фундамент, а вверху имеют шарнирную связь с несущими элементами покрытия - ригелями (рис. 5.1, 5.2). Шарнирное крепление вверху обусловлено тем, что обеспечить жесткую связь ригеля с колонной значительно сложнее, чем шарнирную, и, кроме того, возникают большие возможности типизации элементов каркаса.

В продольную раму каркаса включаются все колонны поперечных рам температурного блока, находящиеся на одной оси, с расположенными по ним подкрановыми балками или распорками и вертикальными связями, установленными между колоннами (рис. 5.1). На устойчивость каркаса в продольном направлении оказывают влияние высота здания, наличие мостовых кранов, а также высота несущего элемента покрытия (ригеля) на опоре. Для придания покрытию свойств жесткого диска, обеспечивающего равномерное распределение горизонтальных усилий, возникающих при ветре и торможении мостовых кранов, железобетонные настилы, укладываемые по ригелям рам температурного блока, привариваются к их верхнему поясу. Швы между настилами замоноличиваются.

Членение каркаса на конструктивные элементы производится с таким расчетом, чтобы общее их количество и количество монтажных стыков были возможно меньшими, сечение экономичным, а изготовление, транспортировка и монтаж технологичны и удобны. Поэтому традиционное решение каркаса включает: фундаменты под колонны; фундаментные балки; колонны; подкрановые балки; подстропильные и стропильные конструкции; обвязочные балки, связи (рис.5.1 и 5.2). В зависимости от характера производства, вида внутрицехового транспорта, сетки колонн, характера ограждающих конструкций некоторые из перечисленных элементов могут отсутствовать или появляться дополнительные.

В интересах сокращения количества монтажных единиц и снижения материалоемкости каркаса могут применяться длинномерные настилы покрытия. Для их укладки непосредственно по колоннам крайних и средних рядов (рис. 5.3) используют ригели, играющие роль подстропильных конструкций.

Рис. 5.3. Железобетонный каркас с плитами на «пролет»:

- фундамент; 2 - колонна; 3 - ригель; 4 - длинномерный настил; 5 - светоаэрационный фонарь; 6 - крановый рельс.

Колонны. Для восприятия вертикальных и горизонтальных нагрузок в промышленных зданиях предусматривают отдельные опоры - колонны. В современном индустриальном строительстве применяют преимущественно сборные железобетонные колонны заводского изготовления прямоугольного или квадратного сечения. Сборные железобетонные колонны применяют для зданий с мостовыми кранами и без них. Для бескрановых зданий высотой до 10800 мм применяют колонны прямоугольного сечения размером 400х400 и 500х500 мм для крайних колонн, 400х600 и 500х600 мм - для средних

а - для бескрановых; б - с кранами; в - двухветвевые колонны для крановых пролетов; 1 - колонна крайнего ряда; 2 - то же, среднего ряда.

Для каркасов зданий, оборудованных мостовыми кранами, применяют колонны прямоугольного и двухветвевого сечений. Они состоят из двух частей: надкрановой и подкрановой. Надкрановая часть - надколонник - служит для опирания несущей конструкции покрытия. Подкрановая часть передает нагрузку на фундамент от надколонника, а также от подкрановых балок, которые опираются на выступы консоли колонны. Крайние колонны крановых пролетов имеют односторонний выступ - консоль, средние - двусторонние консоли.

Фундаменты. Под колонны каркаса зданий устраивают фундаменты из железобетона в сборном или монолитном исполнении. Проектируют их, как правило, ступенчатой формы (см. схему ниже).

а - монолитный; б - сборный; 1 - бетонный столбик; 2 -железобетонная колонна; 3 - заделка бетоном; 4 - подливка раствором.

Фундаментные балки. Они служат для передачи нагрузки от наружных и внутренних стен здания на фундаменты колонн. Фундаментные балки для наружных стен выносят за грани колонн, а для внутренних стен располагают между колоннами по линии их осей. Балки имеют тавровое (см. схему ниже) или трапецеидальное поперечное сечение. Длина основных балок при шаге колонн 6000 мм - 4950 мм, при шаге 12000 мм - 10700 мм.

а - таврового сечения; б - трапецеидального; в - поперечные сечения; г - опирание балок на фундамент.

Зазоры между торцами балок и фундаментов заполняют бетоном. По верхней поверхности балок устраивают гидроизоляцию. Пучинистые грунты из-под балок убирают и делают песчаную или шлаковую подсыпку.

Читайте также: