АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ФУНДАМЕНТОВ ДЛЯ ЖИЛИЩНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Первые здания, возведенные человеком, было примитивное жилье, что отражает фундаментальную потребность людей в укрытии и защите. С течением времени архитектура жилых домов стала более сложной и разнообразной, но потребность человека в жилье осталась неименной. Сейчас, как и тысячи лет назад жилые здания остаются самыми востребованными постройками.

Развитие и использование современные материалов позволило перейти на следующий этап и возводить многоэтажные жилые здания, что стало важным шагом в эволюции градостроительства, а также жилищного строительства, в частности. Сегодня жилые здания представляют собой не только место проживания, но и целые инфраструктурные кластеры, в которых жители могут находить все необходимое для комфортной жизни: от магазинов и школ до парков и спортивных площадок.

Рост функционала зданий напрямую коррелирует с увеличением габаритов здания. Это обусловлено не только стремлением увеличить используемую площадь, но и необходимостью обеспечения комфорта и безопасности. Соответственно и требуемый фундамент здания вынужден воспринимать растущую нагрузку от здания.

Фундаменты так же развивались во времени с учетом растущих потребностей строительства. Подбор типа фундамента является одним из важнейших этапов в процессе проектирования зданий и сооружений. Этот выбор должен обеспечивать оптимальные условия эксплуатации возводимых зданий и снижать вероятность возникновения нежелательных деформаций. В современной классификации выделяют следующую типологию фундаментов:

Рисунок 1. Классификация фундаментов

 

Выбор типа фундамента зависит от множества факторов, которые включают в себя геологические и гидрогеологические условия местности, характеристики грунтов, климатические особенности региона, архитектурные и инженерные параметры здания, планировку участка, ожидаемые нагрузки и требования к эксплуатации сооружения.

1. Геологические и гидрогеологические условия: Тип грунтового основания и глубина залегания грунтовых вод оказывают существенное влияние на выбор фундамента. Например, при наличии неустойчивых грунтов или высоком уровне грунтовых вод может потребоваться выбор свайного фундамента.

2. Климатические особенности: Климатические условия, такие как температурные колебания, сезонные осадки и наличие заморозков, также влияют на выбор типа фундамента. Например, в зонах с периодическими заморозками может потребоваться применение более заглубленных фундаментов для защиты от морозного пучения.

3. Архитектурные и инженерные параметры здания: Выбор фундамента зависит от конструктивной схемы здания, его размеров, веса, а также предполагаемых нагрузок, которые будут на него действовать. Например, высотные здания могут требовать более устойчивых и глубоких фундаментов для обеспечения их стабильности.

4. Планировка участка: Характеристики участка, такие как неровности рельефа, наличие подземных коммуникаций и близость к водоемам, могут ограничить выбор типа фундамента и потребовать адаптации строительного проекта.

5. Ожидаемые нагрузки и требования к эксплуатации: Важно учитывать предполагаемые нагрузки, которые будут действовать на здание в процессе его эксплуатации, а также требования к его долговечности, устойчивости и экономической эффективности.

В итоге, выбор типа фундамента представляет собой комплексный процесс, который требует учета всех вышеперечисленных факторов и обеспечивает оптимальное решение для конкретного строительного проекта.

Самым распространенным типом фундамента является фундаменты мелкого заложения — это тип фундаментов глубина заложения которых кратно меньше его ширины. Используется для небольших строений или сооружений, выполняется открытым способом в котловане [1, c. 5]. Этот тип фундамента применяется там, где грунт обладает достаточной несущей способностью для поддержки сооружения, и нагрузки от здания невелики. Фундамент мелкого заложения может быть эффективным и экономически выгодным решением для малых по размеру зданий или сооружений потому и является самым распространенным. Конструктивно выделяют следующие типы ФМЗ:

1. Ленточный;
2. Отдельно стоящий;
3. Плитный;
4. Массивный.

Изготавливают ФМЗ как в сборном, так и в монолитном исполнении.

Рисунок 2. Типы фундаментов мелкого заложения

а – отдельный фундамент под колонну; б – отдельные фундаменты под стену;

в – ленточный фундамент под стену; г – то же, под колонны;

д – то же, под сетку колонн; е – сплошной (плитный) фундамент.

 

Следующим по распространенности является свайный фундамент. Свайный фундамент - это тип фундамента, который используется для передачи нагрузки от здания на более глубокие и прочные слои грунта, применяется при относительно слабых поверхностных грунтах. Он состоит из вертикальных стержней, называемых сваями, которые вбиваются или заглубляются в грунт до достаточной глубины.

Отдельные сваи или их группы, объединяются распределительной плитой или балкой, создают свайный фундамент. Распределительные плиты или балки, которые объединяют головки свай, обычно изготавливаются из железобетона и называются ростверками. Ростверк служит для принятия, распределения и передачи нагрузки от вышерасположенных конструкций.

Если ростверк частично погружен в грунт или его подошва расположена на поверхности грунта, то его называют низким ростверком. Если же подошва ростверка находится выше поверхности грунта, то это высокий свайный ростверк. Обычно применяют низкий ростверк, а высокие ростверки используются для поддержки мостов, набережных, пирсов и сооружений на многолетней мерзлоте.

Рисунок 3. Типы ростверков.

а, б – низкий ростверк, в – веский ростверк.

 

По характеру работы выделяют 2 типа свай:

1. Свая-стойка;
2. Висячая свая.

Сваи-стойки — это тип сваи, который проникает через слабые грунты и опирается на несжимаемые или практически несжимаемые грунты, такие как крупно обломочные с песчаной структурой или скальные породы. Эти сваи передают основную часть нагрузки через свой нижний конец, так как при их незначительном вертикальном перемещении не возникает трения по боковой поверхности [2, c. 4].

Висячие сваи – это сваи которые опираются на сжимаемые грунты. Под воздействием продольной силы (N) свая смещается (происходит осадка), достаточно для возникновения сил трения между ее боковой поверхностью и грунтом. В результате нагрузка на фундамент передается как через боковую поверхность, так и через нижний конец сваи. [2, c. 4]

По способу устройства сваи выделяют следующие типы [2, c. 8]:

1. Забивные и вдавливаемые сваи;
2. Сваи-оболочки;
3. Набивные сваи;
4. Буровые сваи;
5. Винтовые.

Самым редким типом фундаментов являются фундаменты глубокого заложения. Эти типы фундаментов применяют при залегании прочных грунтов на большой глубине, когда устройство ФМЗ в открытом котловане слишком трудоемко и экономически нецелесообразно, а свайные фундаменты не обеспечивают необходимую несущую способность. Так же использование ФГЗ может быть продиктовано особенностями возводимого здания или сооружения, необходимостью возведения заглубленной или подземной конструкции. Их изготавливают и погружают в грунт с поверхности земли при помощи специальных механизмов и устройств. Они защемлены в грунте, передают нагрузку на основание по подошве и частично за счет сил трения R_f по боковой поверхности фундамента [1, c. 6]. Выделяют следующие виды ФГЗ:

Стена в грунте;

1. Опускные колодцы;

2. Кессоны;

3. Буровые опоры.

Проанализировав типы фундаментов, используемые в гражданском строительстве и данные по жилым высотным новостройкам города Уфа можно сделать вывод, что в современном строительстве наибольшее распространение получили плитные и свайно-плитные фундаменты из-за их эффективности и надежности [3, c. 6]. Для дальнейшего детального сравнения были выбраны именно эти типы фундаментов многоэтажных жилых зданий.