Фундамент для высотного дома обычно начинается с глубоких котлованов, которые выкапываются в соответствии с проектом. Затем укладываются опалубка и армирующие конструкции, что обеспечивает необходимую прочность. Важно также учитывать геологические условия и уровень грунтовых вод, чтобы предотвратить осадки и другие возможные проблемы.
После этого заливается бетон, который должен выдерживать большие нагрузки. В течение некоторого времени фундамент отверждается, после чего выполняются необходимые проверки и контролируются качества материалов. На последнем этапе осуществляется устройство подземных коммуникаций и подготовки основы для дальнейшего строительства.
Обзор типов фундаментов многоэтажных зданий
Верстов, В. В. Обзор типов фундаментов многоэтажных зданий / В. В. Верстов, А. Н. Гайдо, А. С. Чаков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 8 (194). — С. 7-10. — URL: https://moluch.ru/archive/194/48472/ (дата обращения: 09.01.2025).
Статья посвящена тенденциям в области строительства фундаментов многоэтажных зданий, их области применения, а также основным технологическим процессам устройства различных типов фундаментов в условиях современного строительного производства.
Ключевые слова: фундамент, грунт, свая, плита, ростверк.
Основными тенденциями современного строительства общественных и жилых зданий в крупных населённых пунктах является увеличение надземной и подземной частей здания.
Такие тенденции требуют сооружения фундаментов повышенной жёсткости, которые будут способны выдержать нагрузки от конструкций сооружения и передать их в прочные слои грунтового массива.
Применительно к сложным инженерно-геологическим условиям (различные литологические слои, горизонты грунтовых вод не выдержаны по мощности и простиранию и другое) необходим тщательный выбор технологических решений по сооружению оградительных стенок, которые должны обладать требуемыми характеристиками устойчивости и водонепроницаемости.
Выбор конструкции фундамента один из важнейших факторов, обеспечивающих эксплуатационную надёжность и долговечность возводимых сооружений. Такая важность обуславливается влиянием работы фундаментов на состояние надфундаментных конструкций, а также сложностью, трудоёмкость и дороговизной работ по ремонту или замене фундаментов, имеющих проектные или производственные дефекты.
Обзор типов фундаментов многоэтажных зданий
Рис. 1. Обзор типов фундаментов многоэтажных зданий
В качестве фундаментов многоэтажных зданий на естественном основании во всём мире преимущественно используется сплошная монолитная железобетонная плита. При должном технико-экономическом обосновании могут также использоваться ленточные фундаменты или столбчатые фундаменты.
Применение монолитной железобетонной плиты в строительной практике, как правило, осуществляется при давлении на фундамент до 0,6 Мпа и малосжимаемых грунтах основания (таких как не рыхлые и не пылеватые пески, скальные породы или глинистые грунты в переуплотнённом состоянии.
Рис. 2. Различные конструкции монолитной сплошной плиты из железобетона
Толщина фундаментной плиты в зависимости от величины приложения нагрузки, а также инженерно-геологических условий может составлять от 1,0–2,5 м. и более (рис. 2, а). Для того чтобы уменьшить высоту фундаментной плиты в местах действия изгибающих моментов, максимальных поперечных, а также продольных сил, могут применяться рёбра жёсткости (рис. 2, б) или дополнительное усиление в зонах расположения колонн (рис.2, в).
Кроме того, монолитный железобетонной плитный фундамент может иметь коробчатую конструкцию (рис. 2, г). Такая конструкция предполагает устройство консолей (расширение фундамента за периметр сооружения), что расширяет область применения данного типа фундамента.
Фундаменты глубокого заложения могут изготавливаться как с помощью выемки грунта, так и без. Набивные и забивные сваи изготавливают устраивают без выемки грунта. Забивные и задавливаемые сваи обычно имеют сечение 300х300 и 350х350, что накладывает ограничения на максимальное давление по стволу сваи (максимальное давление до 1 Мпа). Если такой несущей способности недостаточно, то в таком случае необходимо применять фундаменты с выемкой грунта — свай из стальных труб или буронабивных, свай-баррет, кессонов.
Буронабивные сваи среди фундаментов глубокого заложения получили наибольшее распространение. Они могут устраиваться диаметром до 2 м. практически в любых грунтовых условиях.
Рис. 3. Устройство буронабивных свай
Кессоны (опускные колодцы) целесообразно применять в тех случаях, когда требуется передать большие нагрузки на большую глубину, грунт плохо поддаётся проходке при бурении, а также необходима высокая скорость выполнения строительно-монтажных работ.
Рис. 4. Последовательность устройства опускного колодца
Свайно-плитный фундамент обеспечивает совместную работы как плиты, так и свай. Он эффективен в тех случаях, когда грунт под подошвой фундамента может включиться в работу и воспринять часть нагрузки. Также такой тип фундамента применяется для снижения влияния новых сооружений на старые (в условиях плотной застройки), для уменьшения крена здания, а В сооружения с несимметричными несущими конструкциями, которые неравномерно передают нагрузку на фундамент. Свайно-плитная конструкция фундамента является наиболее эффективной при строительстве сооружений, передающих большие нагрузки на основание, таких как многофункциональные комплексы, торговые центры и многоэтажные здания.
Рис. 5. Виды свайно-плитных фундаментов
- Производство шпунтовых и свайных работ/В. В. Верстов, А. Н. Гайдо, Я. В. Иванов; СПбГАСУ. — Спб., 2011. — 292 с.
- Технология устройства свайных фундаментов: учебное пособие/ В. В. Верстов, А. Н. Гайдо; СПбГАСУ — СПб., 2010. 180 с.
- Технологии устройства ограждений котлованов в условиях городской застройки и акваторий / А. Н. Гайдо, В. В. Верстов, Я. В. Иванов. — СПб.: СПбГАСУ, 2014. — 368 с.
Основные термины (генерируются автоматически): фундамент, выемка грунта, глубокое заложение, здание, максимальное давление, обзор типов фундаментов, свая, тип фундамента, фундаментная плита.
Небоскребы растут из-под земли
За устойчивость здания отвечает глубокий фундамент. Считается, что небоскребы помогают построить — и продать — побольше там, где уже почти не осталось для этого места.
Небольшая площадь основания по периметру фасада и внушительный метраж всего здания оказались кстати в условиях дефицита земли на Манхэттене, в самом престижном районе Нью-Йорка, где в начале XX века стартовало активное строительство высоток. Это правило не изменилось до сих пор, но не везде его легко применить. Технологические сложности, традиционно сопровождающие высотное строительство, могут стать препятствиями на неподходящей почве. Для преодоления давления на грунт в таких условиях приходится углублять подземную часть до четверти высоты небоскреба.
Мягкие грунты, сейсмологическая активность, дорогие, по сравнению с обычными домами, проектировочные решения нисколько не охладили интерес к строительству небоскребов. За прошедшие десять лет их стало в три раза больше: сейчас в мире 1378 зданий высотой более 200 м (данные Knight Frank). Первые небоскребы работали как офисы, современные здания используются так же, но и спрос на квартиры в них оказался значительным — небоскребы можно строить на небольшом участке, современные технологии позволяют делать это в условиях любого грунта, а покупатели ценят виды из окон на огромной высоте. И теперь более трети высоток — жилые, частично или целиком.
По словам партнера архитектурного бюро "Крупный план" Андрея Михайлова, долгое время одним из главных препятствий для строительства небоскребов было колоссальное давление на грунт: "Конструкция тяжелая, под ее давлением грунт выходит за рамки линейной работы, наступают стадии упругопластической деформации".
Архитектура сталинских высоток в Москве продиктована как раз сложностями, связанными со строительством правильного фундамента. "Широкая нижняя часть, увеличенная глубина позволили минимизировать дополнительное по сравнению с естественным давление грунта на глубине заложения фундамента",— продолжает Андрей Михайлов. В Нью-Йорке таких проблем не было: помимо другого темпа развития экономики, урбанизации, роста цен на землю массовому строительству небоскребов способствовала геологическая особенность местности. "Город практически стоит на скальном, прочном грунте, и даже если сверху присутствуют осадочные породы, их толщина незначительна",— объясняет архитектор.
Сверхсильное давление на грунт высотки сейчас перестало быть проблемой — накоплен огромный опыт, быстро идет прогресс в отрасли строительных материалов
В Москве при строительстве высотных зданий приходится решать более сложные инженерные задачи, связанные с фундаментом,— кроме давления на грунт, это существенная усадка, возможноя неравномерность, крены. "Основные расходы при строительстве фундамента возникают, когда идут инженерно-геологические изыскания, благодаря им закладываются определенные параметры конструкции, отвечающие компрессионным характеристикам грунта, определяется усадка здания",— говорит исполнительный директор Capital Group Михаил Хвесько. Ориентируясь на эти расчеты, проектировщики определяют жесткость будущей конструкции. "При неравномерной усадке все перекосы должны быть компенсированы жесткостью конструкции здания,— объясняет он.— Чем больше усадка, тем выше жесткость, больше армирование и дороже фундамент".
По словам заместителя директора по научной работе АО "НИЦ "Строительство"" Олега Шулятьева, сверхсильное давление на грунт высотки сейчас перестало быть проблемой — накоплен огромный опыт, быстро идет прогресс в отрасли строительных материалов. "Это просто данность, с которой приходится работать",— говорит он. Основной принцип строительства небоскребов не меняется: давление можно уменьшить за счет роста площади фундамента и глубины его залегания. "В санкт-петербургском "Лахта-центре" фундамент шире контура здания более чем в три раза, а глубина свай 85 метров",— приводит в пример Олег Шулятьев. Если приходится учитывать сейсмическую активность, как, например, в Чечне, где строится небоскреб "Ахмат тауэр", претендующий на звание самой высокой башни в Европе (после башни "Лахта-центра"), нужно учитывать не только давление на грунт, но и его перемещение. "При подземных толчках здание может крениться в разные стороны, его фундамент должен воспринимать эти нагрузки",— объясняет специалист: верхняя конструкция небоскреба тоже должна адекватно воспринимать эти колебания. Для их снижения используют различные устройства для гашения или предотвращения колебаний, которые называются "демпферы".
В Москве большинство высотных зданий тоже строится с участием свай. "При строительстве дома высотой 20 этажей проектировщик может выбирать, использовать сваи или нет. При проектировании небоскреба сваи обязательны, если, конечно, скальные породы не залегают прямо под фундаментной плитой",— говорит Михаил Хвесько.
Глубина свай может достигать 50 метров, а их диаметр — полутора метров. Например, в ММДЦ "Москва-Сити" особый грунт. "Это аллювиальные (речные) отложения (на глубине 6-15 метров), а со стороны района Камушки есть русла исчезнувших притоков Москвы-реки (палеодолина).
Глубже — известняки верхнего каменноугольного возраста, в которых могут быть полости (карсты)",— перечисляет Михаил Хвесько. Задача геолога — находить такие полости, а проектировщика — устранять риски при разработке фундамента в районе таких полостей. "В таких грунтах при строительстве небоскребов, как правило, используются свайные или свайно-плитные фундаменты.
Толщина фундаментной плиты при этом может достигать четырех метров",— делится опытом девелопер. Выбор вида свай осуществляется индивидуально — или с помощью тестов, или на стадии разработки проекта в сотрудничестве с научными организациями, которые специализируются на новых видах свайных фундаментов. "Отсюда удорожание строительства — фундамент 50-этажного здания может стоить втрое дороже фундамента 20-этажного дома",— подчеркивает он.
Все это учитывается в проекте. Существуют разные варианты установки свай: ее можно бурить, заливать бетоном, опускать внутрь сердечник (стержень, который выдавливает бетон в поры грунта по длине сваи и создает более жесткую сцепку, такие сваи могут быть короче и меньше в диаметре, их и нужно меньше). Сваи с сердечником могут выдержать до 30-40% больше нагрузки, чем сваи без него. В одном из проектов Capital Group стоимость погонного метра сваи диаметром 1 метр составляет около 40 тыс. руб. Средняя глубина свай — 15-30 метров, но может доходить и до 50 метров.
Особенности фундамента, помимо качества грунта, определяет каркас небоскреба.
"Это вторая важная особенность строительства небоскребов",— говорит Андрей Михайлов. В зданиях высотой более 100 этажей стандартный бетон не выдерживает нагрузки, которая возникает на колонны первых этажей. "Приходится использовать специальные бетоны повышенной прочности — с ними технологически сложно работать на стройплощадке — и специальную арматуру",— продолжает он. А при строительстве особенно высоких зданий на первых этажах могут применяться цельностальные колонны.
При проектировании каркаса и его внутренних систем приходится еще учитывать турбулентность ветрового потока, которая возникает из-за высоты здания. "Представьте себе трубу высотой более 500 метров и разницу в давлении на первом и последнем этаже. Без специальных решений здание будет работать как дымовая труба,— приводит аналогию Андрей Михайлов.— Снаружи равномерно распределять давление помогают специальные фасадные системы. Для решения проблемы сквозняков в первых небоскребах стали ставить вращающиеся двери. По этой же причине в небоскребах не бывает естественной вентиляции и нельзя открывать окна, чтобы не нарушить работу механических инженерных систем".
Искусство управления лифтом
Со сдачей небоскреба в эксплуатацию инженерные сложности не заканчиваются. О способах их преодоления рассказал президент ПАО "Сити" (управляет ММДЦ "Москва-Сити") Алексей Гаврилов.
Одна из главных ежедневных проблем небоскреба — вертикальный транспорт. Если это бизнес-центр, по нему в течение дня передвигаются десятки тысяч человек, и эффективно распределить пассажиропоток в лифтах — одна из главных задач повышения комфортности. Естественно, что самые напряженные моменты приходятся на часы пик, связанные с рабочим расписанием: утром, в обед и вечером.
Определенная модель распределения пассажиропотока в высотном здании закладывается уже на этапе проектирования, но в процессе эксплуатации часто выясняется, что она не совпадает с фактическим трафиком в лифтах.
Эту проблему можно решить, отрегулировав распорядок дня сотрудников по этажам, например, разнеся время обеда и окончания дня. Но это возможно, только если небоскреб целиком занимает одна корпорация.
Во всех других случаях приходится использовать технические решения. Например, в некоторых небоскребах в "Москва-Сити" установлены автоматизированные системы досрочного вызова лифта на первом этаже — лифт на нужный этаж заранее получает сигнал вызова уже при сканировании пропуска на турникете на входе. Это сокращает время его ожидания.
Современные программные продукты позволяют собирать статистику трафика и анализировать пассажиропоток. Программа определяет, сколько пассажиров на каком этаже ждут лифт, и отправляет на этажи загруженную или пустую кабину. Чтобы не вводить систему в заблуждение, не нужно несколько раз нажимать на кнопку в ожидании лифта. Система может распознать этот сигнал как от нескольких человек, и поиск свободной кабины займет больше времени. В лифтах есть возможность групповых вызовов — для автоматической подачи пустого лифта.
Межэтажный трафик в небоскребах можно распределять и с помощью совмещения лифтов и эскалаторов.
Так как в небоскребах эксплуатируются высокоскоростные лифты, скорость которых достигает 8 м/с, большое внимание уделяется их безопасности. Ее обеспечивают многочисленные системы мониторинга и контроля. Если трос оборвется, сработают ловители плавного торможения и не позволят кабине упасть. Для обеспечения энергоэффективности работы лифтов используется система рекуперации энергии. Лифты и эскалаторы могут переходить в спящий режим, если не нужны пассажирам, что экономит электроэнергию.
- "Наука". Приложение №45 от 31.10.2018, стр. 26
Как делают фундамент для высотного дома
Плитный фундамент многоэтажного здания
Плитные фундаменты очень надежны и долговечны, а их эффективность в условиях сложных грунтов, неоднократно доказана на практике. Песчаные, слабые, пучинистые, насыпные, рыхлые, неоднородные и другие «проблемные» грунты на строительной площадке. Это может сориентировать вас на использование именно этого типа фундамента.
При правильном планировании и четком соблюдении технологии недостатков у плитного фундамента не так уж и много. Если вы возводите простое здание, например, гараж, баню, мастерскую или любую легкую хозяйственную постройку, то плитный фундамент – отличное решение.
Но если ваше здание – жилое, и имеет приличную планировку или этажность, то для использования монолитной плиты в основании дома потребуются серьезные строительные расчеты. А также, очень важно, чтобы проектировщик обладал соответствующим образованием и были проведены необходимые исследования грунта.
Плитный фундамент представляет собой сплошную железобетонную плиту под всем зданием. А также он имеет большую опорную площадь и обеспечивает надежную устойчивость здания. Те кто решил предпочесть для постройки дома плитный фундамент, во многом выигрывают, так как экономят свои силы и время. Плитный фундамент хоть и дорогой в своем возведении, но надежен и прочен, требует минимум затрат на земельные работы.
Плиточный фундамент
Плитный фундамент – это ресурсоемкий, но надежный способ организации долговечной основы для строения. Кроме того, это самый простой способ устройства фундамента для загородного дома. Он представляет собой сплошную железобетонную плиту на песчано-гравийной подушке.
Различают плитные фундаменты по различной степени погружения в грунт, но существуют и комплексные плитно-свайные и плитно-ленточные варианты, значительно увеличивающие жесткость конструкции. Возможно создание плитного фундамента из отдельных, например, дорожных, плит. Однако такой вариант, кроме расходов на плиты и их укладку в котлован с помощью крана, все равно потребует выравнивающей цементной стяжкой по поверхности. Поэтому, лучший вариант строительства плитного фундамента – это создание однородной армированной плиты, по всему периметру планируемого строения.
Плитный вариант фундамента применяется при мелкозаглубленном (до 50 см.) и глубокозаглубленном (больше глубины промерзания грунта) обустройстве фундамента. В последнем варианте он может размещаться на любой глубине и автоматически становится основанием пола цокольного этажа.
От ленточных или свайных типов фундамента плитный фундамент отличает наличие армирования по всей плоскости плиты, что позволяет избежать внутренней деформации, трещин и разломов. В скандинавских странах, например, плитный фундамент довольно распространен, особенно в частном строительстве. Так как имеет неоспоримые преимущества, по сравнению с другим типами фундаментов, в условиях севера. Местные строители отмечают, если строение отапливается и фундамент отлично теплоизолирован. То тогда плитная конструкция по долговечности, выигрывает даже у свайной.
Монолитно плитный фундамент
Монолитно плитный фундамент изготавливается из высоко прочного бетона. Для армирования используются металлические прутья диаметром от 12 до 16 миллиметров.
Такого типа фундаменту не страшны сезонные перепады температуры и передвижения грунта, поскольку фундамент двигается вместе с ним. В свою очередь дом имеет сплошное основание и таким образом защищен от разрушений.
При всех своих достоинствах монолитная фундаментная плита является одним из самых дорогостоящих видов фундамента. Что обуславливается большим количеством затрат расходных материалов – бетона и арматуры, необходимых для ее возведения.
Плитный фундамент рационально возводить при строительстве домов в грунтовых условиях. Где классический ленточный фундамент не будет обладать требуемой надежностью и устойчивостью:
- В заболоченной, илистой и торфяной почве;
- В склонной к морозному пучению почве, обладающей высоким уровнем грунтовых вод;
- А также и в подвижном грунте, оказывающем на фундамент горизонтальные нагрузки.
Процесс возведения монолитного плитного фундамента осуществляется в следующей последовательности:
- Прежде всего выполняется разметка контуров плиты с помощью досок обноски либо арматурных колышек, между которыми натягивается бечевка;
- Производится вертикальная разработка грунта – котлован под малозаглубленную плиту может создаваться вручную. При закладке углубленной плиты под подвальный этаж для рытья котлована привлекается спецтехника;
- На дне котлована формируется песчаная подушка, состоящая из двух слоев – песка и щебня. Толщина слоев должна быть одинаковой (от 10 до 20 см., в зависимости от плотности и степени пучинистости почвы). Первым слоем подсыпается песок, который увлажняется и уплотняется трамбованием;
- Из строганных досок толщиной 3-4 см. создается опалубка, которая устанавливается по периметру котлована. Отдельные доски сбиваются в щиты, которые при установке фиксируются с помощью откосов и подсыпки грунтом;
- К внутренним стенкам опалубки прибивается клеенка. Которая будет предотвращать утечку бетонного молочка сквозь щели между досками;
- Клеенкой также устилается дно котлована, после чего на нем заливается и выравнивается слой бетона толщиной 2-3 см. После того как бетон отвердеет, его поверхность покрывается битумной мастикой. Это необходимо для гидроизоляции при заливке основной фундаментной плиты;
- На подбетонке формируется пространственных армокаркас, состоящий из двух продольных контуров арматуры, соединенных между собой вертикальными перемычками. Шаг продольных прутьев в каркасе составляет 20 см. Между боковыми контурами каркаса и стенками плиты должно быть расстояние как минимум в 5 см. Для фиксации армокаркаса применяется сварка либо вязальная проволока;
- Производится заливка фундаментной плиты бетоном класса М200-М300. После заполнения опалубки смесь уплотняется вибрированием и выравнивается по одному уровню.
Типы и особенности плитного фундамента
Самый распространенный вид плитного фундамента, как и самый простой – это монолитный. Он представляет собой сплошную железобетонную плиту 20 – 25 см. на песчано-гравийной подушке, располагаемую под всем строением. Для придания необходимой жесткости плита может заливаться с созданием ребер жесткости, располагаемых в перекрестных направлениях.
Ребра жесткости могут располагаться как с нижней, так и с верхней стороны плиты. В зависимости от целей конструкции железобетонный монолит может быть не только сплошным, но и решетчатым. Так же плитный фундамент может быть сборным. В таком случае конструкция собирается из плит, с обязательной бетонной стяжкой для выравнивания поверхности.
Плитный фундамент сборного типа может также собираться из железобетонных балок. Путем перекрестного наложения элементов, с обязательной заделкой стыков.
Для обеспечения большей жесткости плиты, в отдельных случаях. А также для возведения многоэтажных зданий применяют комбинированные типы фундаментов. В коттеджном строительстве, больше распространен комбинированный ленточно-плитный фундамент. Комбинированный ленточно-плитный фундамент является особенно жесткой и надежной конструкцией.
Которая объединяет в себе лучшее от двух наиболее популярных типов оснований. Комбинированный свайно-плитный фундамент, для коттеджей – это, в большинстве случаев, непозволительная роскошь, исходя из перерасхода стройматериалов. Как правило, свайно-плитная комбинация, значительно увеличивающая жесткость плитного фундамента, используется при строительстве многоэтажных домов.
