Соломон Абрамович Ривкин
Дмитрий Андреевич Коршунов
Мария Матвеевна Френкель
СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ
ФУНДАМЕНТЫ КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ
*** 1962 ***
|
ФPAГMEHT КНИГИ (...) ТИПЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Железобетонные фундаменты под колонны каркасных зданий выполняются: отдельными под каждую колонну; ленточными под ряды колонн; сплошными плитными под все здание или часть его. Наиболее распространенными из приведенных типов фундаментов, отвечающими требованиям экономичности и удобства изготовления, являются отдельные фундаменты. Ленточные и плитные фундаменты применяются при слабых и неоднородных грунтах в тех случаях, когда нецелесообразно или невозможно применять отдельные. Они сложны в изготовлении, требуют, как правило, большего расхода материалов, с трудом поддаются членению на сборные элементы и их обычно приходится выполнять в монолитном железобетоне. Отдельные фундаменты являются основным типом фундаментов для каркасных зданий, возводимых полностью из сборных элементов. Фундаменты такого типа легко поддаются типизации и унификации, что делает их технологичными для заводского изготовления. Форма подошвы отдельного фундамента обычно принимается квадратной или прямоугольной, размеры сторон определяются ¦ из расчета основания, а высота и профиль — из расчета прочности и жесткости его тела, условий изготовления и стоимости. До применения железобетонных фундаментов фундаменты изготовлялись из бутовой кладки или бетона. Их высота и профиль при заданных размерах подошвы и сечении колонны определялись углом распределения давления а в бетоне. Получаемая таким образом пирамидальная форма (рис. 1, а) является наиболее выгодной по расходу бетона. С целью упрощения опалубки ж удобства бетонирования пирамидальную форму заменяли обычно ступенчатой. При переходе к железобетонным монолитным фундаментам, хорошо работающим на изгиб, представилась возможность значительно сократить расход бетона за счет уменьшения их высоты. Минимальная высота и профиль фундамента определяются, в основном, из расчета его прочности на поперечную силу, которая должна быть воспринята бетонным сечением без установки поперечной арматуры. Фундамент армируется сеткой, укладываемой понизу; сечение арматуры определяется из расчета его на изгиб. Минимальная высота, определяемая расчетом на поперечную силу, не всегда является оптимальной, так как уменьшение высоты вызывает увеличение расхода арматуры. Оптимальная высота монолитного фундамента обычно несколько больше минимальной и определяется на основании технико-экономического сравнения. Так же, как и в предыдущем случае, наиболее выгодная яо расходу материалов пирамидальная форма железобетонного фундамента заменяется ступенчатой фундаментов под сборные колонны ступенчатую форму сохраняют, а для сопряжения с колонной в теле фундамента устраивают гнездо (стакан). Следует отметить, что устройство стаканного сопряжения колонны с фундаментом требует увеличения размеров верхней части фундамента для обеспечения необходимой толщины стенок стакана из условий прочности. Одним из важных вопросов проектирования сборных железобетонных фундаментов является уменьшение их веса для облегчения транспортирования и монтажа. Наименьший вес имеют сборные фундаменты, выполненные в виде одного блока с тонкостенными ребристыми или пустотелыми сечениями. Однако габаритные размеры и вес одноблочных сборных фундаментов под тяжело нагруженные колонны иногда бывает чрезмерно велик, что вызывает необходимость выполнения их из двух или большего количества блоков. Сборные одноблочные фундаменты под колонны впервые были применены еще в годы первой пятилетки при строительстве кабельного завода в Москве (рис. 2). Форма фундаментов, примененных для первой очереди этого строительства, была близка к оптимальной, но недостаток их заключался в чрезмерно усложненном армировании (рис. 2, а), что объяснялось несовершенством расчетов того времени. Фундаменты под колонны второй очереди строительства имели менее удачную форму, так как она требовала значительно большего расхода бетона (рис. 2, б). Соотношение их высоты и размеров подошвы соответствовало форме бетонного фундамента, и, следовательно, прочность их обеспечивалась и без армирования. Более совершенный сборный пирамидальный фундамент показан на рис. 3. Подобные фундаменты до 1960 г. были приняты как типовые для колонн одноэтажных промышленных зданий. Однако и эти фундаменты имели недостаток: сопряжение их с колоннами осуществлялось намного ниже уровня пола и делало невозможным окончание всех подземных работ до начала монтажа надземных конструкций. В проекте новых типовых фундаментов, разработанных по заданию Госстроя СССР в конце 1959 г., стаканная часть фундамента принята большей высоты в расчете на осуществление работ нулевого цикла до монтажа колонн. Краткая характеристика, чертежи и описание этих фундаментов приведены в § 6 главы III. Одноблочные фундаменты наиболее выгодны по расходу материалов и проще в монтаже по сравнению с многоблочными, но область их применения ограничивается грузоподъемностью транспортных средств. Снизить вес одноблочного фундамента можно за счет применения эффективных ребристых сечений (рис. 4), изготовление которых в заводских условиях не представляет существенных трудностей. § 3. ФУНДАМЕНТЫ ИЗ ДВУХ БЛОКОВ В тех случаях, когда вес и размеры фундаментов из одного блока для тяжело нагруженных колонн превышают грузоподъемность кранов, применяемых для монтажа наземных конструкций здания, возникает необходимость замены их сборными фундаментами, расчлененными на два и больше блоков (рис. 5). Наиболее рационально членение фундамента только на 2 блока: башмак и плиту. Такой сборный фундамент (рис. 6) разработан в 1956 г. Киевским отделением ГПИ Промстрой-проект для Павлодарского комбайнового завода [3]. Фундамент состоит из двух блоков: пирамидального башмака со стаканом для заделки колонны и плиты, окаймленной бортиком, предназначенным для предотвращения взаимного сдвига блоков в плоскости контакта. Арматура плиты подобрана из условия монолитной работы составного фундамента, однако натурные испытания подобной конструкции показывают, что силы сцепления и трения между контактными плоскостями не обеспечивают работы фундамента как монолитного и поэтому каждый блок (как башмак, так и плита) должен иметь расчетную арматуру из условия работы составного сечения на изгиб. Рис. 5. Сборные многоблочные фундаменты: й — составной фундамент из плиты и башмака; б — составной фундамент из перекрестных плит и башмака; в — составной фундамент из опорных плит и распределительной траверсы. На рис. 7 показан сборный двублочный фундамент под тяжело нагруженные колонны, примененный на строительстве главного корпуса Симферопольской ГРЭС [19]. Фундамент состоит из башмака и плиты; сопряжение с колонной стаканного типа. Для обеспечения совместной работы элементов в зазоры между стенками стакана и колонной входят вертикальные выпуски арматуры плиты, связывающие блоки фундамента после замоноличивания стыка. Наибольший вес элемента достигает 25 т. Успешный опыт применения сборных фундаментов для тяжело нагруженных колонн главного корпуса Симферопольской ГРЭС подтвердил возможность и целесообразность использования для зданий каркасного типа сборных железобетонных фундаментов больших размеров. В последующем сборные железобетонные фундаменты начали широко применяться в строительстве тепловых электростанций. Для снижения расхода бетона и стали на изготовление двублочного фундамента следует размеры башмака в плане назначать возможно большими, используя полностью грузоподъемность монтажных кранов и транспортные габариты. Это приводит к уменьшению консольных свесов плиты, соответственно уменьшению ее толщины и расхода стали на армирование. Толщину консольных свесов рекомендуется уменьшать к краям. Такая срезка толщины в рассмотренном фундаменте уменьшает объем бетона на 0,9 м3. Рекомендуемая форма двублочного фундамента показана на рис. 8, пример расчета и конструирования приведен в § 5 главы III. § 4. МНОГОБЛОЧНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ Если вес блоков в двублочном фундаменте оказывается больше грузоподъемности наличных транспортных и монтажных средств, приходится переходить к составным многоблочным фундаментам. Например, для главного корпуса современной мощной тепловой электростанции, где колонны несут нагрузку 1400 т, а вес фундамента достигает 76 т, его изготовляют из пяти блоков х. Вес наибольшего из них 28,5 т. На рис. 9 показан составной фундамент, разработанный ГПИ Промстройпроект для многоэтажных промышленных зданий (серии МПЗ-01-02). Фундамент состоит из ряда укладываемых друг на друга плит,и блока с гнездбм для за-моноличивания колонны. Для обеспечения работы фундамента как монолитного плиты имеют по контуру бортики и нижнюю рифленую поверхность (за исключением нижней плиты). Блоки собираются на растворе. Зазоры между ними заполняются нагнетанием цементного раствора под давлением через специально предусмотренные отверстия. Нижняя плита армируется из условия работы фундамента на изгиб. Назначение арматуры остальных блоков — обеспечить необходимую прочность при транспортировании и монтаже. Основным недостатком такого фундамента, обусловившим его большой вес, является то, что он по форме копирует монолитный ступенчатый, а его разрезка на горизонтальные плиты вызывает повышенный расход стали, так ткак требует армирования каждой из них. Кроме того, изготовление плит сопряжено е трудностями из-за наличия ребер и рифов, а монтаж из-за необходимости расстилания и нагнетания большего количества раствора. Следует также указать, что устройство односторонних рифов лишено смысла, так как не может обеспечить монолитной работы плит, сдвиг которых может произойти по гладкой плоскости их контакта с растворным швом. В практике строительства нашли применение составные фундаменты из перекрестно уложенных плит и устанавливаемых на них башмаков со стаканом для заделки колонны (рис. 10). Конструкция таких фундаментов, как правило, не может быть рекомендована; она требует значительно большего расхода бетона и стали по сравнению с обычным монолитным ступенчатым. Рис. 10. Составной фундамент под колочны главного корпуса Кировской ТЭЦ. Повышенный расход бетона обусловливается тем, что каждый ряд перекрестных плит должен полностью перекрыть нижележащий, и, таким образом, габаритные размеры всех ступеней, кроме нижней, получаются большими, чем в монолитном ступенчатом фундаменте. Так, например, вес сборного фундамента из перекрестных плит под колонны главного корпуса Кировской ТЭЦ (рис. 10) составил 62 т, а монолитного ступенчатого — 50 т. Осуществлен монолитный вариант. Повышенный расход стали в составных фундаментах вызывается тем, что каждый ряд относительно тонких плит требует армирования из расчета работы их на изиб. Применение фундаментов из перекрестных плит для тяжело нагруженных колонн может быть допущено только в том случае, •ели вес отдельных блоков ограничивается 5 — 7 т. Снижения расхода бетона в фундаментах этого типа можно достичь, если его элементы выполнять с прямоугольными или овальными отверстиями (рис. 11). Рациональным для сборных фундаментов под тяжело нагруженные колонны следует также считать членение их на 2 части по высоте. Для уменьшения веса верхней части фундамента (башмака) и снижения расхода стали на армирование его следует принимать высоким, прямоугольным в плане, развитым в направлении действия изгибающего момента. Для уменьшения веса плиты ее следует расчленить на отдельные блоки. Рис. 11. Составной фундамент из перекрестных плит с отверстиями. Эти положения легли в основу разработки ряда конструктивных предложений многоблочных фундаментов. На рис. 12 показан фундамент, состоящий из башмака, выполненного в виде двухветвевой траверсы со стаканом для заделки колонны, и плиты из отдельных блоков. Блоки плиты работают по статической схеме однопролетной балки с консолями, что позволяет получить выгодное распределение изгибающих моментов по длине блока. Высоту траверсы и толщину опорных плит принимают достаточно большими, чем достигаются надлежащая жесткость фундамента и уменьшение расхода стали на армирование. Для уменьшения расхода бетона блоки плит изготавливаются с вертикальными пустотами. Предлагаемая конструкция допускает широкую унификацию элементов. Как показано на рис. 13, фундаменты с различной опорной площадью могут быть получены при одном и том же типе траверсы (Т-1) и применении отличающихся только по длине типов плит (П-1 или П-2), либо при применении отличающихся по длине траверс (Т-1 или Т-2) и одном типе плиты (П-1). Отличающаяся по длине траверса и плиты могут изготовляться в одной и той же опалубке. В тех случаях, когда при относительно больших изгибающих моментах может оказаться целесообразным применение двутавровой формы фундамента, это легко осуществить, используя плиты разной длины. Рис. 13. Унификация элементов многоблочного фундамента с траверсой. При мало отличающихся размерах сечения колонн размеры сечения стаканной части траверсы сохраняются постоянными. В рассматриваемой конструкции сборного фундамента удобно осуществлять сопряжение с колонной (особенно двухветвевой) сваркой выпусков рабочей арматуры колонны с выпусками арматуры из фундамента. Пример расчета и конструирования многоблочного фундамента с траверсой приведен в § 4 главы III. По такому же принципу проектным институтом Теплоэлектро-проект в 1959 г. разработаны рабочие чертежи типовых сборных фундаментов для колонн производственных зданий тепловых электростанций с нагрузкой на фундамент до 1600 т. Вид фундаментов этого типа показан на рис. 47, общая характеристика их приведена в главе III. Предлагаемые конструкции сборных фундаментов технологичны для заводского изготовления, транспортабельны, вес их не превышает веса других сборных несущих элементов здания, и поэтому для их монтажа могут быть использованы краны, которыми монтируют наземные конструкции. Однако они требуют дальнейшего совершенствования с целью значительного снижения веса за счет перехода к более эффективным тонкостенным сечениям, легко выполнимым в условиях механизированного изготовления. Излишнее количество материалов расходуется из-за недостаточной изученности совместной работы элементов составного фундамента и в целом системы «фундамент — грунтовое основание». Уточнение расчетов составных фундаментов: учет сил взаимодействия между контактными плоскостями элементов, перераспределения нормальных контактных давлений по подошве в предельном состоянии по прочности фундамента и сил трения между опорной плоскостью и грунтом основания и др. — дасг возможность существенно уменьшить расход материалов. В главах II и III настоящей работы приведены некоторые рекомендации по уточнению методики расчета фундаментов. |
