Фундаменты (сооружения нулевого цикла)
Надежность и долговечность зданий и сооружений в первую очередь зависит от фундамента. Поэтому к фундаменту предъявляются повышенные требования по прочности, устойчивости, морозостойкости, а также он должен сопротивляться воздействию грунтовых вод. При этом фундамент должен быть экономичным и индустриальным, его стоимость не должна превышать 10% стоимости здания, вес – 20% общего веса конструкции, а трудоемкость – 15% полных трудовых затрат. По роду материала фундаменты могут быть бутовыми, бутобетонными, бетонными, железобетонными. В редких случаях также применяют металлические и деревянные фундаменты (деревянные или металлические сваи). Бутовые фундаменты представляют собой кладку из бутового камня на сложном или цементном растворе с обязательной перевязкой (несовпадением) вертикальных швов (промежутков между камнями, заполняемых раствором). Бутобетонные фундаменты обычно выполняют в деревянном опалубке (форме) из бетона класса не ниже В7, 5 (с включением в его толщу в целях экономии бетона кусков бутового камня). Бутовые и бутобетонные фундаменты неиндустриальны, трудоемки и применяются в районах, где бутовый камень является местным материалом. Бетонные и железобетонные фундаменты могут быть монолитными и сборными из элементов заводского изготовления. Последние в настоящее время имеют наибольшее распространение, так как себестоимость их даже с учетом затрат на заводское изготовление ниже монолитных бетонных, а особенно бутовых, фундаментов. По характеру работы под нагрузкой фундаменты подразделяются на жесткие, способные воспринимать лишь сжимающие напряжения, и гибкие, работающие на сжатие, изгиб и скалывание. К жестким относят бутовые, бутобетонные и бетонные фундаменты, к гибким – железобетонные. В зависимости от конструктивной схемы и передаваемой нагрузки фундаменты бывают: столбчатые, ленточные, сплошные, свайные (рис. 4.3). Столбчатые фундаменты представляют собой системы столбов и фундаментных балок под отдельно стоящими опорами (колоннами, столбами), а иногда и под стенами. Столбчатые фундаментыобычно применяют при небольших нагрузках (малоэтажные дома без подвалов), для каркасных зданий, а также в зданиях большой этажности при значительной глубине заложения фундаментов (4–5 м), когда устройство ленточного фундамента нецелесообразно из-за большого расхода строительных материалов.
Рис. 4.3. Конструктивные схемы фундаментов: а – столбчатые; б – ленточные; в – сплошные; г – свайные: 1 – стена; 2 – железобетонная фундаментная балка; 3 – столбчатый фундамент; 5 – отмостка; 6 – железобетонная фундаментная плита; 7 – ростверк; 8 – сваи
Фундаментные столбы могут быть бутовыми, бутобетонными, бетонными, железобетонными. В состав столбчатых фундаментов входят: плитная часть из одной или нескольких ступеней; подколонник с углублением (стаканом) для установки колонн (рис. 4.4).
Рис. 4.4. Столбчатые фундаменты: а – под наружные стены; б – монолитные под столбы; в, г – из железобетонного блока-подушки и блока плиты; д – из железобетонного башмака стаканного типа; е – из железобетонного блока-стакана и опорной плиты: 1 – железобетонная фундаментная балка; 2 – подсыпка; 3 – отмостка; 4 – гидроизоляция; 5 – кирпичный столб; 6 – блоки-подушки; 7 – железобетонная плита; 8 – железобетонная колонна; 9 – башмак стаканного типа; 10 – плита под башмак; 11 – блок-стакан
По конструктивному решению столбчатые фундаменты могут быть монолитными, возводимыми на месте строительства в опалубке, и сборными, изготовленными на заводе. Под кирпичные столбы фундаменты выполняют из железобетонных плит, уложенных одна на другую, или в виде ступенчатых опор из природного камня. Столбчатые фундаменты под несущими стенами здания устанавливают в углах, в местах примыкания и пересечения стен, а на протяженных участках – через 3–6 м. Поверх опор столбчатых фундаментов укладывают железобетонные балки, передающие нагрузку от стен на фундаменты. Сборные фундаменты устанавливают на песчаную подушку толщиной 0, 1–0, 15 м. На пучинистых грунтах под фундаментную балку устраивают слой песка или сыпучего утеплителя (керамзита или шлака) толщиной 0, 5–0, 6 м. Ленточные фундаменты представляют собой конструкцию, являющуюся продолжением несущих стен здания и располагаемых по всей длине наружных и внутренних несущих стен. В отдельных случаях такие фундаменты могут располагаться и под рядами колонн. Ленточные фундаменты в поперечном сечении бывают прямоугольными, трапецеидальными, ступенчатыми, прямоугольными с подушкой (рис. 4.5). Ленточные фундаменты передают нагрузку на основание равномерно, что особенно важно при слабых и неоднородных по сжимаемости грунтах, а также просадочных макропористых грунтах. В Западной Сибири такой вид фундамента является наиболее широко применяемым для малоэтажных зданий.
Рис. 4.5. Ленточные фундаменты: а – бутобетонные прямоугольные; б – бетонные трапецеидальной формы; в – бутовый ступенчатый; г – сборный железобетонный из блоков; д – то же из крупных панелей: 1 – обрез; 2 – уступ; 3 – отмостка; 4 – гидроизоляция
Ширину подошвы фундамента определяют расчетом, ширина поверху должна быть больше ширины стены на 10–12 см, необходимо также с каждой стороны оставлять обрезы. Трапеция является оптимальной теоретической формой поперечного сечения фундамента с уширенной подошвой. При пологом наклоне граней в теле трапецеидального фундамента возникают большие растягивающие и скалывающие напряжения, которые приводят к образованию трещин. Поэтому при применении для фундамента бута, бутобетона и бетона – материалов, слабо сопротивляющихся изгибу, устраивают жесткие фундаменты, в которых соотношения Н: К для бутовой кладки и бутобетона должно составлять 1, 5–2, 0, для бетона 1, 35–1, 75. Если требуется заложить ленточный фундамент небольшой глубины с уширенной подошвой, применяют железобетонные гибкие фундаменты. Железобетонные фундаменты могут быть как монолитного, так и сборного варианта. В обоих случаях производится расчет на прогиб подушки, в которой устраивается арматурная сетка. Наиболее индустриальными и прогрессивными являются сборные фундаменты. Сборные ленточные фундаменты обычно выполняют из железобетонных блоков-подушек и вертикальных стенок заводского изготовления (рис. 4.6). Вертикальная стенка может быть выполнена из сплошных или пустотелых блоков, рам или панелей. При таком способе производства работ снижаются трудовые затраты, облегчается работа в зимнее время. Блоки-подушки укладываются непосредственно на выровненную поверхность грунта основания или на песчаную подготовку толщиной 100–150 мм. Фундаментные бетонные блоки укладываются на растворе с обязательной перевязкой вертикальных швов. Толщина швов принимается равной 20 мм, вертикальные колодцы, образующиеся торцами блоков, тщательно заполняются раствором. Связь между сборными фундаментами продольных и поперечных стен осуществляется перевязкой блоков и закладкой в горизонтальные швы арматурных стальных сеток. Сборные ленточные фундаменты в соответствии с расчетом необходимой площади могут устраиваться непрерывными, прерывистыми и без подушек. Последние два варианта дают экономию в материалах за счет снижения затрат на блоки-подушки. При необходимости обеспечить независимую осадку двух несмежных участков здания устраивают осадочные швы, т.е. сквозные зазоры. Для беспрепятственной осадки в зазоры вставляют доски, обернутые толем, заполняют битумом или другим органическим вяжущим.
Рис. 4.6. Сборные железобетонные ленточные фундаменты: а – из крупных блоков; б – то же с прерывистой подушкой; в – рамный; г – панельный; д – схема соединения элементов: 1 – бетонные блоки; 2, 4 – фундаментные подушки; 3 – рамы; 5 – панели; 6 – фундаментные ребристые плиты; 7 – соединения из монолитного бетона
Для отвода от фундамента и цоколя атмосферных осадков служат отмостки или тротуары (рис. 4.3, 4.5, 4.7). Для предохранения стен от капиллярной влаги, поднимающейся по порам в массиве фундамента и цоколя из влажного грунта, а также от затопления подвалов подземными водами применяют горизонтальную и вертикальную гидроизоляцию фундаментов и стен подвалов: обмазочную, оклеечную и жесткую (рис. 4.7). Обмазочная изоляция представляет собой пленку битума или мастики (битумной, дегтевой, пластиковой и др.), наносимую на изолируемую поверхность кистью в расплавленном или холодном состоянии.
Рис. 4.7. Конструкции гидроизоляции стен подвалов: а – при напоре грунтовых вод менее 200 мм; б – при напоре 200–1000 мм; в – при напоре более 1000 мм: 1 – рулонная гидроизоляция; 2 – окрасочная гидроизоляция горячим битумом за два раза; 3 – оклеечная гидроизоляция; 4 – защитная стенка из кирпича; 5 – стеклоткань; 6 – деформационный шов; 7 – глина; 8 – пол подвала; 9 – стяжка; 10 – железобетонная плита; 11 – пригрузочный слой из бетона; 12 – подготовка; 13 – отмостка
Оклеечную изоляцию устраивают из гибких рулонных материалов (рубероид, пергамин, гидроизол, металлоизол, борулин, полиэтилен, полиакрил и т.д.), приклеиваемых к поверхности мастикой. Жесткая изоляция выполняется из цементного раствора, который наносится на изолируемую поверхность под давлением (торкретированием). Горизонтальную гидроизоляцию наружных стен при отсутствии подвала укладывают в цоколе на уровне бетонной подготовки под полы на 15–20 см выше отмостки или тротуара. Конструкция гидроизоляции в подвальных помещениях зависит от уровня грунтовых вод. Если уровень грунтовых вод ниже пола подвала, то от капиллярной влаги (грунтовой сырости) применяют горизонтальную и вертикальную гидроизоляцию. Горизонтальная гидроизоляция выполняется из двух слоев рубероида или толя, склеенных битумной или дегтевой мастикой, или из слоя цементного раствора (состав: 1 часть цемента к 2 частям песка, с добавкой церезита) толщиной 20–30 мм, укладываемого непрерывно по всей толщине наружных и внутренних стен на уровне пола подвала, который также делают из материала, не пропускающего влагу, – асфальта, бетона, глинобетона и др. Вертикальная гидроизоляция осуществляется тщательной окраской наружных поверхностей стен подвала, соприкасающихся с грунтом, горячим битумом. Рекомендуется также дополнительное устройство глиняного замка из слоя мягкой увлаженной глины. Нижняя плоскость ленточного и столбчатого фундамента, опирающаяся на основание, называется подошвой фундамента. Расстояние от спланированной поверхности земли до уровня подошвы называется глубиной заложения фундамента. Последняя зависит от глубины залегания грунта, способного служить надежным основанием (но не менее 0, 5 м), наличия подвала, вида грунтов основания, глубины промерзания грунтов, температурного режима внутри здания, а также глубины залегания грунтовых вод. В зданиях с подвалом глубина заложения фундамента должна быть не выше уровня его пола. Размеры фундамента: площадь подошвы, глубину заложения – определяют по СНиП 2.02.01–83* «Основания зданий и сооружений». Сплошные фундаменты в виде монолитных железобетонных ребристых или безбалочных плит устраивают под всей площадью здания в тех случаях, когда на фундамент действует значительная нагрузка, а грунты основания очень слабые, с неравномерной просадочностью, или когда необходимо защитить подвал от проникновения грунтовых вод при высоком их уровне (рис. 4.8).
Рис. 4.8. Сплошные фундаменты: а – безбалочный; б – с ребристой плитой
Такой вид фундамента отличается высокой надежностью, поэтому, несмотря на высокую стоимость, в последние годы широко применяется для зданий повышенной этажности. Свайный фундамент представляет собой конструкцию, состоящую из свай, погруженных в грунт и объединенных поверху плитой – ростверком (рис. 4.3, г). Иногда для объединения свай используют нижнюю часть стен (безростверковый фундамент). Такие виды фундаментов применяются при необходимости передачи на слабый грунт значительных нагрузок, а также при стремлении сократить величину осадки и добиться ее равномерности даже при наличии грунтов с высокой несущей способностью. Сваи различают: - по характеру работы: сваи-стойки (материковые) и висячие сваи (рис. 4.9); - материалу: деревянные, бетонные, железобетонные, металлические (рис. 4.10); - способу изготовления и погружения их в грунт: забивные, погружаемые ударным способом или вибрированием; завинчивающиеся; набивные – бетонируемые на месте при заполнении специально подготовленных скважин. -
Рис. 4.9. Схемы свайных фундаментов: а – сваи-стойки; б – висячие сваи; в – свайный фундамент с наклонными боковыми сваями и надземным ростверком
Сваи-стойки опираются своими концами на прочный (материковый) грунт и передают на него большую часть нагрузки. Такие сваи целесообразны, когда глубина залегания прочного грунта не превышает возможной длины сваи (порядка 6–9 м). Фундаменты на сваях-стойках почти не дают осадки. При значительной глубине залегания прочных грунтов применяют висячие сваи, которые оказывают сопротивление давлению от здания главным образом благодаря возникновению сил трения между боковой поверхностью сваи и окружающим ее грунтом. Сваи под подошвой фундамента располагают обычно группами или рядами (под несущими стенами – в один или два ряда). Одиночными называют сваи, размещенные изолированно или на расстоянии более ¼ их длины.
Рис. 4.10. Виды свай: а – железобетонная сплошная прямоугольного сечения; б – железобетонная свая-оболочка; в – набивная бетонная; г – металлическая завинчивающаяся: 1 – арматура; 2 – плотный грунт; 3 – стыковые крепления; 4 – лопасти
Группа свай под фундаментом называется свайным кустом, а сваи, расположенные в один или несколько рядов, образуют свайную полосу. Верхние концы свай объединяют в конструкцию при помощи бетонной или железобетонной плиты – ростверка. При возведении бесподвальных зданий целесообразно применять свайные фундаменты вместо сборных из крупных блоков даже при благоприятных грунтовых условиях, позволяющих принять нормативное давление грунта до 0, 2 МПа. Применение свайных фундаментов позволяет значительно сократить объем земляных работ, уменьшить размеры фундамента и, следовательно, снизить стоимость их возведения. Глубину заложения, количество и конструкцию свайного фундамента назначают в соответствии со СНиП 2.02.03–85 «Свайные фундаменты». Стены 4.3.1. Основные требования, предъявляемые к стенам
Архитектурная выраженность здания, его долговечность и комфортабельность внутренних помещений во многом зависят от конструкции стен. Стены зданий должны удовлетворять следующим основным требованиям: статическим – быть прочными и устойчивыми; противопожарным – в зависимости от степени огнестойкости здания иметь группу возгораемости и предел огнестойкости не ниже нормативных [4, 5]; теплотехническим – обеспечивать внутри помещений необходимый температурно-влажностный режим; акустическим – обладать достаточными для ограждаемых помещений звукоизолирующими свойствами; специальным, зависящим от назначения ограждаемых помещений; экономическим – иметь конструкцию, допускающую возведение стен индустриальными методами при наименьших трудовых и денежных затратах; при удовлетворении всем техническим требованиям иметь на 1 м2 поверхности минимальные вес и стоимость. Толщина стен также должна быть по возможности меньшей, однако не менее некоторого предела, определяемого расчетами. Стены классифицируют по условиям работы и материалу, применяемому для возведения. Оба этих показателя зависят от конструктивной и строительной систем и были рассмотрены ранее. 4.3.2. Архитектурно-конструктивные элементы и детали стен Для придания фасадам зданий определенных пропорций, масштабности, а также архитектурной выразительности прибегают к горизонтальному (цоколь, пояски, карнизы) и вертикальному (пилястры, раскреповки) членению поверхностей стен. При этом выделяют следующие основные элементы стен: цоколь, карнизы, проемы, откосы, перемычки, пилястры, температурные и осадочные швы, парапет, контрфорс, фронтон, балкон, эркер и лоджии (рис. 4.11).
Рис. 4.11. Архитектурно-конструктивные элементы стен: 1 – цоколь; 2 – кордон; 3 – главный карниз; 4 – промежуточный карниз; 5 – подоконный поясок; 6 – сандрик; 7 – оконный проем; 8 – простенок рядовой; 9 – простенок угловой; 10 – перемычка; 11 – ниша; 12 – обрез стены; 13 – раскреповка; 14 – пилястра; 15 – полуколонна; 16 – контрфорс; 17 – парапет; 18 – фронтон; 19 – горизонтальный карниз фронтона; 20 – деформационный шов; 21 – дверной проем Цоколь – нижняя, обычно утолщенная, надземная часть наружной стены, защищающая ее от увлажнения и случайных механических повреждений. Цоколь является важным архитектурным элементом: образуя основу здания, придает ему зрительно и конструктивно большую устойчивость. Карнизы – верхние горизонтальные профилированные выступы, предназначенные для предохранения стен от увлажнения стекающей с крыши дождевой или талой водой. Кроме венчающего, часто устраивают промежуточные карнизы, которые делят фасад по горизонтали. С той же целью над окнами устраивают небольшие карнизы, называемые сандриками, а по плоскости стены – пояски, напоминающие ленты, горизонтально вытянутые по стене. Проемы – крупные отверстия, оставляемые при сооружении стен для окон, дверей или печей. Участки стен между проемами называют простенками. Различают простенки рядовые (между двумя проемами) и угловые (между углами здания и ближайшим проемом). Откосы (притолоки) – верхние и боковые плоскости, ограничивающие проем. В проемах наружных стен откосы обычно делают с четвертями – прямоугольными выступами, закрывающими (для уменьшения продуваемости) щели между притолоками и устанавливаемыми в проем оконными или дверными коробками. Перемычки – конструкции, перекрывающие проемы сверху. Различают перемычки несущие и ненесущие. Несущей называют перемычку, которая, кроме собственного веса и вышележащей кладки, несет нагрузку от элементов перекрытия или других конструкций. Ненесущая перемычка, кроме веса кладки и собственного, никаких нагрузок не несет. Иногда согласно конструкции предусмотрено утолщение стен нижележащих этажей. Образовавшиеся горизонтальные уступы называют обрезами, вертикальные – раскреповками. Пилястры – узкие вертикальные выступы стен прямоугольного сечения, служащие для местного их усиления, а также для придания устойчивости высоким и протяженным стенам. Выступы полукруглого сечения называются полуколоннами. Важной конструктивной деталью являются деформационные швы (температурные и осадочные). Температурные швы разрезают стену от верха до фундамента на отдельные участки. Швы необходимы в стенах большой длины для предотвращения появления трещин из-за деформации материала при колебании температуры. Осадочные швы разрезают фундаменты, стены, перекрытия и покрытия. Устраивают их обычно на площадках с неоднородным грунтом, где возможна неравномерная осадка по периметру фундамента, а также при передаче на грунт неодинаковых нагрузок от отдельных частей здания. Парапет – элемент, являющийся продолжением наружной стены и выступающий над свесом крыши. Парапет препятствует открытому сбросу талой и дождевой воды по поверхности стен, поэтому в здании должны быть предусмотрены дополнительные, внутренние водоотводы. Все это повышает стоимость строительства, поэтому часто парапеты заменяют более простыми и легкими металлическими ограждениями. Кроме основных, стены выполняют ряд дополнительных функций. В частности, во внутренних стенах устраивают дымовые и вентиляционные каналы. Вентиляционные каналы размещают, как правило, рядом с дымовыми, так как подогрев их теплом дымовых газов способствует лучшей тяге. Для размещения приборов отопления и устройства стенных шкафов делают в стенах значительные углубления – ниши, а также малые углубления – гнезда. Контрфорс – вертикальный выступ с наклонной внешней гранью, применяется для повышения устойчивости сооружения. Фронтон – участок стены, ограниченный скатами крыши, ограждающий чердачное пространство двускатной крыши. Балконы, эркеры, лоджии – элементы здания, создающие определенные эксплуатационные удобства. Их конструкции непосредственно связаны с конструкцией стен (рис. 4.12).
Рис. 4.12. Элементы здания: а – балкон; б – эркер; в – лоджия
Балкон – открытая площадка, выступающая за плоскость наружной стены и огражденная перилами. Основной частью балкона в современных зданиях является железобетонная плита, консольно заделанная и заанкерированная в стене. Эркер – остекленный выступ в наружной стене здания. Он увеличивает площадь расположенного за ним помещения и улучшает доступ в него солнечным лучам, что особенно ценно при северной ориентации фасада. Делают эркеры обычно в несколько этажей и начинают со второго этажа. Лоджия – помещение, открытое со стороны фасада, а с других сторон огражденное стенами и перекрытиями. Особое значение лоджии имеют на юге, где они большую часть года используются как крытые балконы и защищают помещения от перегрева солнечными лучами.
|
