Фундамент под колонны промышленного здания: азы проектирования, виды и размеры оснований, крепление стальных и железобетонных столбов

Фундаменты под оборудование с применением винтовых свай

Свайно-винтовые основания имеют широкую область применения. Их устанавливают под объекты:

индивидуального жилищного строительства (дома этажностью не более трех этажей, бани, хоз. постройки, беседки);

дорожного строительства (шумозащитные экраны, опоры освещения, дорожные знаки, светофоры);

гидротехнического назначения (причалы, мосты);

инфраструктуры, а также под рекламные конструкции и МАФ;

временные сооружения (торговые павильоны, аттракционы).

В промышленном строительстве, наряду с другими объектами, винтовые сваи широко применяют при возведении фундаментов промышленного оборудования:

нефтегазовой отрасли (трубопроводы, станки нефтедобычи, резервуары нефтехранилищ, эстакады налива нефтепродуктов);

энергетики (опоры ЛЭП и освещения, контактные сети электротранспорта, подстанции, кабельные эстакады).

То же касается машиностроения, металлургии и других отраслей промышленности.

1. Особенности строительства фундамента из винтовых свай под оборудование

Проектирование и установка винтовых свай под оборудование не имеют принципиальных отличий от выполнения аналогичных работ для объектов в других сферах, однако при разработке проекта и назначении параметров свай должен учитываться высокий класс ответственности возводимого сооружения (важно при выборе марки стали, толщин металлопроката) и особенности эксплуатации (наличие динамических нагрузок).

В остальном должны соблюдаться те же требования, которые предъявляются к другим свайно-винтовым основаниям.

1.1. Грунтовые условия площадки строительства

Практически все параметры (геометрические, конструктивные) подбираются под конкретные грунтовые условия:

при выборе длины учитываются глубина залегания грунтов с достаточной несущей способностью, нормативная глубина промерзания грунта в регионе;

при расчете расстояния между лопастями, шага, угла наклона лопастей (для модификаций с двумя и более лопастями) учитываются тип, свойства грунта. Это обеспечивает включение в работу конструкции максимального объема околосвайного массива грунта ненарушенной структуры (подробнее «Особенности расчета многолопастных винтовых свай»);

при назначении диаметра и количества лопастей учитывается несущая способность грунтов. А чтобы структура грунта при погружении нарушилась минимально и способность конструкции к восприятию проектных нагрузок не снизилась, под конкретные грунтовые условия подбирается конфигурация лопасти (подробнее «Ключевые принципы подбора параметров лопастей»);

чтобы срок службы здания/сооружения соответствовал требованиям ГОСТ 27751-2014 «Межгосударственный стандарт. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения», марка стали, толщина стенки ствола и лопасти должны соответствовать степени коррозионной агрессивности грунтов (подробнее «Коррозия: причины, способы защиты», «Расчет толщины стенки ствола»).

Особенности проектирования и установки фундамента под стальные и ж/б колонны промышленного здания

Надёжность силового замыкания конструкций каркаса в производственных зданиях цехов зависит от способа соединения фундаментов с колоннами.

Особенно это важно для многоэтажных и многопролётных зданий, а также для строительных объектов, возводимых на проблемных грунтах.

Значение имеет и характер производственных процессов, которые будут проводиться в будущем цехе.

Общие вопросы проектирования

При разработке конструкций оснований производственных построек учитываются следующие факторы:

• Тип здания.
• Характер несущего каркаса.
• Геологические и гидрогеологические условия площадки строительства.
• Возможности средств механизации, используемых для проведения строительных работ.

В зданиях цехов, предназначенных для выполнения производственных операций на тяжёлом оборудовании, часто предусматривают развитое подземное хозяйство (приямки, тоннели, колодцы). Поэтому конструкции оснований должны учитывать глубину подземных коммуникаций, которая может достигать 6…8 м.

Кроме того, сетка колонн в таких зданиях может составлять 36×12 м, при грузоподъёмности мостовых кранов до 50 т., что предопределяет повышенные нагрузки и напряжения изгиба, которые проявляются в случае внецентренного нагружения.

Важно! В ходе проектирования должны учитываться вопросы защиты оснований от агрессивного воздействия жидкостей, которые проникают в нижележащие грунты, а также разрушающее воздействие блуждающих токов.

При промышленном строительстве типовых объектов стремятся применять сборные или монолитные конструкции, размеры которых согласовываются с габаритами колонн, ферм, балок, а также других монтажных единиц.

Разновидности оснований

Распространение получили следующие типы оснований:

Одиночные столбчатые, применяемые преимущественно для отдельно стоящих опор или колонн. , которые обустраиваются под несущими стенами здания. Они могут быть сплошными или сборными из железобетонных блоков. под отдельно стоящие опоры. Принимаются в тех случаях, когда такие опоры закладываются в слабых грунтах, требующих значительного увеличения размеров фундамента.

Справка. Выбор в пользу того или иного типа основания производится только после оценки физико-механических показателей грунта, близости подпочвенных вод и характера основных производственных процессов в будущем цехе.

Размеры

В случае осевого приложения главных технологических усилий основания под колонны выполняют квадратными в плане. Область применения таких фундаментов – здания, не имеющие мостовых кранов (или кран-балок), когда эксцентриситет приложения нагрузки практически отсутствует.

Площадь основания и габаритные размеры определяют, исходя из величины предельных действующих усилий и расчётного сопротивления грунта, который находится в основании. Во всех случаях давление на основание под фундаментом ниже, чем в стволе колонны. Поэтому размеры подошвы (даже при скальных грунтах) получаются значительно больше поперечного сечения колонн, а сам фундамент несколько расширяется книзу.

Материалом для оснований столбчатого типа обычно служит железобетон. Крайне редко, при малых размерах площади промышленного здания и небольших нагрузках, фундаменты могут предусматриваться неармированными. Обычно форма фундамента представляет собой усечённую пирамиду с углом при основании не менее 600, однако по ГОСТ 24476-80 допускается оформление и в виде ступенчатых прямоугольных элементов.

Если по каким-то соображениям угол наклона пирамиды менее 450, требуется проведение дополнительных расчётов на скалывание бетона и его возможный изгиб по основанию уступа от давления нижележащего грунта.

На заметку. При размерах основания до 1500 мм его обустраивают в форме плиты высотой не менее 450 мм, а, если его глубина достигает 3000 мм, предусматривают два или три уступа.

Если эксцентричность нагрузки на колонны возрастает, то размеры фундамента в опасном направлении увеличивают таким образом, чтобы соотношение сторон прямоугольника находилось в диапазоне 3:1. Поперечное сечение (либо размеры ступеней) принимаются аналогичными как для зданий, не имеющих внецентренных нагрузок.

Присоединение железобетонных столбов

Выбор способа крепления определяется условиями заглубления основания в грунт. Ограничения сводятся к следующим:

• При наличии подземных сооружений – до глубины, не менее чем на 500 мм превышающей отметку пола подвала или тоннеля.
• Если по плану предусмотрены местные заглубления (например, приямки под технологическое оборудование), а также в случаях, когда эксплуатационные характеристики грунтов в месте строительства промышленного здания резко различаются между собой, фундаменты закладываются на разных уровнях.
• Основания под сборные железобетонные колонны устраиваются в виде стаканов. Верхняя часть таких стаканов выполняется с зазором 50…75 мм от соответствующего сечения колонны, глубина – не менее 150% от сечения колонны. Толщина стенки стаканов не должна быть менее 200 мм. Толщина днища стакана определяется по результатам расчётов на продавливание днища массой колонны.

После установки нижней части колонны зазор заполняется массой бетона (марки от В20 до В25), при подготовке которого используется мелкий щебень или гравий. Когда стакан заполнен, котлован досыпается грунтом; уровень такой засыпки должен совпадать с уровнем подготовки под полы в цехе.

Для возможности пропуска рядом с колонной подземных трубопроводов, кабелей или инженерных каналов верх фундамента обычно находится на глубине не менее 500 мм от уровня пола.

Обратите внимание! Приведенная технология крепления используется как для цельных одноступенчатых оснований, так и для сборных, которые составляются из отдельных элементов.

Крепление к основаниям специального типа

Такие фундаменты принимаются под колонны переходных рядов: там, где друг к другу примыкают пролёты различной величины или с разными параметрами грузоподъёмности кранового оборудования. Специальные фундаменты предусматривают также и в сечениях с температурными швами, когда парные колонны устраиваются в обоих направлениях.

Установка парных колонн обеспечивает независимость их деформаций при изменении температуры несущих конструкций, что часто наблюдается в цехах горячей обработки металлов, металлургических термических и т.п. Основания парных опор в температурных швах всегда устраиваются общими с отдельными стаканами для каждой колонны.

Особый способ крепления предусматривается для соединения фундаментов со стальными колоннами. При опирании такой колонны на основание верхняя его плоскость устанавливается на 10…15 мм ниже, чем основание металлического опорного стакана, а в тело фундамента заделываются не менее четырёх анкерных болтов по ГОСТ 24379.1-2012 диаметром 24…80 мм.

Для изготовления болтов используют стали ст3пс ГОСТ 380-2005, сталь 20 по ГОСТ 1050-2013, а, при ожидающихся сезонных перепадах внешних температур – сталь 10Г2С ГОСТ4543-2016. При монтаже анкерные болты вводятся в зазоры между стаканом и образующей стержня болта, после чего закрепляются при помощи гаек. Остающиеся зазоры подливаются цементным раствором.

Справка. Предварительная затяжка крепежа должна составлять не менее 70% от проектных значений статических усилий на анкерные болты, и не менее 110%, если металлическая колонна будет работать в условиях динамических нагрузок.

Заключение

После завершения монтажных операций в местах соединений обустраиваются приямки, перекрываемые съёмными плитами; это необходимо для удобства демонтажа конструкции в будущем.

Фундаменты для промышленных зданий и сооружений: типы конструкций и особенности устройства

В отличие от гражданских зданий, конструкциям промышленных приходится испытывать не только статические нагрузки (от собственного веса и массы оборудования), но и динамические, вибрационные. Соответственно, фундаменты промышленных зданий должны иметь большой запас прочности и проектироваться не только на основании гидрометеорологических и геолого-геодезических изысканий, но и с учётом технологических и эксплуатационных особенностей сооружения.

При том, что способов осуществления задачи обычно имеется несколько, во время проектирования возможные вариации сравнивают и выбирают тот, который обеспечит наиболее выгодные технико-экономические показатели.

Выбор, определяемый расчётом

На выбор конструктива фундамента при проектировании промышленных зданий сначала влияет тип основания, на который ему предстоит опираться. Оно может быть как естественным, так и искусственным (насыпным) и иметь разные несущие способности.

Согласно с результатами полученных изысканий, определяется тип и конструкционные особенности фундамента, материал его исполнения, размеры в сечении и глубина заложения.

Примечание! Если нужно разрабатывается перечень мероприятий, которые помогают уменьшить зависимость сооружения в процессе эксплуатации от протекающих в грунтовых основаниях деформационных процессов.

Предельные состояния грунтов

Естественные и насыпные основания обязательно просчитываются по двум видам предельного состояния:

1. Деформациям – рассчитываются в любом случае. В расчётах учитывается совокупное действие нагрузок и влияние внешних факторов (например, грунтовых вод, способных ослабить прочность грунта).
2. Несущей способности. Такие расчёты производятся, когда есть опасность воздействия горизонтальных нагрузок – например, сейсмических, либо здание находится на скальном основании или в непосредственной близости с откосом и сместить положение фундамента невозможно. При проектировании подпорных стенок такой расчёт выполняется обязательно.

Кроме того, при проектировании необходимо предусматривать вероятность изменения гидрогеологии участка застройки не только в процессе исполнения работ, но и в будущем, при использовании здания. Проблемы могут вызваны:

• естественными колебаниями отметки зеркала подземных вод, как сезонных, так и многолетних;
• образованием верховодки (локализации поверхностной воды в пустотах грунта выше УГВ);
• техногенными изменениями, влияющими на уровень залегания подземной воды;
• степенью её агрессивности как по отношению к грунту, так и к материалам заглубляемых конструкций.

Гидрогеология

Возможные изменения гидрогеологической обстановки и вероятности подтопления на участке застройки должны оцениваться в процессе инженерных изысканий. Во всяком случае, для зданий I и II класса (жилые и общественные), это обязательно. При неблагоприятном развитии событий, проект сразу же предусматривает работы по укреплению грунта, дренажу и водопонижению, либо усиленной гидроизоляции (о способах гидроизоляции фундаментов читайте в статье).

На заметку! При закладке фундаментов ниже пьезометрического уровня (в случае с напорными водами), необходимо принять меры, предупреждающие их прорыв. Это чревато вспучиванием днища котлована и всплытием уже установленных конструкций.

Примечание: нормативные данные по глубине промерзания получают путём извлечения усреднённого показателя из суммы данных не менее чем за 10 зимних сезонов. Наблюдения производятся на площадке с ровным рельефом, очищенной от снежного покрова. Такие данные, как и сведения об уровнях грунтовых вод, отражаются на карте.

Вернуться к оглавлению

Фундаменты каркасных зданий

Тип фундамента определяется строением стен здания. Если это сборный железобетонный каркас, в котором вертикальными несущими элементами являются колонны, то для их установки применяются фундаменты стаканного типа (ГОСТ 24476*80).

Особенности устройства стакана под колонну

Их строение начинается от простого блока с выемкой, в которую вставляется и замоноличивается колонна, до башмака со стаканом, в основании которого имеется опорная подошва в виде одной или двух плит.

Примечание: первый вариант применяется для колонн сечением 300*300 мм (тип 1Ф), второй – для колонн 400*400 мм (тип 2Ф).

• Фундамент под колонну, как и сама колонна, может быть и монолитным. В данный момент он представляет собой симметричную конструкцию ступенчатой формы с двумя или тремя выступами и подколонной выемкой. Если колонна тоже монолитная, то вместо подколонника в центре плиты при заливке устанавливают выпуски арматуры.

• Донышко выемки, в которую устанавливается колонна, обычно делается на 5 см ниже, чтобы иметь возможность нивелировать отклонения от размеров путём добавления пескоцементного раствора. Верх подколонника чаще всего проектируется в одном уровне с планировочной отметкой грунта, составляющей -150 мм.
• Высота такого фундамента определяется высотой подколонной части, и находится в рамках 1200 -3000 мм (через каждые 300 мм). Высота ступеней при этом остаётся неизменной. Фундаменты с высокими подколонниками применяют при закладке здания с подвалом, так как их подошва должна находиться ниже уровня пола помещения.
• Их усиление производится сварной стальной сеткой с ячейкой 200*200 мм (защитный слой бетона не менее 35 мм) и горячекатанной арматурой с периодическим профилем класса А-II. Подколонная часть армируется аналогично колонне, которая будет в неё устанавливаться.

• При заливке стаканов на объекте, для монолита применяются бетоны класса В15-В20. Обычно его используют под стальные вертикальные конструкции. Тогда подколонники делают без стакана, а вместо выемки в сплошном теле фундаментного башмака имеются анкерные болты для крепления колонны.

• Фундаменты стальных колонн могут заглубляться и ниже трёхметровой отметки. Тогда могут применяться сборные подколонники (серия 1.411.1-3). Их нижние концы фиксируют на башмаке фундамента, а в верхней части подколонника предусматривают крепления под вертикальный элемент каркаса.

Монолитный фундаментный стакан может быть двойным в тех случаях, когда необходимо установить две смежные колонны. При этом одна из них вполне может быть стальной, а другая железобетонной.

Вернуться к оглавлению

Фундаменты для опоры сплошных стен

В зданиях, где основные нагрузки от веса здания воспринимает не каркас, а сплошные стены из блоков или кирпича, фундаменты представляют собой сборную или монолитную ленту. Лента может опираться как на грунт, так и на точечные опоры – столбы или сваи (в этом случае опорную ленту называют ростверком (о строительстве фундамента с ростверком рассказано в нашей статье)).

Сборная и монолитная лента

Лента может быть монолитной, но в целях сокращения сроков строительства на крупных промышленных объектах чаще проектируют сборные фундаменты. Они собираются из неармированных бетонных или железобетонных блоков, плит, подушек, а также укрупнённых или доборных элементов.

• Плиты (подушки) укладываются плашмя в качестве основания и служат для увеличения площади опорной подошвы. Под ними должно быть предварительно выровненное песчаное основание, либо, если грунт нестабильный, выполняется бетонная подготовка. Блоки используют в качестве стен для вывода ленты на поверхность грунта.

• Сборный фундамент может быть не только сплошным, но и прерывистым. Укладка блоков с разрывами до 90 см помогает сократить расход материала в тех случаях, когда грунт на участке имеет отличную несущую способность. Сокращаются расходы на оплату труда, и соответственно снижается себестоимость конструкции.

• При устройстве ленты на просадочном грунте, поверх подушек — прежде чем монтировать блоки, устраивают шов толщиной до 5 см с заложенной в него прослойкой арматуры. Ещё один слой монолита, но уже толщиной до 15 см, предусматривают и поверх самого фундамента.

• Подушку фундамента делают не из подушек, а монолитом, стенку так же собирают из блоков. Чаще всего такое строение необходимо, когда здание имеет подвал. В этом случае блоки выполняют функции только стенового материала, а монолит воспринимает нагрузки от веса здания и распределяет их на грунт.

• Полностью монолитная лента имеет форму тавра с расширенной прямоугольной или ступенчатой подошвой. Она заливается по опалубке, установленной либо на уплотнённое насыпное основание, либо на жёсткий подготовительный слой из тощего бетона (подбетонку).

Перед бетонированием в опалубку предварительно монтируется объёмный арматурный каркас.

Столбы и фундаментные балки

Если основание вполне прочное, а здание одноэтажное и больших нагрузок не создаст, вместо более дорогой сплошной ленты проектируют фундаменты столбчатого типа.

Это монолитные бетонные столбы, расположенные в местах пересечения и примыкания стен, а также в промежутках между ними, с минимальным расстоянием 3 м (максимум 6 м).

Все опоры связываются между собой фундаментными балками – железобетонными или металлическими, которым и предстоит воспринимать нагрузку от веса стен.

Чтобы уменьшить их деформацию, под балками может быть устроена подсыпка из песка или шлака, толщина которой может достигать полуметра.

Источник https://glavfundament.ru/articles/fundamenty_pod_oborudovanie_s_primeneniem_vintovykh_svay/

Источник https://stroim-domik.org/stroitelstvo/fundament/pod-kolonnu/promyshlennogo-zdaniya

Источник https://proekt-sam.ru/fundamenty/fundamenty-zdaniy-i-sooruzheniy.html