В многоэтажных зданиях резко возрастают нагрузки на фундаменты и соответственно на грунт основания. Поэтому кроме рассмотренных в разделе «Малоэтажные здания» ленточных и столбчатых фундаментов в многоэтажных зданиях применяют фундаменты сплошные и свайные (глубокого заложения) .
Сплошные фундаменты (рис.1).
При строительстве многоэтажных каркасных зданий на слабых грунтах во избежание неравномерной осадки отдельных столбчатых фундаментов устраивают перекрестные ленточные фундаменты. Они представляют собой систему неразрезных, монолитных железобетонных, взаимно перпендикулярных балок. Если подошва этих лент достигает значительной ширины, их объединяют в сплошную ребристую или безбалочную плиту. В многоэтажных зданиях с несущими стенами при высоте 12 этажей и более подошвы ленточных фундаментов тоже соединяются и превращаются в сплошную плиту. При сплошной плите значительно увеличивается площадь подошвы фундамента и соответственно уменьшается удельное давление на грунт. С такими фундаментами здания могут надежно стоять на слабых грунтах.
Так, при строительстве здания ЦУМа в Москве для основания здания были использованы грунты, сильно разжиженные водами р. Неглинки. Здание как бы «плавает» в таком грунте, покоясь на сплошной гигантской железобегонной плите, выполненной в виде чаши.
Рис. 1. Сплошные фундаменты:
а — из перекрестных железобетонных лент; б — сплошная ребристая плита; в — сплошная безбалочная плита
Свайные фундаменты (рис. 2).
При строительстве на слабых и сжимаемых грунтах (например, на торфяниках) для достижения естественного основания необходимо рытье глубоких котлованов под ленточные или столбчатые фундаменты, что очень дорого и трудоемко. В этом случае применяют свайные фундаменты.
Сваи используют и при прочных грунтах, если технико-экономическое сравнение выявит экономичность их применения. Свайные фундаменты состоят из свай и ростверка.
Забивная свая — это линейная сборная железобетонная конструкция квадратного, круглого или трубчатого сечения. Чаще приеняются квадратные сваи сечением 350×350 мм. Трубчатые сваи (сваи-оболочки) применяют для массивных зданий и сооружений с большими статическими и динамическими нагрузками. Диаметр их от 600 до 1200 мм. Длину свай принимают от 3 до 24 м. Сваи погружают в грунт забивкой (откуда и название свай), вдавливанием или вибрированием.
В прошлом применяли и деревянные сваи из хвойных пород. Почти все здания XVIII — XIX вв. в Ленинграде, в том числе и такое, как Исакиевский собор, покоятся на деревянных сваях.
Набивная свая — это скважина в грунте, заполняемая бетоном с послойным уплотнением вибраторами. Ее главное достоинство — возможность устройства в стесненных условиях, вблизи существующих зданий. По характеру работу сваи подразделяют на сваи-стойки, достигающие прочного грунта и опирающиеся на него, и на висячие сваи, которые прочного грунта не достигают и передают нагрузку на слабый грунт за счет бокового трения.
Рис. 2. Свайные фундаменты:
а — со сваями-стойками; 6, в — со сваями трения (висячими); г — расположение свай рядами; д — то же, кустами; 1,4 — забивные сваи; 2 — несущая конструкция здания; 3 — ростверк; 6 — набивные сваи
Нагрузка от здания на сваи передается через ростверк.
Ростверкпредставляет собой массивную монолитную или сборную железобетонную конструкцию, на которую опираются несущие конструкции здания. Под стены ростверк выполняют в виде ленточного фундамента, под колонны — в виде столбчатых фундаментов. Нижней частью ростверк охватывает и объединяет оголовки свай.
Под ленточный растверк сваи располагают в один или два ряда (парами или в шахматном порядке). Столбчатый ростверк объединяет отдельный куст из нескольких свай, иногда «куст свай» сокращается до одной сваи. Количество свай определяется расчетом. План расположения свай называют свайным полем.
Для массового строительства применяют каркасы из сборного железобетона. Фундаменты для сборных железобетонных колонн делают столбчатыми стаканного типа.
В нем предусматривают гнездо (стакан), куда вставляют колонну при монтаже, выравнивают ее в проектное положение и замоноличивают. Размеры стакана зависят от сечения и высоты колонны. Колонны делают высотой на 1, 2, а иногда и на 3 этажа. Привязку колонн к координационным осям предусматривают по центру колонн в обоих направлениях. При устройстве деформационного шва ставят парные колонны с осевой вставкой.
Рис. 8. Столбчатый фундамент стаканного типа:
1 — плита (с одним или двумя уступами); 2 — подколенник; 3 — сборная железобетонная колонна; 4 — стакан; 5 — горизонтальные бороздки на колонне для лучшего закрепления ее в стакане; 6 — бетонная подготовка; hc — глубина стакана; ft. — высота фундамента; а, в — размеры подошвы фундамента; ак, бк — размеры колонны
В нашей стране действует унифицированная типовая серия 1.020—1 для каркасных зданий из сборного железобетона. Конструктивная схема в этой серии — связевая, с обеспечением жесткости здания вертикальными элементами жесткости (железобетонные диафрагмы или стальные связи) и горизонтальными дисками перекрытий. Габариты зданий по серии 1.020—1 приведены на рис. 9.
| | | следующая лекция ==> | |
| СОВМЕЩЕННЫЕ ПОКРЫТИЯ. КРОВЛИ. | | | Альтернативная Большая Пятерка |
Дата добавления: 2015-11-10 ; просмотров: 6219 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Высотные здания строятся уже почти сто лет, однако в мире до сих пор нет их единой чёткой классификации. Если в Нью-Йорке, Токио или Шанхае небоскрёбы возводятся по чисто экономическим причинам (слишком дорогая земля), то в Европе, России или Арабских Эмиратах причины немного другие — тут на первый план выходят личные амбиции или вопрос политического престижа. Можно провести аналогию со знаменитыми сталинскими высотками, самая известная из которых — главное здание МГУ с высотой шпиля 239 метров — почти полвека была самым высоким зданием Европы и попала в книгу рекордов Гиннеса.
Так или иначе, по прогнозам, несколько десятилетий спустя проблема нехватки городского пространства затронет все крупнейшие мегаполисы. Нет ничего удивительного в том, что в центре российской столицы активно застраивается район Москва-Сити, в котором на сегодня возведено уже 20 зданий, чья высота превышает 200 метров. Здания, которые по российской классификации относятся к первой категории ответственности (выше 100 метров) уже есть в Екатеринбурге, Ханты-Мансийске, Новосибирске, Грозном. А в Санкт-Петербурге, невзирая на крайне сложный характер грунтов, возводится грандиозный Охта-центр с расчётной высотой 463 метра. Это здание после окончания строительства сразу на 135 метров превзойдёт московский «Меркурий Сити Тауэр» — самое высокое на сегодня многофункциональное здание в Европе.
Строительство высотных зданий сопряжено со множеством проблем. Но если безопасность надземной части зданий связана с качеством материалов и человеческим фактором, то подземная их часть подвергается гораздо большему числу рисков. Просчитать и предвидеть их все не способен самый мощный терабайтовый компьютер. Поэтому проектирование фундаментов высотных зданий является, пожалуй, самым сложным и ответственным моментом в процессе строительства. От успешного проведения начального этапа работ зависит вся дальнейшая судьба небоскрёба и зданий, расположенных по соседству.
Как выбирают тип фундамента высотного здания
Какие нюансы нужно учитывать при проектировании фундамента высотного здания? Прежде всего, конечно, его высоту и конструктивные особенности. Дом может быть одиночной башней или целой группой зданий разной этажности, объединённых общим стилобатом. Ещё римский архитектор Витрувий две тысячи лет назад заповедовал придерживаться пирамидальной формы высоких зданий.
Естественно, чем выше здание, тем сильнее оно давит на основание фундамента. Общая вертикальная нагрузка может достигать астрономических значений.
Важность геологических изысканий
Такое давление способен выдержать далеко не всякий грунт. Инженерно-геологические изыскания — одно из важнейших подготовительных действий при подготовке проекта строительства высотных зданий. Участок под застройку подвергается ультразвуковому сканированию, в земле пробуриваются скважины глубиной до 100 метров. На разных отметках забираются пробы грунта для определения их состава. Общее правило — чем плотнее и твёрже грунт, тем лучше. Идеальный вариант — устройство фундамента высотного здания в скальном грунте. Плотная порода будет помогать элементам фундамента справляться с вертикальными и горизонтальными нагрузками.
В целом строительство высотных зданий возможно на разных грунтах, от пластичных глинистых до скальных. Однако для каждого вида грунтовых условий необходимо подобрать свой тип фундамента.
Величина вертикальной нагрузки на основание и характеристики грунта — два основных фактора, влияющие на выбор типа фундамента высотного здания. Однако тщательному учёту подвергаются и другие факторы:
- наличие сейсмической активности или напряжений пород природного и техногенного происхождения в регионе строительства;
- присутствие источников грунтовых вод, подземных рек, плывунов, карстовых пустот и других подземных аномалий;
- расположение крупных объектов капитального строительства по соседству;
- проходящие в непосредственной близости транспортные коммуникации, тоннели метро, газо- и водопроводы и другие объекты, которые могут либо повлиять на целостность фундамента, либо пострадать в результате неизбежной усадки грунта;
- климатические факторы — прежде всего сезонные перепады температур, частота гроз и скорость ветра. Его сильные порывы на высоте 300–400 метров, равно как и термическое расширение материалов, а также удары молний могут вызвать весьма ощутимые разовые нагрузки на всю конструкцию здания, в том числе на фундамент.
Типы фундаментов
Проведя всесторонний компьютерный анализ данных инженерных и геологических изысканий, авторы проекта могут выбирать тип фундамента высотного здания. Вот его основные типы:
- Фундамент на естественном основании.
- Свайно-плитный фундамент (СПФ).
- Свайные фундаменты глубокого заложения.
Последний тип фундаментов может устраиваться с выемкой грунта и без неё. В первом случае применяются забивные или вдавливаемые сваи. Во втором — буровые сваи, опускные колодцы-кессоны и полые сваи из стальных труб.
Плитные фундаменты
Фундамент на естественном основании (без забивки свай) подходит для строительства сравнительно невысоких зданий (до 75 м), относящихся ко второй категории ответственности. Как правило, фундамент представлен монолитной железобетонной плитой толщиной от 1 до 2,5 метра. В отдельных случаях, когда отсутствуют или маловероятны риски смещения грунта, возможно применение традиционных ленточных и столбчатых фундаментов. Однако плитный фундамент всё равно считается более предпочтительным. Его применяют и при возведении зданий первой категории ответственности (высотой до 100–120 метров). В местах максимальных нагрузок плита снабжается рёбрами жёсткости. Как правило, это области расположения колонн и пилонов.
Данный вид фундамента применён в сталинских высотках. Там горизонтальная основная плита имеет коробчатое вертикальное усиление по периметру. Такая конструкция за шесть десятков лет вполне доказала свою надёжность, учитывая, что высота семи московских небоскрёбов эпохи СССР превышает 200 метров.
Свайные фундаменты
Современные проектировщики склоняются, однако, к более универсальным свайным или комбинированным конструкциям, предоставляющим возможность строить высотные здания на разных типах грунтов.
При строительстве зданий высотой до 200 метров применяются забивные и задавливаемые сваи сечением 300 x 300 и 350 x 350 мм.
При большей высоте зданий обычно под будущим зданием выкапывается котлован, глубина которого зависит от количества помещений, расположенных по проекту под землёй. В этом случае стены котлована подвергаются дополнительному усилению железобетоном, которое защищает фундамент от горизонтальных нагрузок. Фундаменты глубокого заложения предусматривают применение бетонных и стальных свай диаметром до 2 метров и длиной до 83 метров. Именно такие сваи были применены при строительстве Охта-центра на болотистых грунтах Васильевского острова.
При проходке сверхплотных и скальных грунтов применяются опускные колодцы, которые при достижении необходимой глубины заливаются бетоном, становясь обсадной трубой. Именно такую технологию применяют при строительстве сверхвысоких зданий в ОАЭ и Саудовской Аравии, где под относительно неглубоким слоем песка таятся труднопроходимые скальные породы.
Если в зоне строительства присутствуют подземные воды, используются колодцы-кессоны. Вода выдавливается из них при помощи сжатого воздуха.
Комбинированные фундаменты
Комбинированные свайно-плитные фундаменты являются наиболее сложными в плане монтажа, однако позволяют обеспечить устойчивость высотного здания в условиях разнородных грунтов. Примером может опять-таки служить здание Охта-центра в Северной столице.
Суть технологии состоит в том, что оголовки свай привариваются на дне котлована к балкам бетонного ростверка. В Санкт-Петербурге он двуслойный. Нижняя плита, соединённая со сваями, служит опорой для верхней плиты, служащей непосредственной опорой задания. В результате уменьшается давящий и изгибающий момент в отношений оголовков свай. Кстати, такая же схема применена при устройстве фундаментов ряда высоток Москва-Сити.
Теория и практика
Из-за недостатка практического опыта устройства СПФ высотных зданий данная область пока не отражена в ГОСТах и СНиПах. Строители-практики выработали следующие правила:
- несколько свай большой длины всегда лучше большого количества свай коротких. Чем дальше от края фундамента, тем короче должна быть свая;
- максимальные нагрузки на сваи идут по углам и вообще по периметру здания;
- грунт под плитой должен быть переуплотнён — для этого при разработке котлована производится недобор одного–двух метров грунта, а при устройстве свай делается предварительная скважина на 10 % уже диаметра сваи. Когда свая и плита встают на место, грунт принудительно уплотняется.
Учитывая уникальность высотных зданий первой категории ответственности и несовершенство существующей нормативной базы, при строительстве высотных зданий рекомендуется вести постоянный мониторинг состояния грунтов, свай, ростверка и ограждающих бетонных конструкций.
На что следует обратить внимание при устройстве фундамента
Не следует забывать, что существуют первичная и вторичная усадка грунта. Причём после того, как на фундамент начнёт давить вся тяжесть двухсотметровой высотки, деформация грунта может принять критические значения.
При устройстве свайных и комбинированных фундаментов следует обязательно определять области максимальной вертикальной нагрузки. Это места соприкосновения с фундаментом несущих стен, колонн и пилонов. Если в здании присутствует стилобат, места максимальных нагрузок следует выявлять особенно тщательно.
Поиск новых путей
Помимо классических, прошедших проверку временем фундаментов с вертикальными сваями, появились смелые проекты, предусматривающие диагональное расположение свай. Так, изобретатель Амир Сафин запатентовал проект, в котором свайный фундамент представляет собой горизонтальный ростверк, от которого под разными углами вниз отходят залитые бетоном полые металлические сваи, образующие под землёй гиперболоид вращения (нечто вроде песочных часов). Насколько жизнеспособна такая технология, должно показать время.
На сегодня в мире наиболее распространена технология устройства свайного или свайно-плитного фундамента глубокого заложения с выемкой грунта и монтажом заграждения по периметру («стена в грунте»). Она обеспечивает максимальную устойчивость конструкции и надёжную гидроизоляцию цоколя и подземных помещений и фундамента в целом.
Выбор типа фундамента — один из самых главных пунктов в создании рабочего проекта, если вы заказываете проектирование дома. Инженеры компании ООО "Оклэнд" имеет большой опыт в гражданском и промышленном строительстве. С нами вы можете быть уверены, что ваш дом вашей мечты простоит десятилетия.
Основные типы фундаментов многоэтажных каркасных зданий:
Ленточные фундаменты устраиваются в сборном или сборно-монолитном варианте для зданий с неполным или скрытым каркасом высотой до 16 этажей. Порядок выполнения работ состоит в: доборе грунта до проектных отметок, устройстве выравнивающей песчаной подготовки, укладке фундаментных плит, установке сборных траверс и стаканов или устройстве монолитных фундаментных балок, послойной обратной засыпке пазух фундаментов.
Столбчатые фундаменты устанавливаются в соответствии с ранее рассмотренными рекомендациями для монтажа одноэтажных промзданий.
Монолитные фундаментные плиты устраиваются в качестве фундаментов зданий с высокими нагрузками на колонны, что чаще имеет место в зданиях высотой более 16 этажей. Обычная толщина плоской плиты до 1,0…1,5 м, ребра ребристой плиты могут иметь высоту 2,0 м и более.
Армирование и бетонирование плоских плит ведется обычными методами, при минимальной номенклатуре арматурных сеток и каркасов и с применением высокопроизводительных бетононасосов с послойной укладкой и уплотнением смеси. При устройстве ребристых плит дополнительно возникают объемы работ по установке опалубки и арматуры ребристой части фундамента, что существенно повышает трудоемкость работ.
Фундаменты коробчатой конструкции за счет размещения в них «технических этажей» могут иметь высоту до 6 м. Технологическая последовательность выполнения работ состоит в устройстве нижней плиты, возведении железобетонных стенок и верхней плиты. Из-за высокой трудоемкости работ и большого расхода материальных ресурсов такие конструкции применяются реже, чем плоские и ребристые плиты.
Свайные фундаменты получили широкое распространение в практике строительства многоэтажных и высотных зданий. Последовательность производства работ при забивных сваях включает: забивку проектных и дублирующих свай, обрезку голов свай, устройство ростверка, приямков и каналов для инженерного оборудования и коммуникаций.
Буропабивные свайные фундаменты наиболее эффективны при возведении зданий повышенной этажности, когда грунты основания имеют невысокую несущую способность. Такие сваи выполняют функции глубинных опор с опиранием на более плотные грунты. Для повышения несущей способности свай используют методы бурения путем
раскатывания и уплотнения стенок скважин, а также создания различного рода уширений.
Технология производства работ состоит в бурении скважин, армировании, укладке бетонной смеси с последующим устройством ростверка в виде поясов или монолитных железобетонных плит.
