Проектирование фундаментов — последовательность и этапы

Качество и долговечность любой постройки, гарантирует прочный фундамент, выполненный в строгом соответствии с нормативными требованиями.

Так как на прочность, надежность и стоимость фундамента влияют очень многие факторы, то и каждый объект, будь то многоэтажное здание,  частный дом или промышленное сооружение, требует индивидуального подхода.

Современные компьютерные технологии позволяют проектировать фундаменты любой сложности. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений проводится с учетом типа постройки, ее размеров, используемого при строительстве материала. Также крайне важно провести правильную и грамотную характеристику грунта местности.

Сам фундамент состоит из трех частей:

• Нижняя – подошва, которая соприкасается с грунтом и служит базой для возведения фундамента.
• Основная часть – закладывается как опора для будущего здания.
• Верхняя  —  это видимая, наземная часть (цоколь).

При закладке фундамента, крайне важно, чтобы все три элемента были выполнены в виде цельной, единой конструкции.

Планируя закладку подошвы, нужно помнить о последующих нагрузках, глубине закладки, размере и сечении фундамента. Ошибки и просчеты при проектировании могут отрицательно сказаться уже на этапах строительства.

Работу и последовательность проектирования оснований и фундаментов можно разделить на два этапа:

Первый этап: определяют вид и размеры постройки, учитывают уровень предстоящих нагрузок и планируют тип подошвы фундамента.

Второй этап: проводят расчеты материалов и нормативов, выполняют конструирование.

Порядок выполнения работ по проектированию

1. Изучение геологических характеристик строительной площадки.

Для составления грамотной оценки грунта нужно знать:

• Глубину и концентрацию залегания почвенных вод.
• Возможную деформацию под влиянием геологических изменений (землетрясения, оползни, наводнения и др.).
• Трансформации грунта при смене сезонов.
• Химический состав почвы.

При закладке фундамента на участках с высоким уровнем грунтовых вод, необходимо планировать применение специальных гидроизоляционных материалов.

2. Изучение проекта будущего здания

Проектирование фундамента дома напрямую связано с формой и типом будущей постройки. Нужно знать размеры здания, его планировку и количество этажей, в том числе и подземных. На выбор определенного типа фундамента влияет используемый при строительстве материал, устойчивость конструкции и форму эксплуатации. Эти данные, а также все расчеты и схемы можно получить при ознакомлении с проектом здания.

3. Расчет нагрузок

Уровень и коэффициент нагрузки на фундамент рассчитывается отдельно по всем элементам конструкции, которые потом суммируются в общий показатель. Также степень нагрузки определяется по показателям статических расчетов.

4. Определение «черновых» габаритов фундамента

Рассчитываются промежуточные размеры основания и его технические характеристики. Данные для этого берутся на основании геологии грунта, методов будущего строительства и назначения постройки в процессе эксплуатации.

5. Оптимизация размеров фундамента по усадке

На этой стадии проводятся вычисления для конкретных параметров и габаритов постройки, учитываются действительные нагрузки. Теперь можно узнать предстоящую степень усадки основания. Полученные данные сопоставляются с допустимыми нормами возможной деформации будущей конструкции. В случае необходимости, вносятся изменения и корректировка в размерах или форме постройки.

6. Выполняются проверочные расчеты

Определяется прочность фундамента и устойчивость всего здания. Внесенные в конструкцию изменения следует обосновывать с точки зрения вероятных деформаций.

7. Проводятся заключительные расчеты по проектированию фундамента, разрабатываются чертежи и схемы с указанием всех необходимых данных

Далее мы рассмотрим процесс проектирования основания  на примере основания свайного типа.

Что собой представляет  проектирование свайных фундаментов?

Некоторые постройки требуют применение фундаментов на сваях, при этом часто используют в качестве основы винтовые сваи. Это специальные опоры в форме винта со стальными лопастями, которые методом завинчивания погружаются на определенную глубину.

Процесс проектирования подобных конструкций можно разбить на три этапа:

Сбор нагрузок, воздействующих на основание

На этом этапе проводят следующие расчеты:

• Вычисляется масса одного квадратного метра всех перекрытий, несущих стен и кровли здания и рассчитывается полезная нагрузка. Данные аккумулируются в таблице содержащей информацию по перекрытиям и покрытиям, а равно и по несущим элементам.
• В случае если проектируется основание для промышленного оборудования, то специализированные данные рассчитываются на основании технических требований и предпочтений заказчика.
• Все конечные вычисления и моделирование основных несущих конструкций здания проводят с использованием современных компьютерных программ. Для этой задачи подойдут «Tower 6», «Scad 11.0», «Lira 9.6», », «MicroFE» «Scad 11.0», «MicroFE» и другие.
• Показатели нагрузок – полезных и постоянных – также записываются в виде таблицы.

Моделирование «жизни» фундамента под нагрузками

На следующем этапе создание проекта фундамента перетекает в фазу моделирования. Причем главная задача заключается в моделировании поведения под нагрузкой и фундамента, и грунта. Каким методом можно это определить? Для большинства оснований плитного типа пользуются определением коэффициентами постели. А для фундаментов на сваях поведение грунта моделируют, используя виртуальные пружины, с условной степенью податливости или установленные жесткие закрепления (разумеется, виртуальные).

Кроме того, выстроить модель будущего здания и его фундамента, а равно и опорного грунта, можно с помощью модели «Кулона-Мора» — методики прогнозируемого взаимодействия частей строения, как объемных моделей. Эту задачу прорабатывают в компьютерных программах типа «Midas GTS», «Plaxis 3D Foundation», «Abaqus».

Прекрасные результаты можно получить, выполнив 3-D схему взаимодействие основания и почвы. Такое моделирование покажет полную картину изменений в конструкции, возможные перекосы или неровную усадку.

В финале этапа можно вычислить параметры усадки и спрогнозировать напряжения в конструкции фундамента. Исходя из полученных данных, определяется наиболее удачный тип армирования и разрабатывается узловая структура фундамента.

Оптимизация свайного поля основания

На следующей стадии проектирование свайного фундамента переходит в фазу оптимизации свайного поля, удерживающего ростверк.

Для этого следует испытать статическими и динамическими нагрузками, как минимум, две-три опоры. Результаты испытаний отображаются графически (в виде графика взаимосвязи нагрузки и уровня проседания опоры в грунт). Такой ход позволит определить несущую способность основания и грунта. После чего наступает стадия корректировки и оптимизации свайного поля. В конце, определяются габариты сечения свай, шаг размещения опор и их количество.

Подведем итоги

Как вы уже поняли – проектирование фундамента является достаточно трудоемким процессом. И даже простейшая свайная конструкция «рассчитывается» с помощью сложного программного обеспечения. А ведь в эти программы нужно еще ввести исходные данные, полученные в результате инженерно-геологических изысканий. Так что, оставьте процесс проектирования профессионалам.