Конструктивные решения фундаментов.

Конструирование фундаментов.

Фундаментом называется подземная часть здания, воспринимающая все нагрузки, как постоянные, так и временные, возникающие в надземных частях, и передающая эти на­грузки на основание (грунт). Материалоемкость фунда­мента в объеме малоэтажного жилого дома составляет 10...30%.

Верхняя плоскость фундамента, на которой располагаются надземные части здания или сооружения, называется поверхностью фунда­мента, или обрезом, а нижняя его плоскость, непосредственно соприкасающаяся с основа­нием, — подошвой фундамента, ее уширение — подуш­кой.

Конструкции фундаментов проектиру­ют с учетом характера несущего остова зда­ний и сооружений и степени чувствительности их к возможным осадкам, характера геологи­ческих и гидрогеологических условий участка, условий района строительства, наличия мест­ных строительных материалов и средств ме­ханизации, мощности материально-технической базы.

Грунты, в которых присутствует значи­тельное количество глины (супеси, су­глинки и глины), называют вспучиваю­щимися при замерзании (пучинистыми). Остальные грунты (пески, гравелистые и др.) со­ставляют группу невспучивающихся при замерзании (непучинистых).

 

Конструктивные решения фундаментов.

По виду конструкции различают ленточ­ные, столбчатые, сплошные и свайные фундаменты. В за­висимости от технологии возведения фунда­менты бывают сборные и монолитные.

Основные конструктивные схе­мы фундаментов для малоэтажных жилых зданий:

а — ленточный фундамент;

б — столбчатый;

в — фун­дамент в виде сплошной железобетонной плиты;

г — фундамент на коротких сваях;

д — ленточный фун­дамент на песчаной подушке;

1 — стена; 2 — лента фундамента; 3 — столб; 4 — фундаментная балка; 5 — монолитная железобетонная плита; 6 — ростверк; 7 — свая; 8 — песчаная подушка.

Изготовляют такие фундаменты из местных строительных материалов (ес­тественный камень, бутобетон, красный кирпич и др.), а также использу­ют монолитный бетон или сборные бе­тонные и железобетонные блоки.

Если в проекте дома предусматривается наличие подвала, большого приямка или цокольного этажа, то фундамент должен быть ленточной конструкции, чтобы успешно выполнять функции стены подвала. Состояние грунта мо­жет оказать влияние на выбор вариан­та архитектурного решения подземной части дома. Например, если дом ста­вят на грунты с высоким уровнем стоя­ния грунтовых вод, то толщина стенок ленточного фундамента увеличивается за счет дополнительных элементов гидроизоляции, что приводит к некото­рому уменьшению площади помещений подземной части. Кроме того, может возникнуть угроза поднятия («всплы­тия») подвальной части вместе с до­мом или части дома с приямком под действием напора грунтовых вод. В этом случае обычно приходится отка­зываться от проектирования подзем­ных помещений или проектировать до­рогостоящую конструкцию фундамента с якорями в грунте или пригрузом по­ла подземных помещений. Практика эксплуатации малоэтажных жилых зданий с фундаментами глубокого за­ложения показала, что вспучивающие­ся при замерзании грунты постепенно выталкивают такие фундаменты из земли. Чтобы нейтрализовать неже­лательный эффект вспучивания при замерзании грунта, проекти­руют дома без подвалов на фунда­ментах мелкого заложения с основани­ем в виде песчаной подушки. При устройстве песчаной подушки грунт вынимают на глубину ниже промерза­ния не менее 0,2 м и засыпают выемку крупнозернистым песком с проливкой водой и с уплотнением послойно. За­сыпку ведут до отметки — 0,5 м от уровня планировки участка. На полу­ченное таким способом искусственное основание устанавливают фундаменты мелкого заложения. Когда под домом располагается грунт очень разнородный по степени вспучивания при замерзании, то прихо­дится проектировать фундамент в виде сплошной плиты из монолитного желе­зобетона и на песчаной подушке. В не­которых случаях оказываются эффек­тивными свайные фундаменты, глуби­ну заложения которых принимают зна­чительно ниже глубины промерзания грунта, где силы бокового трения неза­мерзающего слоя превышают силу тре­ния от вспучиваемого слоя. Реже на таких грунтах ставят столбчатые фун­даменты из монолитного железобетона с уширением подошвы, так как изго­товление их требует больших трудо­затрат.

 

2.1.1 Ленточные фундаменты в виде сплошных стенок устанавливают по всему контуру стен. Размер подошвы фундамента определяют расчетом в за­висимости от массы надземной части, материала фундамента и несущей спо­собности грунта. Толщину его стенки определяют расчетом на прочность и в зависимости от технологических осо­бенностей материала. Для изготовления ленточных фун­даментов используют любые строи­тельные материалы, кроме дерева.

а — на песчаной подушке; б — бутобетонный фундамент; в, г — бутовый фундамент; д — то же, с кирпичной облицовкой; е — бетонный фундамент дома с подвалом; ж — из сборных сплошных бетонных блоков;

1 — бетонная подготовка; 2 — фундаментная стена (цоколь); 3 — фун­даментный стеновой блок; 4 — гидроизоляция; 5 — стена надзем­ной части здания; 6 — бутобетон; 7 — бутовая кладка; 8 — уровень пола первого этажа (±0,00); 9 — кирпичная облицовка: 10 — пол подвала; 11 — песчаная подушка; 12 — надподвальное перекрытие; 15 — отмостка.

 

 

Чаще всего такие фундаменты устраивают под зданиями с каменными стенами (крупно­блочными, кирпичными и др.). Равномерная передача ленточными фундаментами нагрузки на осно­вание очень важна, когда на строительной пло­щадке есть неоднородные по сжимаемости грунты, просадочные или слабые грунты с про­слойками.

Ленточные и прерывистые фундаменты:

а - ленточный сборный при отсутствии подвала;

б - прерывистый сборный;

в - ленточный из бутового камня;

г - ленточный при наличии подвала и высоком уровне фунтовых вод

Монолитные ленточные фунда­менты выполняют из бута, бутобетона, бе­тона, железобетона, крупнопористого бетона и грунтобетона.

На скальных грунтах чаще используют бутобетонные фундаменты. Их выполняют из тяжелого бетона марки 75 и выше с введением в бетон по мере возведения фундаментов бутового камня («изюма») до 30—40% объема. Этот мате­риал лучше заполняет неровности по­верхности скального основания. Стенку из бутобетона делают толщиной не ме­нее 0,35 м в зависимости от размера камней заполнения. Бутобетонные фундаменты устраивают по щебеночной под­готовке толщиной 50—100 мм, втрамбованной в грунт.

Ленты фундаментов из бутового камня отли­чаются меньшим расходом цемента, но имеют большую трудоемкость и мате­риалоемкость. Из-за размера камней по стандарту минимальную ширину лент принимают не менее 0,5 м, при применении постелистого бута - плитняка толщина стенки может быть умень­шена до 0,3 м. Для бутовых фундаментов применяют тяже­лые природные камни, обычно из известняка или песчаника марки не ниже 200.

Верхний обрез бутобе­тонных и бутовых фундаментов ввиду неточ­ности плоскости обреза следует увеличить на 80—100 мм.

Для передачи нагрузки на большую пло­щадь основания применяют уширение к по­дошве, которое в бутовых и бутобетонных мо­нолитных фундаментах производится уступа­ми. Высота уступа принимается не менее 300 мм для бутобетонных массивов, а для бу­товых — два ряда кладки, или 350—600 мм. Отношение высоты уступа к его ширине при­нимают из условия исключения растягивающих напряжений в нижней части фундамента в пределах 1,25—1,75, в зависимости от давления на грунт и марки бетона или раствора. При небольших нагрузках на основание и при хороших грунтах ширину фундаментов книзу можно не увеличивать.

.Монолитные ленточные железо­бетонные фундаменты применяют в тех случаях, когда требуется значительное развитие ширины подошвы ленты при мини­мальной ее высоте. Такое решение фундамен­тов встречается редко. Оно может быть при­менено при слабых грунтах и при высоком уровне грунтовых вод, когда заглубление фундаментов экономически нецелесообразно.

Сборные ленточные фундаменты под стены сооружают из фундаментных блоков-подушек и из фундаментных стеновых бло­ков. Для малоэтажных зданий фундаменты выполняются из фундаментных стеновых бло­ков, образующих соответственно подошву и стену фундамента. Блоки изготовляют сплошными из легкого бетона или пустотелыми из тяжелого бетона (высотой 0,6 м, длиной до 2,4 м и шириной 0,3, 0,4, 0,5 и 0,6 м). Фундаментные стеновые блоки часто выполняют из более прочных ма­териалов, чем надземные стены здания, по­этому фундаментные стены могут быть тонь­ше стен здания. Свес стен здания должен быть при этом не более 130 мм. Фундаментные блоки укладывают на вы­ровненную поверхность основания при песча­ных грунтах или на слой утрамбованного пес­ка толщиной около 100 мм при прочих грун­тах. Под пустотелые подушки следует делать бетонную подготовку.

 

Столбчатые фундаменты.

Столбчатые фундаменты устраивают в тех случаях, когда нагрузки на основание на­столько малы, что давление на грунт от фун­дамента здания меньше нормативного давле­ния на грунт или когда слой грунта, служа­щий основанием, залегает на значительной глубине (3—5 м) и применение ленточных фундаментов экономически нецелесообразно.

Для малоэтажных домов применение столбчатых фундаментов целесообразно при глубине залегания грунта основания более 2—3 м. Такие фундаменты эко­номичнее ленточных.

 

 

Столбчатый фунда­мент бутовый:

a - план фундамента; б - сечение по цоколю;

1 - бутовый столб; 2 - зазор 50 мм; 3 - отмостка;4 - гидроизоляция; 5 - рядовая перемычка; 6 - горбыль.

 

Состоят столбчатые фунда­менты из столбов и фундаментных балок или перемычек. Стол­бы устанавливают под углами наружных стен, на пересечениях наружных и внутренних стен и в промежутках между ними, и под простенками с определенным шагом, который опре­деляют расчетом в зависимости от мас­сы здания и несущей способности грунта. Фун­даментные балки или перемычки устанавливают по всему контуру стен (аналогично лен­там). Они принимают на себя нагрузку от стен и передают ее на столбы.

Перемычки могут быть кирпичными с уст­ройством армированного шва под нижним ря­дом кирпича или железобетонными (монолит­ными или сборными). Перемычки обычно при­меняют при пролетах до 4 м. При больших пролетах применяют железобетонные фунда­ментные балки (сборные или монолитные), называемые иногда рандбалками. Фундаментные балки из де­рева используют только под деревян­ные стены. При пучинистых грунтах под перемычками и фунда­ментными балками оставляют свободный за­зор величиной 40—50 мм с устройством по­душки из песка или шлака толщиной 0,5— 0,6 м. Столбчатый фунда­мент сборный

железобетонный под несущие стены.

Конструктивные схемы фунда­ментных балок и их пропорции в зави­симости от шага столбов.

а — фрагмент общего вида столбчатого фундамента;

б—е — фундаментные балки под каменные и дере­вянные стены; ж, и, к — фундаментные балки под деревянные стены;

1 — стена; 2 — фундаментная балка; 3 — столб; 4 — каменная стена; 5 — деревян­ная стена; 6 — сборная железобетонная фундамент­ная балка; 7 — сборные железобетонные перемыч­ки, балочные усиленные; 8 — монолитная железобе­тонная балка;.9 — рядовая армокирпичная балка, 10 — армокирпичная балка со стальными каркасами в вертикальных швах кладки; 11 — деревянная бал­ка; 12 — то же, из брусков; 13 — то же, составная из досок.

 

Столбы квадратного сечения в по­перечнике изготовляют из сборных бе­тонных блоков, из монолитного бетона, красного кирпича, природного камня. Размеры столбов принимают по расче­ту на прочность (материала и грун­та). Для малоэтажных жилых зданий размер подушки столбов не превы­шает 1 м, а горизонтальное сечение столба может быть равным размеру подошвы или быть меньшим. В по­следнем случае высоту подушки при­нимают не более 0,3 м. Размер сечения столбов и их шаг зависят от веса дома, материала фундамента и прочности грунта.

 

Каменный столбчатый фунда­мент:

2 — цоколь; 4 — гидроизоляция; 5 — стена надзем­ной части здания; 11 — песчаная подушка; 13—столбчатый фундамент; 14 — фундаментные бал­ки (перемычки); 15 — отмостка.

 

Под малоэтажные здания с массивными стенами обычно возводят бутобетонные столб­чатые фундаменты. Размеры сечения бутобе­тонных столбов принимаются не менее 400 мм. Минималь­ные размеры столбов из бутового камня - 60x60 см, из кирпича - 51x51 см. Столбы можно армировать по высоте через каждые 25-30 см арматурной сеткой или проволокой. Под одноэтажные каркасные здания допускается ставить угловые столбы из кирпича размером 38x38 см, а промежу­точные - 38x25 см.

План и сечения столбчатых фундаментов:

1 - железобетонный столб; 2 - утеплитель; 3 - песчано-шебеночная подсыпка; 4 - кирпичная стена; 5 - железобетонный ростверк; 6 - воздушная полость; 7 - отмостка; 8 - глина; 9 - насыпной грунт; 10 - уровень земли до начала строительства; 11 - материковый грунт; 12 - расчетный уровень промерзания грунта; 13 - уровень грунтовых вод в период промерзания грунта; 14 - песчаная подушка.

 

Деревянные столбчатые фундамен­ты чаще встречаются при реконструк­ции старых построек и могут быть использованы при строительстве дере­вянных домов на болотистых грунтах и на вечной мерзлоте. Проектируют их в виде тумб или столбов на лежнях и крестовинах. Тумбы ус­танавливали на песчаных сухих грун­тах, изготовляя из дуба, осины, лист­венницы и кедра диаметром не менее 0,4 м. Столбы на лежнях и крестови­нах применяли на болотистых грунтах, они более долговечны из лиственницы и кедра.

Конструктивные схемы столбчатых деревянных фундаментов:

а — на тумбах; б — на лежнях; в — на крестовинах;

1 — деревянная стена; 2 — бревно фундаментной балки; 3 — тумба; 4 — брус фундаментной балки; 5 — лежень; 6 — крестовина.

 

2.1.3 Фундаменты на коротких сваях оказались наиболее экономичными для строительства жилых малоэтажных зданий. Такие фундаменты исключают из процесса строительства операции по земляным работам. Короткие сваи удерживаются в грунте в основном за счет сил бокового сцепления с грунтом. В районах с вечной мерзлотой свай­ные фундаменты удобны для устрой­ства проветриваемых подполий, сохра­няющих структуру вечной мерзлоты грунта. Для домов из дерева лучшими являются деревянные сваи диаметром 0,2...0,3 м, которые вмораживают в скважины. Дерево препятствует пере­даче теплоты от помещений к мерзло­те, предупреждая опасное подтаивание грунта у сваи. В других районах для малоэтажного строительства использу­ют короткие железобетонные забивные сваи, чаще квадратного сечения 150х150 мм, 200x200 мм, или буронабивные сваи диаметром 300, 400 мм и бо­лее. Глубину заложения коротких свай принимают не более 2,5 м.

Сваи располагают под стенами по аналогии со столбчатыми фундамента­ми, но с меньшим шагом, который оп­ределяют расчетом. По верху свай устраивают ростверк. Балки ростверка имеют много общего с фундаментными балками. Для их изготовления исполь­зуют те же материалы.

 

2.1.4 Сплошную плиту фундамента под малоэтажные дома проектируют толь­ко в случаях строительства зданий на грунтах с неравномерной осадкой или вспучиванием и при высоком уровне стояния грунтовых вод (в зданиях с подвалом). Плиту выполняют из монолитного тяжелого железобетона тол­щиной не менее 100 мм. Толщину пли­ты определяют расчетом в зависимости от массы здания, прочности грунтов и расстояния между стенами. Для домов без подвала плиту фундамента уста­навливают на песчаную подушку, что уменьшает неравномерность осадки грунтов. В зданиях с подвалом плита фундамента одновременно выполняет функции основания пола.