Конструкции фундаментов и их виды

Основным назначением любого фундамента является передача нагрузки от несущих конструкций сооружения на грунты основания. Поскольку напряжения в сечениях несущих конструкций (колонн, стен и др.), устанавливаемые исходя из прочности материалов этих конструкций, во много раз больше давления, которое могут воспринять грунты основания, фундаменты должны так снижать давление по их подошвам, чтобы оно не приводило к недопустимым деформациям основания сооружения. При значительном развитии подошвы фундамента приходится делать большие выносы в стороны, которые работают на изгиб, при этом в фундаменте возникают растягивающие напряжения.

Иногда перед фундаментами ставится еще одна задача — обеспечить уменьшение неравномерности осадки до допустимых значений для данного сооружения. С этой целью нагрузку от группы колонн или стен передают на один фундамент, делая его ленточным или в виде сплошной плиты. Такие фундаменты, работая на изгиб, частично выравнивают осадку.

Таким образом, при проектировании после принятия глубины заложения фундаментов стремятся подобрать такие размеры подошвы и выбрать такую их конструкцию, которые обеспечивали бы допустимые деформации оснований сооружений. Если это невозможно, глубину заложения фундаментов увеличивают до слоя более плотного грунта.

По глубине заложения подошвы различают фундаменты мелкого и глубокого заложения.

Фундаменты, устроенные в заранее отрытых котлованах и траншеях и имеющие глубину заложения подошвы до 5... 6 м, считают фундаментами мелкого заложения.

Фундаментом глубокого заложения можно считать фундамент, отвечающий сочетаниям следующих условий:

-имеющий заложение подошвы на глубине свыше 6 м; при этом относительное заглубление d_n/b должно быть более 1,5... 2;

-устроенный глубоким погружением в грунт (без отрытия котлована) опор, что позволяет при расчете его несущей способности учесть повышенное сопротивление грунта не только под подошвой, но и по всей боковой поверхности. Последнее обстоятельство очень важно при работе фундаментов на горизонтальные усилия.

Основными типами фундаментов в открытых котлованах являются: отдельные, ленточные под колонны, ленточные под стены, сплошные и массивные.

Отдельные фундаменты (рис. 1,а) устраивают под колонны и стены в комбинации с фундаментными балками (рандбалками). Подошву таких фундаментов можно развивать в длину и ширину. Отдельные фундаменты не увеличивают жесткости сооружения. Обычно их применяют в случаях, когда неравномерности осадки не превышают допустимых значений. Иногда удается выравнивать осадки путем уменьшения давления под подошвой фундаментов, которые по расчету должны получить большие осадки.

Ленточные фундаменты под колонны (рис. 1,6) воспринимают нагрузку от ряда колонн. Иногда под сетку колонн делают ленточные фундаменты в двух направлениях (перекрестные ленты). Ленточные фундаменты устраивают для уменьшения неравномерностей осадки отдельных колонн, а перекрестные ленты позволяют выравнивать осадки не только отдельных колонн в ряду, но и здания в целом. Ленточные фундаменты под стены (рис.1,в) иногда называют непрерывными. Такие фундаменты несущественно изменяют жесткость сооружения. При большой жесткости стен ленточные фундаменты почти не работают на изгиб в продольном направлении. Эти фундаменты в целях снижения давления по их подошве можно развивать только в поперечном направлении. Такие фундаменты иногда делают с целью устройства подвальных помещений и технических подполий.

Сплошные фундаменты устраивают под всем сооружением или под его частью в виде железобетонных плит под сетку колонн и стен (рис. 1,г). Такие плиты работают на изгиб в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Иногда целесообразно делать сплошные фундаментные плиты коробчатой формы. В таком случае нижняя фундаментная плита и перекрытие под подвальными помещениями, объединенные вертикальными стенами подвала, совместно работают на изгиб. При устройстве коробчатых фундаментов в подвальных помещениях в стенах делают не двери, а лазы.

Сплошные фундаменты часто делают при необходимости устройства гидроизоляции подземной части сооружения. Для упрощения устройства и надежности гидроизоляции не следует делать выносы плиты за пределы контура стен. В случае отсутствия гидроизоляции для уменьшения момента в пролетной части фундаментной плиты выполняют выносы плиты за контуры наружных стен.

Массивные фундаменты устраивают в виде жесткого массива под всем небольшим в плане сооружением (дымовая труба, доменная печь, и т. п.).

Рис.1. Основные типы фундаментов: а — отдельный, б — ленточный под колонны; в —ленточный под стены; г—в виде сплошной плиты

По характеру работы под нагрузкой фундаменты в общем случае можно разделить на жесткие и гибкие. Жесткие рассчитывают только на восприятие напряжения сжатия. Растягивающие и касательные напряжения в них отсутствуют или настолько малы, что ими можно пренебречь. Гибкие работают на изгиб и, помимо работы на сжатие, испытывают значительные растягивающие и скалывающие напряжения.

По конструктивной форме фундаменты подразделяют на отдельные, ленточные, сплошные, массивные, смешанные и свайные.

Отдельные (столбчатые) фундаменты могут быть в виде невысоких столбов (с углублениями в верхней части — «стаканами» для колона или «бесстаканными») с развитой опорной частью, устанав­ливаемых под колоннами, углами зданий, опорами рам, балок, ферм и других элементов, а также в виде оболочек-опор глубокого заложения (которые объединены поверху общей плитой), устраиваемых под опоры мостов, гидросооружений, сильно нагруженных колонн.

Ленточные фундаменты выполняют в виде непрерывных параллельных или пересекающихся лент под всеми протяженными несущими конструкциями — стенами, опорными рамами оборудования, а также под сооружениями.

Сплошные фундаменты располагают под всей площадью сооружения в виде ребристой или гладкой плиты, коробки или пространственного блока (например, турбинный блок гидроэлектростанции, машинный блок насосной станции и др.).

Массивные фундаменты в виде сплошного массива кладки устраивают обычно под отдельно стоящие тяжело нагруженные опоры или сооружения (мостовые опоры, башни, мачты, машины н др.).

Смешанные фундаменты представляют собой сочетание ленточного или сплошного со столбчатым.

По материалу тела фундаменты могут быть кирпичными, бутовыми, бутобетонными ижелезобетонными.

По назначению фундаменты разделяют на фундаменты промышленных, гражданских и сельскохозяйственных зданий; под сооружения, под машины и под другое оборудование.

По методу изготовления фундаменты могут быть монолитными, полностью возводимыми на месте постройки, сборными, монтируемыми из заранее изготовленных элементов, и сборно-монолитными, выполняемыми из сборных элементов, омоноличиваемых на месте бетоном (например, опоры глубокого заложения из сборных железобетонных оболочек, заполненных бетоном; сваи с монолитной плитой поверху и т. д.).