Современное здание. Конструкции и материалы (2006)

Фундаментом называется подземная часть здания или сооружения, воспринимающая все нагрузки, как постоянные, так и временные, возникающие в надземных частях, и передающая давление от этих нагрузок на основание (рис. 2.1.1).

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.

Глубина заложения фундаментов, или расстояние от планировочной отметки земли до подошвы фундамента, для зданий без подвала определяется в зависимости от назначения зданий и их конструктивных особенностей, наличия подземных коммуникаций, величины и характера нагрузок, глубины заложения фундаментов примыкающих зданий, геологических и гидрологических условий строительной площадки (виды грунтов, несущая способность и пучинистость, уровень грунтовых вод и возможные колебания его в период строительства и эксплуатации зданий и т.д.) и от климатических условий района.

Вслучаях, когда основание фундамента состоит из пучинистых или склонных к пучению грунтов (крупнообломочных с глиняным заполнением, пылеватых и мелкозернистых песков, супесей, суглинков и глин), глубину заложения фундаментов наружных стен и колонн назначают в зависимости от нормативной глубины сезонного промерзания грунтов.

При определении расчетной глубины промерзания грунтов под зданием учитывают влияние режима его эксплуатации и конструктивное решение полов первого этажа. В отапливаемых помещениях грунт под полом прогревается по-разному в зависимости от конструкции пола, поэтому нормативная глубина промерзания снижается за счет теплового режима здания.

Фундаменты под внутренние несущие конструкции отапливаемых зданий заглубляются без учета глубины промерзания, так как под ними грунт практически не промерзает, и она может быть принята минимальной – 0,5 м от уровня проектной отметки поверхности земли.

Взависимости от типа конструкции различают ленточные, столбчатые, сплошные (плитные) и свайные фундаменты (рис.2.1.2), в зависимости от технологии возведения – сборные и монолитные, мелкого заложения (до 5 м от поверхности земли) и глубокого (более 5 м).

Взависимости от работы фундаментов под нагрузкой различают фундаменты жесткие и гибкие. Жесткие работают преимущественно на сжатие (например бетонные), гибкие – на растягивающие и скалывающие усилия (к ним относятся фундаменты с железобетонным подушками).

Бетон и железобетон являются основными материалами для возведения фундаментов. В массовом жилищном строительстве в основном применяются сборные железобетонные элементы. В малоэтажном строительстве возможно использование бута, бутобетона и хорошо обожженного кирпича.

Ленточные фундаменты представляют собой непрерывную стенку, равномерно загруженную вышележащими несущими или самонесущими стенами или же колоннами каркаса. Равномерная передача ленточными фундаментами нагрузки на основание очень важна, когда на строительной площадке имеются неоднородные по сжимаемости грунты, а

также просадочные или слабые грунты с прослойками. Ленточные фундаменты бывают монолитными и сборными.

Сборные фундаменты в зависимости от строительной системы здания монтируют из различных конструктивных элементов. В панельных зданиях сборные ленточные фундаменты устраивают из железобетонных плит – подушек и бетонных цокольных (наружных и внутренних) панелей.

Взависимости от проектируемого температурного режима подвала (подполья) наружные цокольные панели могут быть утеплснными (одноили трехслойными) или неутепленными. В цокольных панелях под внутренние стены предусматриваются проемы для сквозного прохода по подполью (подвалу) и пропуску инженерных коммуникаций.

Вкирпичных и крупноблочных зданиях сборные ленточные фундаменты выполняют из железобетонных плит – подушек и бетонных стеновых блоков.

Вмалоэтажном строительстве на прочных сухих грунтах устраивают прерывистые ленточные фундаменты, в которых плиты-подушки укладывают с разрывами с последующей засыпкой сухим песком.

Для малоэтажных зданий и в случае отсутствия индустриальной базы применяются монолитные ленточные конструкции фундаментов, выполняемые из бетона, бутобетона или бутовой кладки (если бут является местным материалом).

êËÒ. 2.1.1 Ç̯ÌË ‚ÓÁ‰ÂÈÒÚ‚Ëfl ̇ ÙÛ̉‡ÏÂÌÚ.

1 - М‡„ ЫБН‡ УЪ ‚˚¯ВОВК‡˘Лı ˝ОВПВМЪУ‚ Б‰‡МЛfl; 2 - ЪВПФВ ‡ЪЫ ‡ „ ЫМЪ‡; 3 - ·УНУ‚УВ ‰‡‚ОВМЛВ „ ЫМЪ‡; 4 - „ ЫМЪУ‚‡fl ‚О‡„‡;

5 - ‡„ ВТТЛ‚М˚В ıЛПЛ˜ВТНЛВ ‚В˘ВТЪ‚‡;

6 - ÒËÎ˚ ÔÛ˜ÂÌËfl „ ÛÌÚ‡;

7 - ‚Л· ‡ˆЛЛ; 8 Л 9 - ЪВПФВ ‡ЪЫ ‡ Л ‚О‡КМУТЪ¸ ‚УБ‰Ыı‡ ФУПВ˘ВМЛfl ФУ‰‚‡О‡;

10 - ÛÔ Û„ËÈ ÓÚÔÓ „ ÛÌÚ‡.

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

Фундаменты данного типа применяют в каркасных зданиях различной этажности либо в малоэтажных зданиях (каркасных и бескаркасных).

Столбчатые фундаменты, устраиваемые под малоэтажными зданием с несущими стенами, располагают под углами стен, на пересечениях наружных и внутренних стен и под простенками. На них под стены укладывают перемычки или фундаментные балки.

Столбчатые фундаменты под колонны каркасных, а также крупнопанельных зданий выполняют сборными из железобетонных элементов, состоящих из подушки и фундаментного столба или из блока стаканного типа, образующих башмак.

кЛТ. 2.1.2 нЛФ˚ ЩЫМ‰‡ПВМЪУ‚:

Д - ТЪУО·˜‡Ъ˚И; Е - ОВМЪУ˜М˚И; З - ТФОУ¯МУИ; Й - Т‚‡ИМ˚И.

Сплошные (плитные) фундаменты применяются в следующих случаях:

• при слабых грунтах на строительной площадке или при значительных нагрузках от здания;

•при разрушенных, размытых или насыпных грунтах основания;

•при неравномерной сжимаемости грунтов;

•при необходимости защиты от высокого уровня грунтовых вод.

Плитные фундаменты конструируют в виде плоских и ребристых плит или в виде перекрестных лент. Для зданий с большими нагрузками, а также в случае использования подземного пространства применяются коробчатые фундаменты.

Плитные фундаменты проектируют под здания в основном с каркасной конструктивной системой. Для повышения жссткости плиты устраивают ребра в перекрестных направлениях, которые могут выполняться как ребрами вверх, так и вниз по отношению к плите.

На пересечениях ребер фундаментной плиты устанавливаются колонны при каркасной конструктивной системе, а при стеновой ребра используются как стены цокольной части здания, на которые устанавливают несущие конструкции его наземной части.

Фундаменты в виде коробчатого сечения применяются при возведении высотных зданий с большими нагрузками. Ребра такой плиты выполняются на полную высоту подземной части здания и жестко соединяются с перекрытиями, образуя, таким образом замкнутые различной конфигурации сечения.

Свайные фундаменты устраивают при строительстве зданий на слабых сильносжимаемых водонасыщенных грунтах, а также при передаче на основание больших нагрузок от колонн и стен многоэтажных зданий.

По способу передачи вертикальной нагрузки от здания или сооружения на грунт различают два вида свайных фундаментов: сваи-стойки, которые проходят через слабые грунты и опираются на толщу прочного грунта, и висячие сваи (или сваи трения), которые плотного грунта не достигают, удерживаются в слабом грунте за счет его уплотнения и передают нагрузку на грунт трением, возникающим между боковой поверхностью свай и грунтом (рис.2.1.3).

В зависимости от несущей способности и конструктивной схемы здания сваи размещают в один или несколько рядов или кустами. Сваи располагают обязательно подо всеми углами здания и в точках пересечения осей стен. Глубину забивки свай назначают, исходя из несущей способности сваи и грунта основания.

Для обеспечения равномерной передачи нагрузок от стен на сваи по верхним концам последних укладывают монолитные или сборные железобетонные ростверки, а на кусты свай – оголовки. При сборных ростверках оголовки устанавливают и на одиночные сваи. В зданиях без подвалов и технических подполий подошва ростверка должна находиться на 0,1-0,15 м ниже планировочных отметок поверхности земли у здания. При наличии подвала или технического подполья подо всем зданием отметки пола подвала совмещают с верхом ростверка под наружные и внутренние стены.

Прочность соединения конструкции ростверка со сваей обеспечивают заделкой торца сваи в бетон ростверка. Если ростверк устраивают из сборного железобетона и соединяют со сваей через оголовок, то оголовок устанавливают на сваю, закладные детали ростверка и оголовка сваривают стальными накладками, затем зазоры замоноличивают бетоном.

Долгая и беспроблемная служба подземных частей здания зависит в первую очередь от грамотно выполненной гидроизоляции. В последнее время все более актуальной становится также проблема защиты зданий от вибраций.

Гидроизоляция

Проникающая в строительные конструкции влага является серьезной причиной их разрушения. Защита от проникновения воды является важным фактором сохранности и долговечности зданий.

При высоком уровне стояния грунтовых вод возникает опасность проникновения их в подвальные помещения, образования течи и пятен сырости на стенах. Капиллярная влага, поднимающаяся по порам в массиве фундамента и цоколя от влажного грунта, может распространиться и в кладку стен нижних этажей. В случае агрессивности грунтовых вод материалы фундамента и подземных частей здания могут разрушаться. Для защиты здания от грунтовых вод предусматривают меры борьбы с движением грунтовых вод и проникновением атмосферных осадков в грунт основания и

устраивают защитную изоляцию от проникновения грунтовой влаги в конструкции здания.

Чтобы предупредить проникновение дождевых и талых вод в подземные части здания, осуществляют планировку поверхности участка под застройку, создавая необходимый уклон для отвода поверхностных вод от здания. Вокруг здания вдоль наружных стен устраивают отмостку из плотных водонепроницаемых материалов (асфальт, асфальтобетон и др.).

Для защиты от проникновения грунтовой влаги в конструкции здания при новом строительстве обычно выполняется наружная изоляция конструкций со стороны воздействия воды, а для старой застройки применяют внутреннюю гидроизоляцию в подвальных помещениях.

Выделяют три типа гидроизоляции, соответствующие видам воздействия воды, – безнапорная, противонапорная и противокапиллярная.

Безнапорная гидроизоляция выполняется для защиты от временного воздействия влаги атмосферных осадков, сезонной верховодки, а также в дренируемых полах и перекрытиях.

Ä

Å

êËÒ. 2.1.3 낇ÈÌ˚ ÙÛ̉‡ÏÂÌÚ˚:

Ä - ÒÓ ÒÚÓ˜Ì˚ÏË Ò‚‡flÏË; Å - Ò ‚ËÒfl˜ËÏË Ò‚‡flÏË.

Противонапорная – для защиты ограждающих конструкций (полы, стены, фундаменты) от гидростатического подпора грунтовых вод.

Противокапиллярная – для изоляции стен зданий в зоне капиллярного подъема грунтовой влаги.

Устройство гидроизоляции подвалов определяется характером воздействия воды, особенностью дренируемых конструкций и материалов, а также функциональными требованиями к помещениям по эксплуатации, назначению и допустимой влажности. Это влияет на выбор типа и материала изоляции, определяемый необходимыми показателями по водопроницаемости, водостойкости, паропроницаемости и долговечности. Возможности подрядных организаций, сезон и темпы работ также следует учитывать при отборе гидроизоляционных материалов.

Существуют различные методы устройства гидроизоляции: основные – оклеечные, окрасочные, обмазочные, штукатурные, листовые (кессонные) и глиняные, а также специальные – инъекционные, проникающие (пенетрационные), геомембранные пропиточные, шовные, подводные, ликвидации активных течей и др. Подробнее о гидроизоляционных материалах см. в разделе 3.1.

Виброизоляция

Источники возникновения вибрации, их характеристики, общие меры по защите от вибрации рассмотрены в Части 1 настоящего издания.

Здесь же остановимся на особенностях сооружения здания на упругих опорах, позволяющих эффективно снизить передачу вибраций. Для этой цели используются специальные материалы, которые дают возможность проектировщику создавать различные конструкции изолирующей опоры, как то: полноплоскостную, ленточную или точечную (рис. 2.1.4).

Применение материала SYLOMER® (фирмы Getzner®), например, исключает наличие жестких требований относительно того, в каком месте здания (конструкции) должна находиться упругая прослойка. Упругое разделение осуществляется там, где это наиболее благоприятно для проектирования. Свойствами, необходимыми для реализации эффективной виброзащиты здания, материал обладает уже “сам по себе”. Он характеризуется объемной сжимаемостью, т.е. даже покрытый оболочкой материал не теряет своей упругости, отличается благоприятным соотношением динамической и статической жесткостей, не подвержен гидролизу, а также устойчив к воздействию обычно встречающихся на стройке химических соединений, разбавленных щелочей и масел. Воздействие влаги на статическую и динамическую жесткость очень незначительно даже при полном погружении материала в воду.

Как уже говорилось выше, опора на материал, снижающий вибрацию, может быть: полноплоскостной, ленточной или точечной. Определение того, какой вид опор является для здания наиболее благоприятным, зависит от требуемой собственной частоты и особенностей конструкции. Примыкающие элементы конструкций, такие как стены или потолки, могут быть выполнены как из монолитного бетона, так и из сборных блоков. Изготовленная из монолитного бетона площадь опоры обычно используется в качестве несъемной опалубки.

Арматуру можно монтировать непосредственно на матах. Для очень мягких типов виброизолирующего материала площадь опоры распорных элементов нужно увеличить с помощью подкладок таким образом, чтобы арматура не вдавливалась в маты. Готовые блоки просто устанавливают на опору. Устройство перекрытий на упругих опорах обычно производится с помощью армированных плит. Для полной изоляции здания от воздействия вибраций необходимо всю поверхность стен, расположенных над упругой опорой и соприкасающуюся с грунтом, отделить упругими прокладками.

Полноплоскостная опора

Преимуществами полноплоскостной опоры являются простота строительного исполнения и минимальный риск образования акустических мостиков из-за ошибок при укладке матов. Разделение обычно устраивается между плитой пола и основанием или слоем бетонной подготовки. Для большей эффективности основание должно быть как можно более жестким. Воздействующие на здание нагрузки, распределяясь на большей площади, благодаря полноплоскостной опоре, передаются на основание. Специальные конструкции для перераспределения нагрузок на ленточные или точечные опоры не требуются. Структурных колебаний плиты пола при реализации полноплоскостной опоры в значительной мере удастся избежать.

Ленточная опора

Применение ленточной опоры рекомендуется при реализации линейной передачи нагрузки. Упругая прослойка при этом располагается, как правило, в области фундамента или непосредственно под перекрытием подвала. Пол или потолок подвала, а также стены над ними можно монтировать непосредственно на ленточных опорах. Для эффективной изоляции структурных вибраций примыкающие к упругой прослойке элементы конструкций должны быть очень жесткими и не обладать выраженными резонансными свойствами.

Преимуществом расположения упругой прослойки в области фундамента является возможность сооружения здания традиционными способами после завершения работ в области фундамента. Появление акустических мостиков вследствие строительных дефектов практически исключается.

При размещении упругой прослойки под плитой перекрытия подвала изоляция стен подвала не требуется. Однако все соединения между подвалом и элементами здания на упругих опорах (например лестницы и технические проемы) нужно отделить упругими элементами.

Точечные опоры

Упругое разделение точечного вида рекомендуется устраивать в конструкциях на свайном основании или при опирании на отдельные стойки/колонны. Приложенная нагрузка является определяющей при выборе типа упругого материала. Оптимальное сжатие выбранного типа материала достигается изменением площади опоры с помощью свайных наголовников. Для точечной опоры, как правило, применяются материалы с высокими объемными массами. Точно так же, как и при полноплоскостной и ленточной опорах, основание для опор, а также примыкающие элементы конструкций должны быть очень жесткими.

è é Ñ á Ö å ç õ Ö ó Ä ë í à á Ñ Ä ç à â

Ä

Å

Ç

2.2.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Современные наружные стены должны отвечать целому ряду самых общих требований, а именно: по прочности и устойчивости; по долговечности, соответствующей классу здания; по огнестойкости; по теплопроводности; по защите от шума; по паропроницанию; по сеймостойкости (в сейсмических районах); по архитектурной выразительности.

При этом в процессе проектирования необходимо учитывать в качестве исходных данных следующие основные предпосылки:

•характеристики здания (назначение, этажность, температур- но-влажностный режим, степень огнестойкости и т.д.);

•расположение здания в системе застройки, планировки и благоустройства территории;

•климатические факторы района строительства (температура наружного воздуха зимой и летом, инсоляция, атмосферные осадки, скорость ветра);

•номенклатуру имеющихся строительных материалов для устройства крыши, а также технические возможности строитель- но-монтажных организаций;

•особые условия строительства (сейсмические условия, длительно мерзлые грунты, просадочные грунты, подрабатываемые территории);

•финансовые возможности заказчика.

Подробнее > > > Нормативные требования и рекомендуемая литература.

Физика стен

Внастоящее время в связи с появлением не просто новых материалов, а целых СИСТЕМ ограждающих конструкций (состоящих из разнородных материалов) огромное внимание должно быть уделено пониманию физических процессов, происходящих в наружных стенах. Без этого невозможно грамотное их проектирование и возведение.

Вкачестве ограждающих конструкций наружные стены подвергаются воздействию целого ряда воздействий, тесно связанных с процессами, происходящими как вне здания, так и внутри него (рис. 2.2.2). К ним относятся атмосферные осадки; водяной пар, содержащийся во внутреннем воздухе здания; влага почвы; ветер; солнечная радиация; перепады темпе-

Ä

ÅÇ

êËÒ. 2.2.2 íËÔ˘Ì˚ ̇„ ÛÁÍË, ‚ÓÁ‰ÂÈÒÚ‚Û˛˘ËÂ

М‡ НУМТЪ ЫНˆЛЛ ТЪВМ Л ˆУНУОfl

(ÔÓ Ï‡ÚÂ Ë‡Î‡Ï ÙË Ï˚ TIKKURILA).

кЛТ. 2.2.3 к‡ТФ В‰ВОВМЛВ ‰‡‚ОВМЛfl, У·ЫТОУ‚ОВММУ„У

‚ÂÚ ÓÏ (J.Latta, Walls, Windows and Roofs for the Canadian Climate, 1973).

ратур; химически агрессивные вещества, содержащиеся в воздухе; а также некоторые другие факторы.

Атмосферные осадки

Наибольшее негативное воздействие оказывает на наружные стены зданий косой дождь с ветром. От этого сильнее всего страдают постройки на побережье, а также высотные, отдельно стоящие здания.

Дождевая вода может попасть внутрь стены через пористую структуру поверхности, отверстия, трещины, щели и неплотные швы. Сильнейшему воздействию дождя подвергаются верхние части стен и углы.

Неисправные водосточные желоба и трубы могут также стать причиной намокания стен. Вертикальные швы водосточных труб должны быть устроены в противоположной от стены

стороне, чтобы предотвратить попадание воды на стену. Расстояние между стеной и водосточными желобами должно быть не менее 30 мм.

Неправильно выполненные оконные откосы могут также привести к попаданию дождевой воды внутрь конструкции стены. Наружные края оконных откосов должны находиться на расстоянии 30 мм от стены, к тому же они должны иметь достаточный наклон, не меньше 300 мм.

Пожарные лестницы, флагштоки, светильники, рекламные плакаты, перила балконов и т.п. необходимо монтировать таким образом, чтобы они не направляли дождевую воду по стене.

Поверхностные воды на земле, снеговые сугробы и брызги дождевой воды воздействуют на цоколь и нижнюю часть фасада. Для того чтобы нивелировать отрицательные воздействия от данного вида нагрузок, следует предусмотреть устройство уклона прилегающей к зданию земли.

Водяной пар

Водяной пар постоянно образуется во внутренних помещениях здания в результате жизнедеятельности людей. Новые конструкции могут иногда обладать исключительно высоким влагосодержанием из-за т.н. конструктивной влажности. Чем выше температура и эффективнее проветривание, тем быстрее происходит процесс высыхания конструкции.

Водяной пар, содержащийся в воздухе внутри здания, в процессе диффузии и конвективного переноса проникает в конструкцию стены и, охлаждаясь до температуры ниже точки росы, конденсируется. Количество образующейся влаги тем выше, чем больше разница температур снаружи и во внутренних помещениях, поэтому в зимнее время влага довольно интенсивно накапливается в стене. При этом необходимо понимать, что влага внутреннего воздуха может переходить в стеновую конструкцию также и вместе с воздушными потоками сквозь щели, трещины и не-герметичные стыки и швы.

Для того чтобы стена год от года не теряла свою теплоизолирующую способность и конструктивную прочность, необходимо, чтобы вся влага, накапливающаяся в толще стены зимой и летом, выходила наружу.

Негативные последствия этого явления можно предотвратить – либо используя различные конструктивные приемы (прежде всего, устройство вентилируемых зазоров), либо включая в конструкцию стены пароизоляционные материалы (изнутри помещения).

Влага почвы

При отсутствии гидроизоляции грунтовые и осадочные воды в фундаменте здания могут под воздействием капиллярных сил подниматься в цоколь. В случае ненадлежащего устройства изоляции между цоколем и стеновой конструкцией влага может подняться еще выше – в собственно стеновую конструкцию. На рис.2.2.2 представлен ряд конструктивных решений, позволяющих предотвратить проникновение влаги из почвы в цоколь.

Ветер

Потоки ветра, встречая на пути препятствие в виде здания, обходят его – в результате вокруг постройки образуются области положительного и отрицательного давления (рис. 2.2.3). Ветровые нагрузки, увеличивающиеся по высоте здания, необходимо обязательно учитывать при расчетах ограждающих конструкций.