https://vunivere.ru/work14210
14. Классификация фундаментов (+15 и 16 вопросы)
По работе материала фундамента под нагрузкой различают жесткие фундаменты, работающие преимущественно на сжатие, и гибкие, работающие на растяжение и скалывание.
К жестким фундаментам относят бутовые, бутобетонные и бетонные фундаменты.
Гибкие фундаменты выполняют из железобетона.
По конструктивной схеме фундаменты делят:
1) на ленточные (в виде непрерывной ленты под всеми несущими стенами);
2) столбчатые (в виде отдельных столбов);
3) сплошные (в виде сплошной плиты под всем зданием);
4) свайные.
По способу возведения фундаменты могут быть монолитными и сборными.
В зависимости от глубины заложения подошвы фундаментов различают фундаменты глубокого (более 5 м) и мелкого заложений. Глубиной заложения фундамента называется расстояние от отметки планировки грунта до подошвы фундамента. Глубина заложения фундаментов зависит от конструктивных особенностей здания (наличие или отсутствие подвалов и др.), величины и характера нагрузок на основание, глубины заложения фундаментов смежных зданий, геологических и гидрологических условий участка (виды грунтов, их физическое состояние, наличие грунтовых вод, их отметки и колебания уровня), климатических особенностей района (глубина промерзания грунтов), а также от принятой конструкции фундамента.
ГЗ = ГП + Ц + 0,2,
где ГЗ — глубина заложения фундамента; ГП— глубина промерзания грунта; Ц — высота цоколя; 0,2 м — конструктивный запас.
Ленточные фундаменты устраивают под несущие стены здания. Они подразделяются на сборные и монолитные.
Сборные ленточные фундаменты собирают из железобетонных блоков-подушек прямоугольного или трапецеидального сечений высотой 300 и 500 мм, длиной от 800 и до 2800 мм. уложенные на выровненное основание вплотную одна к другой в направлении несущих стен, они образуют сплошную ленту, по которой в перевязку швов на растворе укладывают бетонные блоки стенки фундамента. Блоки стенки шириной 300, 400, 500, 600 мм, высотой 580 мм, длиной 780, 1180 и 2380 мм могут быть сплошными и пустотелыми.
Пустотелые блоки неприменимы в грунтах, насыщенных водой, так как в пустоты блоков проникает вода и при замерзании разрушает их стенки. Фундаменты, в которых блоки-подушки уложены с расстоянием одна от другой, называются прерывистыми (рис. 4, б). Расстояние между блоками засыпают песком. Прерывистые фундаменты экономичнее сплошных.
Бутовые фундаменты. В современном строительстве бутовые фундаменты применяют только в тех районах, где бут является местным строительным материалом, потому что бутовые фундаменты трудоемки в изготовлении и неэкономичны.
Столбчатые фундаменты устраивают в тех случаях, когда нагрузки от здания вызывают давление на грунт меньше нормативного (например, малоэтажные здания, некоторые типы панельных зданий) или когда слой грунта, служащий основанием, залегает на значительной глубине (3...5 м), что экономически не оправдывает применение ленточных фундаментов
Свайные фундаменты устраивают на деревянных, бетонных и (редко) стальных сваях.
Свайные фундаменты различают:
1) по способу изготовления и погружения свай в грунт — на сваи забивные, погружаемые в грунт в готовом виде, и набивные, изготовляемые непосредственно в грунте;
2) по характеру работы в грунте — на сваях-стойках, которые проходят через слабые грунты и опираются на прочный грунт, и висячих сваях (сваях трения), которые уплотняют слабый грунт и передают нагрузку на грунт трением, возникающим между грунтом и боковой поверхностью свай.
Для равномерного распределения нагрузки от здания на все сваи, располагаемые рядами или в шахматном порядке, головы свай заделывают в бетонную или железобетонную плиту (ростверк).
Свайные фундаменты позволяют сократить объем земляных работ, расход бетона, снизить стоимость фундаментов. Вместе с тем свайные фундаменты менее экономичны по расходу стали.
Забивные железобетонные и деревянные сваи погружают с помощью копров, вибропогружателей и вибровдавливающих агрегатов.
Набивные сваи устраивают методом заполнения бетонной или иной смесью предварительно пробуренных, пробитых или выштампованных скважин. Нижняя часть скважин может быть уширена с помощью взрывов (сваи с камуфлетной пятой).
Буроопускные сваи отличает oт набивных то, что в скважину устанавливают готовые железобетонные сваи с заполнением зазора между сваей и скважиной песчано-цементным раствором.
Свайные фундаменты в плане могут состоять:
· из одиночных свай — под опоры;
· лент свай — под стены здания, с расположением свай в один, два и более рядов;
· кустов свай — под тяжело нагруженные опоры;
· сплошного свайного поля — под тяжелые сооружения с равномерно распределенными по плану здания нагрузками.
Расстояние между сваями и их число определяют расчетом. Минимальное расстояние между висячими сваями принимают 3 d (где d — диаметр круглой или сторона квадратной сваи)
Сплошные фундаменты проектируют в виде балочных или безбалочных, бетонных или железобетонных плит. Ребра балочных плит могут быть обращены вверх и вниз. Места пересечения ребер служат для установки колонн каркаса. Пространство между ребрами в плитах с ребрами вверх заполняют песком или гравием, а поверх устраивают бетонную подготовку. Бетонные плиты не армируют. Железобетонные армируют по расчету. При большом заглублении сплошных фундаментов и необходимости обеспечить большую их жесткость фундаментные плиты можно проектировать коробчатого сечения с размещением между ребрами и перекрытиями коробок помещений подвалов.
17. Классификация и свойства каменных конструкций.
Классификация камней
·искусственные (кирпич – разных модификаций, бетонные) и естественные камни (гранит, мрамор, известняк, песчаник, бут, туф, пемза и др.)
·тяжелые (плотные) и легкие (на пористых заполнителях, ячеистые, поризованные, силикатные),
·камни малой прочности (марки 4-50), средней (марки 75-200), высокой прочности (марки 250-1000).
·Марки каменных материалов по морозостойкости — Мрз 10, Мрз 15, Мрз 25, Мрз 35, Мрз 50, Мрз 75, Мрз 100, Мрз 150, Мрз 200, Мрз 300.
Классификация растворов:
·по материалам: цементные, известковые, смешанные, с добавками,
·по плотности: тяжелые — 1500 кг/м3и более, легкие — до 1500 кг/м3.
·по пределу прочности на сжатие (марка): 4, 10, 25, 50, 75, 100. 150. 200.
Кирпич, камни и растворы должны удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТов, сертификатов или технических условий
Работу сжатой кладки в зависимости от величины действующих напряжений можно подразделить на четыре характерных стадии.
Первая стадия (рис. 5, а) наблюдается при низком уровне усилий (N<Ncrc, гдеNcrc- усилие трещинообразования). На этой стадии в кладке отсутствуют какие-либо разрушения.
Вторая стадия (рис. 5, б) характеризуется появлением продольных волосяных трещин в отдельных камнях при усилии N = Ncrс. Усилие трещинообразования в зависимости от вида раствораNcrc= (0,4 - 0,8)Nu(здесьNu- разрушающее усилие).
Третья стадия (рис. 5, в) наступает при возрастании усилий (Ncrc<N<Nu) и характеризуется развитием ранее образовавшихся и появлением новых трещин. Объединяясь друг с другом и с вертикальными швами, трещины расслаивают кладку на отдельные самостоятельно работающие вертикальные элементы, подверженные внецентренному загружению. Прекращение роста нагрузки не приостанавливает развития трещин, поэтому данная стадия может считаться аварийной и требует немедленной разгрузки.
Четвертая стадия (рис. 5, г) соответствует саморазрушению кладки (без увеличения нагрузки): при прогрессирующем развитии трещин происходят дальнейшее расслоение кладки на отдельные столбики, раздавливание отдельных кирпичей и потеря устойчивости отдельных столбиков.
Установлено, что первые трещины в кладке возникают от изгаба и среза, при сжимающих напряжениях в кирпиче, составляющих 15 - 20 % от предела прочности кирпича на сжатие. Прогиб отдельных кирпичей в кладке при эксперименте достигает величины 0,1 - 0,4 мм.
Физико-механические свойства каменной кладки.
Основные факторы, влияющие на прочность кладки при сжатии.
Зависимость временного сопротивления сжатию кладки от временного сопротивления раствора при фиксированном временном сопротивления камня показана на рис. 6.
влияние прочности и вида раствора. Прочность раствора по-разному сказывается на прочности кладки в зависимости от ее вида (рис. 7). Характер кривых свидетельствуетоб интенсивном росте прочности кладки при низких значения R2u, а при больших значениях — практическом прекращен.
Растяжение кладки по неперевязанному шву (рис. 9) имеет место при внецентренном сжатии. Разрушение кладки происходит по контакту между камнем и раствором. Нормами запрещается проектирование конструкций, прочность которых определяется только нормальным сцеплением.
Растяжение кладки по перевязанному шву (рис. 10) имеет место в цилиндрических резервуарах и силосах, работающих на растяжение в кольцевом направлении.
Наиболее важные свойства каменных конструкций — прочность, плотность и теплопроводность.
Прочность кладки. Прочность кладки зависит от свойств составляющих ее материалов — кирпича или камня, из которого сложена кладка, и раствора. Однако предел прочности при сжатии, например, кирпичной кладки, выполненной даже на весьма прочном растворе, при обычных методах возведения составляет не более 40—50%, от предела прочности кирпича
Плотность и теплопроводность кладки. Одним из положительных качеств каменных конструкций является их высокая огнестойкость, большая по сравнению с другими материалами химическая стойкость и сопротивляемость атмосферным воздействиям и ' как следствие этого большая долговечность. Эти качества обусловлены тем, что каменные материалы имеют плотную структуру. В то же время большая плотность каменных конструкций увеличивает теплопроводность кладки. Поэтому кирпичные стены общественных зданий и жилых домов приходится делать намного толще, чем это требуется по условиям их прочности и устойчивости.
18. Расчет по прочности каменных конструкций
Прочность кладки. Установлено, что какой бы высокой прочности ни использовался раствор, прочность кладки всегда меньше прочности камня. Поэтому предельной прочностью кладки на сжатие считается некоторая осредненная величина, учитывающая прочность камня, раствора и вида кладки. Предел прочности кладок всех видов при сжатии можно определить по следующей формуле:
где kk — конструктивный коэффициент, учитывающий вид кладки и материал кладки; R1 — предел прочности камня; R2 — то же, раствора; а и b — опытные коэффициенты, учитывающие тип кладки.
При расчете каменных и армокаменных конструкций учитывают две группы предельных состояний.
1 группа — по несущей способности. Этот расчет выполняется во всех случаях при проектировании. Расчет по несущей способности производится по условию N≤Fu
Расчетное усилие N определяют от наиболее невыгодного сечения расчетных нагрузок с учетом коэффициентов надежности по нагрузке. Расчетную несущую способность Fu находят с учетом геометрических размеров, сечения, расчетного сопротивления кладки R и коэффициентов условий работы γc. Расчетное сопротивление кладки составляет часть предела ее прочности (временного сопротивления). Определяют его по формуле
R=Ru/k,
где k — коэффициент надежности кладки, принимаемый для кирпича, камней, крупных блоков, бута, бутобетона и вибрированной кирпичной кладки k=2; для кладки из крупных и мелких блоков из ячеистого бетона k=2,25.
II группа — по образованию и раскрытию трещин и деформациям используется в расчетах только в специальных случаях, оговоренных нормами, если в конструкциях по каким-либо причинам не допускаются трещины, или ограничивается их раскрытие (облицовки резервуаров, внецентренно сжатые стены и столбы при больших эксцентриситетах и т.д.), или ограничивается развитие деформации из условий совместной работы (стыковое заполнение и каркас здания, самонесущие стены, связанные с каркасом и т. д.).
Расчет по деформациям, когда по условиям эксплуатации не допускается появление трещин на поверхностях в штукатурных или других покрытиях, для неармированных каменных конструкций выполняется по следующей формуле:
при осевом растяжении
N≤EAεu;
где N – продольная сила от нормативных нагрузок,
Е – модуль деформации кладки;
А – площадь сечения,
εu - предельные деформации растяжения кладки, гарантирующие от появления трещин в
защитном слое.
19. Усиление элементов каменной конструкции
В ряде случаев необходимо выполнить усиление каменной кладки, заключив ее в обойму. Каменная кладка в обойме работает в условиях всестороннего сжатия, при этом увеличивается ее сопротивление продольной силе, а поперечные деформации значительно уменьшаются.
Обойма состоит из вертикальных стальных уголков, которые устанавливают по углам простенков или столбов на цементном растворе, и хомутов из полосовой или круглой стали (шаг до 0,5 м).
Зазоры между элементами обоймы и кладкой тщательно зачеканивают или инъецируют цементным раствором
После устройства обоймы ее элементы защищают от коррозии цементным раствором толщиной 25—30 мм по металлической сетке с ячейками 1x1 см.
Железобетонная обойма выполняется из бетона класса В 15 и выше, продольной арматуры классов А-1, А-П, А-ТП, поперечной арматуры класса А-Т, охватывающих столб с четырех сторон. Благодаря усадке бетона железобетонные обоймы плотно обжимают усиливаемый элемент и работают с ним совместно. Шаг поперечной арматуры принимают не более 150 мм. Толщина обоймы определяется расчетом и принимается от 40 до 120 мм
Одновременно с усилением обоймами возникает необходимость также в выполнении инъекции в имеющиеся трещины в кирпичной кладке цементного раствора. К инъекционным растворам предъявляются достаточно жесткие требования: малое водо-отделение, необходимая вязкость, требуемая прочность на сжатие и сцепление, незначительная усадка, высокая морозостойкость. Инъекцию осуществляют путем нагнетания в поврежденную кладку под давлением жидкого цементного или полимерцементного раствора. При этом происходит общее замоноличивание кладки, восстанавливается ее несущая способность. Достоинством такого метода усиления является возможность его осуществления без остановки производства, при небольших затратах материалов и без увеличения поперечных размеров конструкций. Для инъецирования применяют портландцемент марки не менее 400. Песок для раствора применяют мелкий с модулем крупности Мк= 1,0—1,5 или тонкомолотый с тонкостью помола, равной 2000—2200 см2/г.
Совместное усиление кирпичной кладки стальной обоймой и инъецированием позволяет существенно повысить ее несущую способность и используется в том случае, если раздельное применение этих способов недостаточно эффективно. При устройстве комбинированного усиления сначала устанавливают металлическую обойму, затем производят инъецирование раствора в кладку.
При надстройке и реконструкции кирпичных зданий и сооружений, а также в случае аварийного состояния стен рекомендуется полная замена каменных конструкций. Замену производят после временного крепления стен конструкциями из дерева или стального проката, способных воспринять нагрузки, передающиеся на разбираемые простенки или столбы.
Тяжи устанавливают в бороздах сечением 70x80 мм (заделываются цементным раствором) или располагают по поверхности стен (оштукатуриваются, образуя горизонтальные пояса).
Крепление тяжей осуществляют к вертикальным уголкам, устанавливаемым на цементном растворе на углах и выступах здания.
Натяжение тяжей осуществляется с помощью стяжных муфт одновременно по всему контуру здания (предварительно их разогревают автогеном, паяльными лампами или электронагревом). Механическое натяжение выполняют вручную с помощью рычага длиной 1,5 м с усилием от 300 до 400 Н. Общее усилие натяжения составляет около 50 кН, контроль осуществляется по отсутствию провисания тяжей, различными приборами, индикаторами и простукиванием (чистый звук высокого тона).
20. Высотные здания.
Высотные здания во всем мире относят к объектам самого высокого уровня ответственности и класса надежности. Удельная стоимость их строительства значительно выше обычных зданий. Это обусловлено не только технологическими, конструктивными и другими факторами, но в значительной степени и мерами комплексной безопасности, принимаемыми на всех стадиях – проектирования, строительства и эксплуатации. Возникновение и развитие аварийных ситуаций в высотных зданиях может иметь очень тяжелые последствия не только материального, экономического, экологического, но и социального характера.
Высотные здания и их отдельные конструктивные элементы в процессе возведения и эксплуатации подвергаются действию нагрузок и испытывают усилия, намного превосходящие эффект от внешних воздействий, характерных для обычных объектов строительства. Так, ветровые нагрузки заметно возрастают с удалением от поверхности земли и характеризуются не только существенной статической, но и динамической составляющей. Для большинства высоток горизонтальные (главным образом ветровые) нагрузки превалируют над вертикальными.
Кроме того, в связи с высокими темпами производства строительномонтажных работ на несущие конструкции, выполненные из монолитного бетона (подавляющее большинство высоток возводят с применением монолитного бетона и железобетона), в раннем возрасте передаются достаточно большие усилия, что требует принятия соответствующих решений. В несущих системах высотных зданий возникает опасность накапливания еще в процессе строительства неравномерных вертикальных перемещений, которые в сочетании с деформациями от эксплуатационных нагрузок могут приводить к достижению бетоном и сталью, в том числе арматурной, предельных состояний в отдельных сечениях некоторых элементов, что также следует учитывать при оценке напряженнодеформированного состояния конструкций.
В современном высотном строительстве применяют различные конструктивные системы и схемы с разнообразными вариантами компоновок. Вместе с тем все конструктивные системы можно разделить на три категории (рис. 1): каркасные, стеновые и смешанные (каркасностеновые). В свою очередь каркасные системы подразделяются на рамнокаркасные, каркасные с диафрагмами жесткости, каркасноствольные. Среди стеновых систем следует выделить схемы с перекрестными стенами и коробчатые (оболочковые). Смешанные системы сочетают в себе отдельные признаки двух других систем, к ним относят каркасноствольные и коробчатоствольные.
Анализ несущих систем высотных зданий, построенных по всему миру, показывает, что их конструктивное и компоновочное решение зависит главным образом от высоты объекта. Однако существенное влияние на выбор конструктивной схемы оказывают и такие факторы, как сейсмическая активность района строительства, инженерногеологические условия, атмосферные и в первую очередь ветровые воздействия, архитектурнопланировочные требования.
Увеличение высоты зданий сопровождается существенным ростом горизонтальных нагрузок, действующих на них в процессе строительства и эксплуатации. Как уже было отмечено, при некоторых условиях напряжения, возникающие в элементах несущего остова здания, определяются в большей степени горизонтальными усилиями. Превалирующее влияние горизонтальных нагрузок приводит к неравномерному распределению вертикальных усилий и деформаций в вертикальных несущих конструктивных элементах остова здания, его закручиванию, сдвиговым деформациям. Для повышения сопротивления внешним воздействиям несущей системы зданий высотой более 250 м применяют преимущественно ствольные конструктивные системы: “труба в трубе” и “труба в ферме”. Их компоновочная схема включает центральный ствол, воспринимающий основную долю всех нагрузок, и расположенные по периметру здания несущие элементы в виде отдельных стоек (колонн), решетчатых систем (ферм, составных стержней и др.), пилонов, которые также могут быть объединены в единую конструкцию. Жесткость ствольной системы, ее устойчивость и способность к гашению вынужденных колебаний обеспечиваются заделкой центрального ствола в фундамент.