Основания и фундаменты.

Прочность и устойчивость сооружений прежде всего зависит от надежности оснований и фундаментов.

Основанием считают слой грунта, залегающий ниже подошвы фундамента и в стороны от него, воспринимает нагрузку от сооружения и влияющий на устойчивость фундамента и его перемещения.

Основания бывают естественными и искусственными. Естественные основания– скальные, крупнообломочные (щебень, гравий), песчаные и глинистые. Искусственные основания – грунты, которые по механическим свойствам в своем природном состоянии не могут выдерживать нагрузки от зданий и сооружений.

Основные требования к фундаментам: прочность, устойчивость, сопротивляемость влияниям температуры, долговечность и экономичность.

Фундаменты делятся:( по форме в плане) на ленточные, столбчатые, сплошные и свайные, могут быть сборными или монолитными. Ленточные фундаменты: собираются по периметру здания без разрывов в виде непрерывной стены, могут просто заливаться либо собираться из готовых блоков. Столбчатые фундаменты: собираются в виде системы отдельно стоящих столбов и применяются для строительства каркасных промышленных зданий (рис. 13). Сплошные–ввиде сплошной плиты прямоугольного или ребристого сечения под все здание.

 

Рис. 4.9. Ленточные фундаменты.

 

- По виду материала фундаменты бывают железобетонные, бетонные, бутовые, бутобетонные, кирпичные и деревянные. Под все ответственные здания и сооружения устанавливают железобетонные фундаменты.

- По характеру работы под нагрузкой фундаменты делятся на жесткие и гибкие.

По способу производства на сборные и монолитные.

Рис. 4.10. Конструкции сборных столбчатых фундаментов.

 

Свайные фундаменты – это фундаменты, в которых для передачи нагрузки от сооружения на грунт используют сваи. Фундамент состоит из свай и объединяющих их жестких связей. Свайные фундаменты устраивают там, где необходимы передачи значимых нагрузок на слабые грунты (водо- насыщенные). В зависимости от нагрузок сваи располагаются:

- по одной под отдельные опоры;

- рядами под стеновые конструкции;

- кустами од колонны;

- свайными полями под здания и сооружения малой площади.

Изготавливаются из железобетона, бетона, стали и дерева.

По способу изготовления и погружения в грунт делятся на:

- забивные; - набивные монолитные (их заливают в грунте). Диаметр сваи до 1 м, глубина сваи 30 м.

По характеру работы в грунте: висячие и сваи-стойки. Сваи-стойки проходят через слабый грунт и опираются на прочные основания. Висячие не достигают прочного грунта, а лишь уплотняют слабый грунт, нагрузку от здания воспринимают за счет трения.

Рис. 4.11. Схемы свайного фундамента: а - со сваями – стойками; б – с висячими сваями.

 

Фундаменты под промышленное оборудование должны удовлетворять требованиям прочности, устойчивости и экономичности. Они должны обеспечивать нормальную эксплуатацию оборудования, надежное его крепление и отсутствие вибраций. По конструкции фундаменты под промышленное оборудование делят на массивные и рамные. В качестве материала для их изготовления применяют чаще всего бетон и железобетон. Глубину заложения фундаментов назначают в зависимости от геологических и гидрологических условий строительной площадки, глубины заложения фундаментов здания, соседних примыкающих установок, размера и конструкции самого фундамента, вида и массы оборудования и др.

При проектировании фундаментов следует располагать центры тяжести фундамента и машины на одной вертикали.

 

4.5. Каркас одноэтажного промышленного здания и его конструктивные элементы.

Каркас – несущая основа здания, которая состоит из поперечных и продольных элементов.

Элементы каркаса – рамы, воспринимающие нагрузки от стен, покрытий перекрытий, снега, кранов, ветра, действующего на наружные стены и фонари, а также нагрузки от навесных стен.

Каркас состоит из колонн и несущих конструкций покрытия – балок или ферм, длинномерных настилов и пр. Эти элементы соединены в узлах шарнирно с помощью металлических закладок, анкерных болтов и сварки. Рамы собирают из типовых элементов заводского изготовления. Другие элементы каркаса это: фундаментные, обвязочные и подкрановые балки и подстропильные конструкции. Они обеспечивают устойчивость рам и воспринимают нагрузки от ветра, действующего на стены здания и фонари, а также нагрузки от кранов. Каркасы проектируют железобетонными, металлическими и смешанными.

Фундаменты под колонны каркаса зданий устраивают из железобетона в сборном и монолитном исполнении. Проектируют их, как правило, ступенчатой формы.

Другие элементы каркаса – фундаментные, обвязочные, подкрановые балки и подстропильные конструкции.

 

Рис.4.12. Фундаменты под колонны.

 

Колонны предназначены для восприятия вертикальных и горизонтальных нагрузок в промышленных зданиях. В основном применяют железобетонные колонны заводского изготовления.

Рис 4.13. Железобетонные колонны для промышленных зданий.

 

Для бескрановых зданий высотой до 10,8 м применяют колонны прямоугольного сечения: 400х400 и 500х500 – для крайних колонн, 400х600 и 500х600 – для средних колонн.

Для зданий оборудованных краном применяют колонны, состоящие из двух частей надкрановой и подкрановой прямоугольного и двухветвевого сечения.

Надкрановая часть (надколонник) служит опорой несущей конструкции покрытия Подкрановая часть передает нагрузку на фундамент от надколонника, а также от подкрановых балок, которые опираются на выступы консоли колонны. Крайние колонны крановых пролетов имеют односторонний выступ – консоль, средние – двусторонние консоли.

Фундаментные балки служат для передачи нагрузки от наружных и внутренних стен здания на фундаментные колонны.

 

Рис. 4.14. Фундаментные балки.

 

Фундаментные балки для наружных стен здания выносят за грани колонн, а для внутренних стен располагают между колоннами по линии их осей.

Балки имеют тавровое и трапециидальное сечение.

Длина балок при шаге колонн 6 м составляет 4950 мм, при шаге 12 м – 10,7м.

Укладывают их непосредственно на ступени фундаментов или на бетонные столбики.

Ширина верхней полки фундаментных балок для кирпичных и блочных стен равна 300,400 и 520 мм, а для панельных стен – 200,240,300 и 400 мм. Высота балок 400 и 600 мм. Фундаментные балки изготавливают из бетона классов В20…В40, армируют стержнями периодического профиля - из стали класса А–11.

Обвязочные балки служат для опирания на них кирпичных или мелкоблочных стен в местах перепада высот или для опирания части стены и устройств ленточных остеклений.

Рис. 4.15. Обвязочная балка.

 

Подкрановые балки предназначены для опирания рельсовых путей, по которым передвигается мостовой кран. Их изготавливают из железобетона или стали. Длина балок – 6000 и 12000 мм, высота – 1000…1400 мм.

Связи.Для обеспечения пространственной жесткости в зданиях между колоннами устанавливают связи. Их изготавливают из стальных прокатных профилей. Связи устанавливают в местах температурных блоков, как вертикальных, так и горизонтальных, между фермами покрытий. Связи распологают в продольных рядах колонн у середины каждого температурного блока. Кроме вертикальных связей между колоннами устанавливают еще горизонтальные и вертикальные связи между фермами (балками) покрытий.

Несущие конструкции покрытий.Несущие конструкции покрытий состоят из железобетонных односкатных и двухскатных балок, ферм, арок, пространственных конструкций и плит. По виду армирования несущие конструкции делят на обычно армированные и предварительно напряженные .Их выполняют цельными на всю длину пролета, а также из отдельных блоков, собираемых в элементы путем укрупнительной сборки перед монтажом. Для небольших пролетов (6000, 9000, 12000 и 18000 мм) в качестве несущих конструкций можно использовать железобетонные стропильные балки их изготавливают односкатными, двускатными и с параллельными поясами.

Рис. 4.16. Стропильные фермы: а – сегментные; б, в – безраскосные; г – с параллельными поясами

 

Односкатные балки применяют в покрытиях одноэтажных промышленных зданий пролетом 6000 …12000 мм, с шагом колонн 6 м и наружным водостоком. Двускатные балки используют в покрытиях одноэтажных промышленных зданий при пролетах 6000…18000 мм, шаге колонны 6 и 12 м с наружным и внутренним водостоком.

Балки с параллельными поясами применяют в покрытиях промышленных зданий с плоской кровлей при пролетах 12000 и 18000 мм и шаге колонн 6 и 12 м. Стропильные балки имеют тавровое или двутавровое сечение. Балки устанавливают на железобетонные колонны или на несущие стены с устройством железобетонных подушек, а балки пролетом 18000 мм также и на подстропильные балки. К колоннам балки покрытия прикрепляют анкерными болтами, выпущенными из колонн и проходящими через опорный лист, приваренный к закладной детали балки. Опорный лист балки прикрепляют к листу, заложенному в колонну.

 

Рис. 4.17. Сборные железобетонные стропильные балки.

 

Балки изготавливают из бетона классов В30, В40, В50 армируют высокопрочной проволокой класса Вр-11 или стержневой арматурой из стали марки А-1V и А-111в.

Стропильные фермы.Такие конструкции состоят из отдельных, соединенных между собой стержней, образующих каркас. Стержни фермы, расположенные по ее верхнему контуру, составляют верхний пояс, а по нижнему – нижний пояс. Вертикальные стержни фермы называют стойками, наклонные – раскосами.Стойки и раскосы, расположенные между верхними и нижними поясами, образуют решетку фермы, а точки (места), в которых сходятся концы стоек и раскосов, - узлы фермы. Участок между двумя соседними узлами называется панелью.

 

Рис. 4.18. Фрагменты покрытия с различными стропильными фермами.

 

Подстропильные фермы ( балки ) применяют в покрытиях одноэтажных многопролетных промышленных зданий. Их применяют в средних рядах зданий для опирания ферм или балок покрытия в тех случаях, когда шаг крайних колонн составляет 6000 мм, а шаг колонн средних рядов – 12000 мм. Их устанавливают и закрепляют путем сварки закладных деталей. Все фермы (балки) имеют одинаковый пролет

Стальной каркас. Его преимущество заключается в быстром монтаже, однако, он значительно дороже и требует большого расхода металла, дорог в эксплуатации.