Проектирование зданий и сооружений. Виды и конструктив фундамента

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

(ФИЛИАЛ) ФЕДЕРАЛЬНОГО 

ГОСУДАРСТВЕННОГО АВТОНОМНОГО  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 

«КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Реферат

на тему «Проектирование зданий и сооружений. Виды и конструктив фундамента»

Выполнил:                                                                                                   Студент 3 курса

группы  № 631 заочной

формы обучения

Минкин  И.Д

Проверил:                                                                                                  Четырчиский А. В.

г. Чистополь  2014 год.

Проектирование  фундамента зданий и сооружений.

Главная опорная составляющая любого здания, призванная выдерживать  массу всей постройки в целом, – это фундамент. От прочности  и надежности фундамента зависит  прочность и время эксплуатации всего здания в целом. Качественный фундамент надежно защитит ваше строение от проседания, а также  от возможного появления трещин.

Проектирование фундамента здания требует учитывать особенности  рельефа местности, характерные  черты  грунта и особенности микроклимата. Например, фундамент здания, находящегося на суглинистом или глинистом покрытии, испытывает огромное воздействие грунтовых вод. Данный грунт с течением времени может значительно оседать и размываться. При этом вода, впитавшаяся в фундамент, при пониженных температурах замерзает, при этом создавая эффект «вздутия». Чаще всего это происходит, когда глубина промерзания фундамента намного ниже уровня залегания грунтовых вод в данной местности. В результате фундамент здания приподнимается в холодное время года, а летом, когда замерзшая ранее вода тает, снова опускается на прежний уровень, в конечном итоге приводя к значительному перекосу всего здания.

Следовательно, проектирование и возведение фундамента необходимо доверять только опытным специалистам, имеющим все необходимые для  данного типа работ лицензии и  способным выполнить проекты  фундаментов любой сложности, с  учетом определенных климатических  особенностей и выраженной специфики  грунта.

Среди основных типов фундаментов, применяемых сегодня в таких  городах, как Минск, можно выделить следующие типы:

• мелкозаглубленный;
• ленточный;
• плавающий;
• столбчатый;
• винтовой;
• монолитный ленточный;
• свайный;
• плитный;
• фундамент для небольших сооружений (дача, баня, забор).

Размер готовых фундаментов, их тип, глубина заложения, плотность  армирования определяются при проектировании фундамента и целиком зависят  от:

• топографии участка застройки;
• планировочно-конструктивного решения здания;
• результатов гидро-геологических изысканий.

По результатам изучения  геологического отчета, при наличии топографической съемки земельного участка и предварительного проекта, наша компания приступает к проектированию фундаментов зданий.

Наши специалисты предусматривают  все особенности участка проведения строительных работ с учетом прочностных  особенностей грунта и его физико-химических характеристик и представляют на рассмотрение заказчику несколько  возможных проектных решений  фундаментов с подробным технико-экономическим  сравнением. В результате наш клиент может самостоятельно выбрать проект фундамента, обеспечивающего абсолютно  полное использование всех прочностных  и деформационных особенностей, залегающих на данном участке грунтов и физико-механических свойств строительных материалов, которые  будут использоваться для заливки  фундамента.

Только своевременно и  качественно выполненная экспертиза проекта фундамента, его глубокий  анализ и корректные рекомендации по приведению проекта в соответствие с гидрогеологией строительного участка, точные расчеты конструкций и основания служат гарантом, позволяющим выполнить все необходимые строительные мероприятия, предусмотренные СНиП и другими нормами. К тому же, все это обеспечивает значительную экономию финансовых средств.

Проектированию фундаментов, полного комплекса монтажно-строительных работ нулевого цикла, обязано  предшествовать правильно составленное техническое задание на их проведение с последующей профессиональной экспертизой проведенных монтажно-строительных  работ и расчетов.

В данном этапе проектных  работ лежит залог рациональных решений фундаментов зданий и  сооружений, совмещающих в себе прочность  и долговечность, в комплексе  с разумными и обоснованными  материальными расходами на их устройство.

Виды  и конструктив фундаментов.

Существует большое количество видов фундаментов.

В зависимости от способа опирания на грунт различают следующие  виды:

– ленточные;

– столбчатые (некоторые мастера называют их свайными);

– плитные.                        

Ленточные фундаменты.

Ленточные фундаменты имеют одинаковую форму поперечного сечения по всему периметру стен здания, а  также под всеми его внутренними  несущими стенами. Чаще всего ленточные  фундаменты устраивают под зданиями с тяжелыми массивными стенами, изготовленными из следующих материалов:

– природного камня-плитняка;

– обыкновенного кирпича;

– кирпича-сырца;

– бетонных блоков небольшого размера.

Возведение ленточных фундаментов  характеризуется большими объемами земляных работ, высоким расходом материалов и значительной трудоемкостью. Однако, несмотря на все эти минусы, ленточные  фундаменты все же получили широкое  распространение в строительстве  в основном благодаря простой  технологии.

В зависимости от используемых при  устройстве материалов ленточные фундаменты разделяют на:

– бутовые;

– бутобетонные;

– бетонные;

– кирпичные.

Бутовые фундаменты выкладывают из крупного бутового камня одинаковой формы и размера. Для устройства фундаментов обычно выбирают плоскогранные камни (иногда их называют постелистыми). Поскольку в процессе работы их необходимо плотно укладывать друг на друга, скрепляя цементным раствором, некоторые камни приходится раскалывать. Толщина кладки из бутового камня варьируется от 50 до 70 см.

Бутовые фундаменты – самые массивные, а значит, самые трудоемкие из всех видов фундаментов. Именно поэтому  не рекомендуется устраивать их при  возведении садовых домиков и  загородных домов. Однако, если бутовый  камень является местным материалом и не нужно тратить средства на его транспортировку, можно использовать и его.

Положительные качества бутовых фундаментов:

– максимальная долговечность (срок службы составляет не менее 150 лет);

– прочность;

– устойчивость к промерзанию;

– устойчивость к воздействию грунтовых вод.

Бутобетонный фундамент выкладывают из раствора и наполнителя (щебня, гравия, бутовых камней небольшого размера). Также можно использовать битый или пережженный кирпич. В качестве связующего компонента применяют цементный или цементно-известковый раствор (в зависимости от влажности грунта).

Бутобетонную массу выкладывают  в деревянной опалубке или же прямо  в траншее с вертикальными  стенами, постепенно заполняя весь ее объем. Для того чтобы грунт, осыпаясь, не смешивался с бетоном, вертикальные стенки траншеи закрывают полотнами  рубероида или толя.

Технология приготовления бутобетонного  фундамента достаточно проста: в подготовленную траншею насыпают наполнитель слоем 10–15 см, затем тщательно его утрамбовывают тяжелой трамбовкой и заливают раствором. После этого засыпают слоем песка и вновь заливают раствором. Уложенный таким образом фундамент по прочности практически не уступает бутовому, превосходя его в простоте исполнения

Широкое распространение получили бетонные, или заливные фундаменты, состоящие из чистого бетона, с наполнителем из мелкого и среднего гравия или щебня. Бетонный фундамент заливают в опалубку и немного трамбуют. Благодаря однородности состава толщина бетонного фундамента меньше, чем у бутового или бутобетонного, примерно 20–35 см толщиной.

Бетонный фундамент имеет свои плюсы и минусы. Так, например, прочность  и долговечность у этого вида фундамента не хуже, чем у двух предыдущих. Срок службы бетонных фундаментов, как  и бутобетонных, составляет 50 лет. Недостаток всего один, но достаточно серьезный  – большой расход цемента, а значит, высокая стоимость.

Кирпичный фундамент представляет собой кирпичную кладку из обыкновенного, обожженного кирпича на цементном или же на цементно-песчаном растворе. Толщина кирпичного фундамента зависит от размера используемого кирпича – 38, 51 и 64 см. Кирпичный фундамент в обычном строительстве используется крайне редко из-за дороговизны и недолговечности вследствие недостаточной водостойкости. Кирпичный фундамент, как правило, устраивают только на сухих грунтах и при наличии недорогого кирпича в достаточном количестве. Чаще всего в строительстве применяются бетонные и бутобетонные фундаменты

Верхняя часть  ленточного фундамента называется цоколем. По отношению к плоскости наружной стены цоколь бывает западающим, выступающим  или сложенным заподлицо. Чаще всего  выбирают западающий, поскольку в  этом случае стенка фундамента имеет  меньшую толщину и не требует  устройства слива.

Столбчатые  фундаменты.

Как правило, столбчатые фундаменты используют при строительстве домов со стенами  из различных видов древесины. Давление на грунт у таких домов значительно  меньше, а значит, можно сэкономить на материале для фундамента.

Столбчатые фундаменты устраивают следующим образом: выкапывают ямы-шурфы  нужной глубины и сечения на расстоянии 120–200 см друг от друга в зависимости от конструкции и материала стен. Столбы фундаментов обязательно должны располагаться:

– под углами наружных стен;

– в местах примыкания внутренних стен;

– под пересечениями внутренних стен.

В том случае, если на лаги или балки  пола опирается перегородка, под  ними тоже устраивают фундамент. Внимательно  следят за тем, чтобы ямы-шурфы были расположены соответственно разметке, под осями стен. Конечно, минимальные  отклонения считаются допустимыми  для такого рода работ, однако лучше, если их не будет совсем. Расстояние между столбами должно быть от 1,2 до 2,5 м.

В качестве материалов для строительства  столбчатых фундаментов используются те же, что и при устройстве ленточных, однако расход их и, соответственно, затраты  значительно ниже. Основной элемент  таких фундаментов – это свая (или столб) из камня, кирпича, бетона или железобетона. В качестве формы  для сваи можно использовать асбестовую трубу, заполненную цементным раствором.

При устройстве столбчатых фундаментов  обращают внимание на необходимость  устройства цоколя или забирки в  промежутке между столбами. Делают ее разными способами. На рис. 25 показан вариант фундамента с теплым подпольем и кирпичным цоколем, который опирается на перемычку, уложенную поверх столбов. Верх столбов находится ниже отметки земли на 10–15 см. Железобетонную перемычку выполняют в деревянной опалубке в виде установленного от столба до столба желоба. На дно этого желоба укладывают 3-сантиметровый слой раствора и стальную арматуру из 3–4 прутьев сечением не менее 10 мм. Концы прутьев сгибают крючком. Арматуру закрывают сверху слоем раствора не менее 5 см. В этом варианте фундамента большое значение имеет воздушная прослойка между перемычкой и грунтом основания, предохраняющая цоколь от давления вспученного грунта, плотно прижатые с обеих сторон к перемычке асбестоцементные листы закрывают эту воздушную прослойку от осыпания грунта. Кстати, большинство проблем, с которыми сталкиваются через 1–2 года после строительства дома, связаны именно с незнанием этой особенности устройства цоколя

Известен еще один вид фундамента – деревянный. Для его устройства используется русская лиственница – материал, у которого прочность на сжатие не уступает самым лучшим маркам бетона.

Достоверно известно, что в Венеции  сохранились дворцы, построенные  на фундаменте из лиственницы. Интересен  тот факт, что многим строениям  не менее 5 столетий. У этого замечательного материала только один недостаток –  дороговизна, а значит, далеко не все  смогут его себе позволить.

Желающие построить садовый  домик на деревянном фундаменте, или, как еще принято говорить, на деревянных стульях, могут использовать вместо лиственницы сосновую или дубовую  древесину, обмазанную битумом или  обожженную, диаметром не менее 20 см.

Подготовленные деревянные стулья устанавливают на брусья шириной 20 см, длиной 50 см и толщиной около 10 см. Эти брусья требуются для повышения устойчивости фундамента. Стулья заглубляют в грунт не менее чем на 130 см.

Деревянные стулья устраивают по всему  периметру строения на расстоянии полутора метров друг от друга, после чего ямы  засыпают землей слоем 20–25 см и утрамбовывают. Срок службы такого фундамента составляет примерно 7–15 лет (в зависимости от выбранного материала, при этом дуб наиболее предпочтительнее). Покрытие материала антисептическими веществами или же его обжиг примерно вдвое увеличивают этот срок.

Плитные фундаменты.

Фундаменты такого вида в основном устраивают на тяжелых пучинистых и  просадочных грунтах. Они имеют  жесткую конструкцию в виде одной  плиты, выполненной под всей плоскостью здания. Плитные фундаменты прекрасно  выравнивают все вертикальные и  горизонтальные смещения грунта, благодаря  чему они получили еще одно название – «плавающие».

Устройство плитных фундаментов  в основном применяется при строительстве  малоэтажных зданий простой формы. Из-за использования большого количества бетона и расхода металла на арматуру плитные фундаменты достаточно дороги.

Главный вопрос, который приходится решать при строительстве дома, – на какую глубину нужно закладывать фундамент? При этом неопытные строители впадают в крайности: – или выкапывают под фундамент слишком глубокую траншею, что влечет за собой перерасход средств, или, напротив, устраивают фундамент на недостаточной глубине, и в результате в фундаменте и в стенах дома появляются трещины.

В последнее время в книжных  магазинах появилось множество  книг зарубежных авторов, которые считают, что глубина фундамента для строительства  дома должна быть от 50 до 100 см. Однако следует учитывать, что в большинстве западноевропейских стран отрицательные температуры в пределах 10–15° наблюдаются раз в сто лет. Значит, в условиях такого мягкого климата глубокого промерзания грунта почти не бывает, и проблема зимнего вспучивания жителям этих стран незнакома. Тем не менее советы и рекомендации этих авторов вполне подойдут жителям южных регионов нашей страны.

Свайные фундаменты.

Фундаменты такого типа принято  устраивать в местностях, где верхний  слой грунта не сможет выдержать большую  тяжесть. Есть, конечно, альтернатива –  удалить верхние слои грунта до более  плотных слоев, однако сделать это  не всегда возможно, поскольку плотные  слои грунта расположены довольно глубоко. Свайные фундаменты также устраивают при высоком уровне стояния грунтовых  вод и на плывунах.

Свайные фундаменты представляют собой  сваи, столбы с заостренным нижним концом, которые забивают или вворачивают  в землю. Самыми устойчивыми являются винтовые сваи, которые вкручивают в землю с помощью специального малогабаритного оборудования. Эта  технология очень удобна с точки  зрения сохранения ландшафта вокруг строительного участка. Столбы, свободно проходя через слабые слои грунта, упираются в более твердые  и передают им нагрузку от строения. Для создания жесткой конструкции  верхняя часть столбов соединяется  балками.

Для удобства сваи можно не вворачивать, а изготовить непосредственно в  грунте. В этом случае бурят скважину, в нее вставляют арматурный каркас или полые трубы, после чего скважину заливают бетоном. Затем бетон обязательно  уплотняют трамбовкой или вибрацией.

Примерный срок службы монолитных свайных  фундаментов составляет не менее 150 лет. Однако для этого при их возведении следует соблюдать определенные технологические нормы.

Плавающие фундаменты.

В условиях заболоченных, сильно пучинистых и зыбких грунтов устройство обычных  фундаментов представляется очень  проблематичным, потому что влечет за собой значительные технические  трудности, гораздо больший объем  земляных работ и, как следствие, высокие затраты.

В этом случае можно устроить так  называемый плавающий фундамент, представляющий собой железобетонную монолитную плиту, свободно лежащую на насыпном основании. Размеры плиты должны соответствовать  размерам дома. По периметру плиты  с нижней стороны делают ребра  жесткости. Точно такие же ребра, только меньшей высоты, устраивают по всей плоскости плиты в продольном и поперечном направлениях с шагом 100–120 см

Технология устройства такого вида фундамента довольно проста. Прежде всего  из грунта, щебня, крупного песка или  их смеси насыпают основание толщиной 40 см, немного увлажняют и тщательно утрамбовывают. Из строганых досок собирают щитовую опалубку и закрепляют ее с наружной стороны вбитыми в землю колышками с шагом 1–1,5 м. Затем для бетонирования ребер жесткости выкапывают канавки и застилают их полосками толя, рубероида или пергамина в качестве гидроизоляционного слоя.

Арматуру равномерно раскладывают по всему основанию и вдоль  канавок. Для арматуры подойдут стальные прутья или проволока любого размера, обрезки труб и профиля. На небольшую  ржавчину внимание не обращают, так  как на качество железобетона она  не повлияет.

После установки арматуры заливают бетон и трамбуют верхнюю плоскость  плиты, выравнивая ее по уровню. В случае необходимости в нужных местах добавляют  бетон.

Поверхность плиты закрывают листовым материалом от дождя и солнца и  оставляют в таком виде на 10–15 дней, после чего снимают опалубку и выкладывают кирпичный цоколь по всему периметру плиты. Под  внутренними стенами и лагами пола выкладывают кирпичные столбы, располагая их над ребрами жесткости.

В зависимости от заглубленности различают  следующие типы фундаментов:

– сильнозаглубленные;

– малозаглубленные;

– незаглубленные.

На территории средней полосы России принято устройство сильнозаглубленных фундаментов, мало– и незаглубленные применяют только в южных регионах.

Сильнозаглубленные  фундаменты.

Сильнозаглубленные фундаменты целесообразнее применять в северных района, а  также на территории средней полосы России.

Сильнозаглубленный ленточный  фундамент представляет собой конструкцию  из бетонных блоков размером 300 х 300 х 450 мм. Блоки укладывают на цеметном растворе в три ряда по высоте с армированием межрядных плоскостей армировочной сеткой. Фундамент возводят на песчаной подушке толщиной 15–20 см. Общее заглубление фундамента (с учетом песчаной подушки) составляет 90 см. Высота фундамента от земли составляет 40–45 см.

Малозаглубленные  фундаменты.

Устройство малозаглубленных фундаментов  позволяет значительно снизить  объем земляных работ и расходы  на материалы за счет уменьшения глубины  закладки фундамента. При действии сил морозного пучения по касательной  боковые грани фундаментов необходимо выполнять наклонными с расширением  книзу, а пазухи траншей заполнять  песчаной подушкой с послойным уплотнением. Также дополнительно рекомендуется  сделать обмазку выровненных  боковых поверхностей различными противопучинистыми материалами.

Малозаглубленный ленточный фундамент  представляет собой бетонную конструкцию  шириной 30–50 см, высотой 20–50 см, уложенную с небольшим заглублением на песчаную подушку 

По  канструктивному решению:

 
Подразделяются на ленточные (в виде непрерывных подземных стен) или железобетонных перекрестных балок; столбчатые, устраиваемые под стены и колонны; сплошные – безбалочные  и ребристые ; свайные.

По  характеру статической работы:

 
Под действием нагрузки фундаменты различают: жесткие, работающие только на сжатие, и гибкие, работающие преимущественно  на изгиб. К первому виду относят все фундаменты, кроме железобетонных. Гибкие железобетонные фундаменты способны воспринимать растягивающие усилия.

По  материалу:

 
Фундаменты выполняют из естественных материалов ( дерево - во временных постройках, бутовый камень), и из искусственных  материалов (бутобетон, бетон сборный  или монолитный, железобетон. 
В настоящее время предпочтение отдают бетонным и железобетонным фундаментам 

По  заглублению в грунт:

 
Различают фундаменты мелкого заложения (менее 5 м) и глубокого (более 5 м). Минимальную глубину заложения фундаментов для отапливаемых зданий принимают под наружные стены не менее глубины промерзания плюс 100-200 мм и не менее 0,7 м; под внутренние стены не менее 0, 5 м. 

По  форме: 

 
Оптимальной формой поперечного сечения  жестких фундаментов является трапеция, где обычно угол распределения давления принимают: для бута и бутобетона – 27-33, бетона – 45. Практически эти  фундаменты с учетом потребностей расчетной  ширины подошвы могут быть прямоугольными и ступенчатыми. Блоки-подушки выполняют  прямоугольной и трапецивидной  формы. 

Список  литературы:

Архитектура, строительство, дизайн. Под общей редакцией А.Г. Лазарева.-Изд. 2.-Ростов н/Дону: Феникс

 
Технология строительных процессов: Учебник для вузов по спец. «Промышленное  гражданское строительство»/А.А.Афанасьев, Н.Н.Данилов, В.Д.Копылов. Высш. шк.,1997.

 Основы архитектуры зданий и сооружений Е.Н.Белоконев. Изд.2-е—Ростов н/Дону: Феникс,2005.