Силовые и несиловые воздействия
Внешние воздействия, воспринимаемые зданием в целом и его отдельными элементами, которые можно разделить на два вида: силовые (нагрузки) и несиловые (воздействия окружающей среды).
1 – постоянные и временные вертикальные силовые воздействия; 2 – ветер; 3 – особые силовые воздействия (сейсмические или др.); 4 – вибрации; 5 – боковое давление грунта; 6 – давление грунта (отпор); 7 – грунтовая влага;8 – шум; 9 – солнечная радиация; 10 – атмосферные осадки; 11 – состояние атмосферы (переменная температура и влажность, наличие химических примесей)
К силовым воздействиям относятся различные виды нагрузок:
• постоянные – от собственной массы элементов здания, от давления грунта на его подземные элементы;
• временные длительного действия – от массы стационарного оборудования, длительно хранящихся грузов, собственной массы перегородок, которые могут перемещаться при реконструкции;
• кратковременные – от массы подвижного оборудования, людей, мебели, снега, от действия ветра на здание;
• особые – от сейсмических воздействий, воздействий в результате аварии оборудования.
К несиловым воздействиям относятся:
• температурные воздействия, влияющие на тепловой режим помещений, а также приводящие к температурным деформациям, которые уже являются силовыми воздействиями;
• воздействия атмосферной и грунтовой влаги, а также воздействия паров влаги в воздухе помещения, вызывающие изменения свойств материалов, из которых выполнены конструкции здания;
• движение воздуха, вызывающее его проникновение внутрь конструкции и помещения, изменяющее их влажностный и тепловой режим;
• воздействие прямой солнечной радиации, вызывающее изменение физико-технических свойств поверхностных слоев материала конструкций, а также теплового и светового режима помещений;
• воздействие агрессивных химических примесей, содержащихся в воздухе, которые в смеси с дождевой или грунтовой водой образуют кислоты, разрушающие материалы (коррозия);
• биологические воздействия, вызываемые микроорганизмами или насекомыми, приводящие к разрушению конструкций и к ухудшению внутренней среды помещений;
• воздействие звуковой энергии (шума) от источников внутри и вне здания, нарушающей нормальный акустический режим в помещении.
В соответствии с перечисленными нагрузками и воздействиями к зданиям и их конструкциям предъявляются следующие требования.
1. Прочность – способность воспринимать нагрузки без разрушения.
2. Устойчивость– способность конструкции сохранять равновесие при внешних и внутренних нагрузках.
3. Жесткость – способность конструкций нести нагрузку с минимальными, заранее заданными нормами деформациями.
4. Долговечность – способность здания и его конструкций выполнять свои функции и сохранять свои качества в течение предельного срока эксплуатации, на который они рассчитаны. Долговечность зависит от следующих факторов:
• ползучести материалов, т.е. процесса малых непрерывных деформаций, протекающих в материалах в условиях длительного воздействия нагрузок;
• морозостойкости материалов, т.е. способности влажного материала противостоять попеременному замораживанию и оттаиванию;
• влагостойкости материалов, т.е. их способности противостоять разрушающему действию влаги (размягчению, набуханию, короблению, расслоению, растрескиванию);
• коррозионной стойкости, т.е. способности материалов сопротивляться разрушению, вызванному химическими и электрохимическими процессами;
• биостойкости, т.е. способности органических материалов противостоять разрушающему действию насекомых и микроорганизмов.
Долговечность определяется предельным сроком службы зданий. По этому признаку здания и сооружения разделяют на четыре степени:
1–я – более 100 лет (основные конструкции, фундаменты, наружные стены и т.п. выполнены из материалов, обладающих высокой стойкостью против перечисленных видов воздействий);
2–я – от 50 до 100 лет;
3–я – от 20 до 50 лет (конструкции не обладают достаточной стойкостью, например дома с деревянными наружными стенами);
4–я – до 20 лет (временные здания и сооружения).
Срок службы зависит также от условий, в которых находятся здание и сто конструкции, а также от качества их эксплуатации.
Важнейшим требованием к зданиям и сооружениям является требование пожарной безопасности. По степени возгораемости строительные материалы делятся на три группы:
• несгораемые (не горят, не тлеют и не обугливаются под воздействием огня или высокой температуры);
• трудносгораемые (под воздействием огня или высокой температуры с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются, но после удаления источника огня или высокой температуры горение и тление прекращаются). Обычно они защищаются снаружи несгораемыми материалами;
• сгораемые (под воздействием открытого огня или высокой температуры горят, тлеют или обугливаются и после удаления источника огня или температуры продолжают гореть или тлеть).
Предел огнестойкости конструкций зданий определяется длительностью (в минутах) сопротивления действию огня до потери прочности или устойчивости, либо до образования сквозных трещин, либо до повышения температуры на поверхности конструкции со стороны, противоположной огню, в среднем более 140°С.
Источник
Внешние факторы воздействия на фундамент
В строительстве дома немаловажное значение имеет правильный выбор типа фундамента. Выбор технического решения зависит от таких параметров как: тип грунта, на котором будет вестись строительство, особенностей грунтовых вод и глубину промерзания грунта. На основании данной информации происходит выбор типа фундамента и глубины его заложения.
Воздействие грунта на фундамент
Сначала стоит рассмотреть возможное воздействие грунта на фундамент. Прежде всего на фундамент и грунт воздействует сам дом. Под своей тяжестью он проседает, особенно в течении первых двух лет после строительства дома это явление абсолютно нормальное и предусматривать его надо, следовательно основная цель будущего фундамента сделать это проседание равномерным, во избежание перекосов или повреждений основной постройки. Неправильно выбранный или положенный фундамент может повлечь не только перекос конструкции, но и повреждения и даже обрушение всей постройки в целом.
Климатический фактор
Еще более важный момент в основании фундамента — это климатический фактор. Под действием перепадов температур и сменой времен года изменяются и свойства грунта. Например, зимой промёрзшая почва взбухает и стремиться вытеснить фундамент постройки, что соответственно стремится поднять постройку, при этом оказывая сильное давление на фундамент. Такое давление может достигать 10-15 тонн на квадратный метр. Сила морозного пучения настолько велика, что в некоторых случаях может даже вызвать разрушение фундамента за счет давления, либо даже его смещения в случаях бокового воздействия, например, если Ваша постройка будет стоять на холме. Весной же грунт оттаивает, и фундамент снова проседает и далеко не всегда возвращает постройку в исходное состояние. Процессы приподнимания и проседания фундамента, в силу естественных причин и физических свойств грунта, не происходят равномерно. В результате всего этого Ваша постройка может начать «гулять».
Геологический фактор
Ключевое значение в основании фундамента оказывает глубина промерзания грунта и глубина грунтовых вод. Все это зависит непосредственно от географического положения и особенной той или иной местности. Чаще всего эти параметры одинаковы из года в год для той или иной местности и редко когда бывают серьезные отклонения от этой нормы. Погодные особенности сезона могут привести к отклонениям от некоторой нормы (количество выпавшего снега либо других осадков), но чаще всего, глубина промерзания составляет примерно одну и туже величину, которая известна из года в год. Сложнее стоит вопрос с грунтовыми водами, зачастую их уровень может оказаться весьма непредсказуемым и причудливым и отследить его наверняка довольно сложно из-за сложности самих процессов, происходящих под землей. Поэтому обязательно стоит проводить геологические обследования непосредственно на месте будущего строительства . С точки зрения строительства, идеальной считается случай когда уровень промерзания значительно выше уровня стояния грунтовых вод, следовательно, в данном случае грунтовые воды не замерзают. Бывают же случаи, когда уровень промерзания бывает ниже уровня стояния грунтовых вод, при этом происходит сильное вспучивание грунта, при этом оказывая колоссальное давление на фундамент постройки. В таких случаях надо выбирать более надежный вид фундамента, не взирая на повышения стоимости строительства, в противном случае исход может быть плачевным. Так же возможно выполнить изменение уровня грунтовых вод, путем осушения или прокладки дренажа и т.п.. Можно же сделать и то и другое одновременно, особенно если помимо самого дома планируется постройка подвала, который очень плохо совместим с грунтовыми водами.
Источник
Фундамент
Не нужно быть строителем в третьем поколении, чтобы оценить важность темы которая будет раскрыта далее, ведь речь пойдет о фундаментах. Для понимания вопроса не требуется серьезных знаний в строительстве, достаточно познакомиться с ключевыми моментами.
Цель статьи — ликвидировать заблуждения и донести простую истину: конструкцию фундамента рекомендуется подбирать исходя из механических свойств грунта на основании результатов геологических изысканий, рельефа участка, веса здания и эксплуатационных нагрузок .
Не существует готового «рецепта» конструкции фундамента, который можно применять повсеместно — это всегда баланс между затратами, прочностью и условиями в которых предстоит строить.
Если в результате строительства ваш дом всё же стоит, а вы не делали геологию и понадеялись на типовой проект или совет знакомого «строителя» то, скорее всего:
- в фундамент заложены бо́льшие чем необходимо риски и/или значительная переплата за работу и метериалы
- возможно, как вариант, «час икс» еще просто не наступил
Второй вариант исхода — это неизбежность. Любой фундамент рано или поздно разрушается, но нам бы с вами хотелось, чтобы он служил как можно дольше, в пределах гарантированного эксплуатационного срока службы здания — 50 — 100 лет. Поэтому переплата в сторону запаса прочности в 10 -15% вполне нормальная практика.
Сразу оговорюсь, что мы не будем рассматривать экзотические виды фундаментов, типа: свай из лиственницы, бутовые фундаменты и прочую экзотику; не будем рассматривать строительство на скальных склонах и в вечной мерзлоте, также не будем рассматривать бетон без армирования, хотя в некоторых случаях это вполне годный вариант. Нас интересуют окрестности Тюмени, с суглинистыми, торфяными, песчаными почвами с разной степенью водонасыщенности.
Матчасть
Фундамент — строительная несущая конструкция, часть здания или сооружения, принимающая на себя нагрузки от вышестоящих конструкций и распределяющая их по основанию. Иными словами фундамент распределяет и передаёт нагрузки от всего здания на грунт.
Если окончательно утрировать — дом стоит на грунте, а не на фундаменте
В зависимости от материалов дома и грунтов к фундаменту предъявляются разнообразные требования прочности и жесткости, но чтобы начать разговаривать предметно, нам нужно иметь представление о сборных нагрузках и воздействиях:
- нагрузка от конструкций дома
- эксплуатационные нагрузки
- геология грунтов
- снеговая нагрузка на кровлю
- прочие воздействия
Что подразумевается под нагрузками от конструкций. Суммарный вес всех материалов и конструкций, используемых в строительстве дома, включая собственный вес фундамента.
Эксплуатационные нагрузки — вес мебели и элементов интерьера, людей и животных. Как правило берут некое среднее значение 200 — 400 килограмм на один квадратный метр площади. Поэтому эксплуатационная нагрузка складывается из общей площади каждого жилого этажа (без учета площади стен) помноженная на 400 кг.
Снеговая нагрузка, относится к временным нагрузкам, но пренебрегать ей чревато, поэтому настоятельно рекомендую ее учитывать. Эту нагрузку считают исходя из типа и угла наклона кровли, величины снежного покрова, который, в свою очередь можно получить из СНиП . Для юга Тюменской области 126 -180 килограмм на 1 квадратный метр.
Подробнее о том какие еще нагрузки могут возникать в здании можно почитать в СНиП –85* Нагрузки и воздействия.
Грунты
Опуская целый раздел инженерной геологии, мы с вами должны понять следующее: любая горная порода, почва, осадок и техногенные минеральные образования, рассматриваются как многокомпонентные динамичные системы и часть геологической среды. Грунты используют в качестве оснований зданий и сооружений, а следовательно, должна быть величина которая отвечает за неизменную структуру грунта при различных внешних воздействиях.
Несущая способность грунта — это важнейшая характеристика, от которой вы будете отталкиваться при принятии решения в выборе конструкции фундамента. Получить значение этой величины можно только лабораторным путём в результате бурения скважин на участке. Всё остальное — это компромис.
Таблица № 1. Средние расчетные сопротивления грунтов| Грунт | кг·с/см 2 | т·с/м 2 |
|---|---|---|
| Щебень, гравий | 5 | 50 |
| Пески крупные | 4 | 40 |
| Пески средней крупности | 3 | 30 |
| Пески мелкие и пылеватые | 1,5 | 15 |
| Супеси твердые и пластичные | 2,5 | 25 |
| Суглинки твёрдые и пластичные | 1,5 | 15 |
| Глины твёрдые | 4 | 40 |
| Глины пластичные | 1,5 | 15 |
Как читать эту таблицу? Всё предельно просто, считаете общую площадь опирания фундамента в квадратных метрах или сантиметрах и перемножаете на соответствующий столбец.
Например, площадь опирания фундамента 40 м², а почва суглинок: 40 * 15 = 600 тонн .
Вывод: дом должен весить не более 600 тонн и на каждый квадратный метр опоры фундамента здания не должно приходиться больше 15 тонн. Всё что меньше этой величины, создает вам гарантированный запас прочности.
Это очень примитивный пример с идеальными условиями, ваш случай может сильно отличаться.
Опирание на грунт
Чуть ранее упоминалась основная функция фундамента — перенос нагрузок на грунт. На рисунке ниже показаны различные виды фундаментов и схемы их опирания в порядке увеличения площади.
Как мы видим из картинок, плита имеет наибольшую площадь опирания и, как следствие, наименьший распределенный вес на единицу площади. Но является ли при этом плита наиболее универсальным и надёжным типом фундамента? — Нет, не является.
На водонасыщенных грунтах без проведения работ по понижению уровня грунтовых вод или «слабых» грунтах без проведения выемки и замены несущего слоя, плита, как и другие виды фундамента может давать трещины. Также плита может давать трещины при неравномерном подтоплении и промораживании одного из углов или в случае, когда фундамент попадает своими сторонами на границы разных пластов грунта с разной несущей способностью. Что возвращает нас к необходимости проведения геологических изысканий.
на рисунке схема утепленной шведской плиты
Стоит также развеять миф относительно опирания столбчатого, а в простонародии , фундамента. Он передает нагрузку на грунт только сваями, отсюда очень маленькая площадь. Если такой фундамент опирается, помимо свай, еще и ростверком, то он превращается в обычный ленточный мелкозаглубленный фундамент, а сваи — в бесполезно закопанный материал.
Также важно отметить тотальную ошибку, допускаемую неквалифицированными работниками при строительстве столбчатого фундамента. Она описана в пункте 8 методического пособия «Проектирование оснований и фундаментов на пучинистых грунтах»:
При устройстве столбчатых фундаментов на пучинистых грунтах необходимо предусматривать зазор между нижней гранью фундаментных балок и планировочной поверхностью грунта, величина которого должна быть не менее расчетной деформации пучения (подъема) ненагруженного основания.
Иными словами, между ростверком и грунтом должно быть расcтояние, которое компенсирует деформации грунта при морозном пучении. Величину этих деформаций, а также на сколько грунт пучинистый и/или водонасыщенный, может определить геология.
Морозное пучение
Все что нужно знать о силе морозного пучения, что противостоять ей бесполезно и нужно учиться с ней сосуществовать. Если вы любите цифры, их есть немного:
Один кубический дециметр воды при замерзании расширяется и создает усилие 40 тонн
Для сравнения: один прут арматуры ∅ 10 мм в зависимости от марки стали выдерживает 1,6 -2,8 тонн до момента разрушения.
Возвращаясь к столбчатому фундаменту с ростверком. Если под домом водонасыщенный грунт, для того чтобы оторвать сваю от ростверка, нужны крепкий мороз и порядка 10 тонн усилий. Сваи либо подымутся вместе с ростверком и будут в подвешенном положении до весны, либо оторвутся и будут работать отдельно.
На сколько это чревато? — Покажет весна. При достаточном армировании и высоте ростверка более 400 мм с определенной долей вероятности можно говорить что ничего не произойдет.
Чтобы избежать проблемы водонасыщения грунта как от осадков, так и от грунтовых вод нужно сделать:
- подушку из непучинистых грунтов
- дренирование и отвод дождевой воды
- утепленную отмостку
Все эти решения требуют отдельного рассмотрения, поэтому о них в следующей статье.
Заключение
Если заказываете разработку проекта, а в нем не указаны: несущая способность грунта, вес здания, эксплуатационные и снеговая нагрузки — не принимайте такой проект. Если покупаете проект, его однозначно нужно адаптировать под текущие условия. Если строите самостоятельно, изучите вопрос досконально, все необходимые нормативные документы приведены в статье.
Всё описанное выше не является частной рекомендацией к строительству или проектированию. Не руководствуйтесь форумами или роликами в социальных сетях, а уж тем более рекомендациями соседей. Пользуйтесь только достоверными строительными документами, например: Основания зданий и сооружений или воспользуйтесь услугами профессиональных проектировщиков.
Источник