сотрудник
студент
студент
ГРНТИ 67.11 Строительные конструкции
ББК 385 Строительные конструкции
Основой этой работы послужило исследование по поиску наиболее подходящих типов фундамента для малоэтажных многоквартирных домов. В итоге по данным статистического анализа были выбраны пять фундаментных систем. В статье рассматриваются два типа фундаментов, которые были признаны группами экспертов лучшими для использования в малоэтажных многоквартирных домах. Для обоих вариантов разрабатывались техно-логические карты с привязкой к конкретному объекту с целью проведения более детального анализа и получения точных цифр по технико-экономическим показателям. Расчетные схемы фундаментных систем были рассчитаны в программном комплексе ЛИРА – САПР по предельным состояниям, подобраны сечения, были получены изополя вертикальных перемещений. Подведены итоги по основным показателям, влияющих на производительность, трудоемкость и сроки возведения фундаментов. Эти результаты помогают остановить выбор на одной из фундаментных систем.
малоэтажное домостроение, ортотропная фундаментная плита, монолитная фундамент-ная плита, комбинированный тип фундамента, трудоемкость СМР, технико-экономические показатели, выбор оптимальной фундаментной системы.
Введение. По результатам экспертного заключения из наиболее подходящих фундаментных систем для малоэтажного многоквартирного домостроительства были выявлены три типа фундаментов, которые оказались лидирующими. Среди них ортотропная плита (комбинированный тип фундамента), фундамент в виде монолитной железобетонной плиты и свайный фундамент. В данной работе будет произведено сравнение первых двух типов фундаментов.
Ортотропная плита или плита с ребрами жесткости, представляет собой монолитную железобетонную конструкцию, с продольными и поперечными ребрами (балками) [1]. Название ортотропная присвоено из-за того, что жесткость такой плиты не однородна, она отличается в продольных и поперечных направлениях из-за вводимых в конструкцию балок. Положение ребер жесткости обуславливается особенностями проекта. Балки целесообразно располагать под несущими конструкциями (стенами, колоннами, пилонами). Таким образом, получается комбинированный тип фундамента (ленточный + база в виде плиты) [2]. Как плита, так и балки имеют общее армирование, чтобы обеспечить монолитность и жесткость конструкции [3].
Касательно фундамента в виде монолитной железобетонной плиты, это один из распространенных типов основания, который используется как в многоэтажном, так и малоэтажном строительстве, разница лишь в размерах сечений.
Методы анализа. Чтобы прийти к заключению по поводу выбора той или иной фундаментной системы, был выбран объект в виде 4-х этажного жилого многоквартирного дома из монолитного железобетона, с несущими конструкциями в виде железобетонных стен и колонн, с размерами плана в осях 36×14.7 м. Сравнение происходит в равных условиях: средства механизации, способ организации строительного производства, вспомогательные средства и инструменты остаются неизменными при возведении обоих типов фундамента [4]. Геологические условия также остаются неизменными – фундамент возводится на глинах и суглинках с модулями упругости от 4–15 МПа. В конструкциях фундамента используется бетон класса B25, в надфундаментных конструкциях – B20.
Рассматриваемый проект уже осуществлялся с фундаментной системой в виде железобетонной плиты, толщина которой составила 400 мм. Чтобы подобрать необходимые сечения балок и базовой плиты, рассчитаем нагрузки, которые будут действовать на основание [5].
Основная часть. После сбора нагрузок производится расчет расчетной схемы в программном комплексе ЛИРА – САПР по предельным состояниям 1 и 2 группы [6]. Также рассчитаны максимальные перемещения (рис. 1, 2). Получен результат по армированию.
Рис. 1. Изополя вертикальных перемещений от РСН2 ортотропной фундаментной плиты
с ребрами жесткости (200×200мм) и толщиной плитной части 250мм
Рис. 2. Изополя вертикальных перемещений от РСН2 монолитной фундаментной плиты
толщиной 400 мм без ребер жесткости
РСУ жестко привязаны к принципу суперпозиции, а это значит, что расчет может быть проведен только в линейно-упругой постановке. Поэтому для физически нелинейных задач возможно использование технологии на основе реализации нескольких (историй) последовательностей загружений. Аналогом составления историй загружения для расчета в линейно-упругой постановке, можно назвать составление расчетных сочетаний нагрузок (РСН), что и ипользуется в данной работе. В состав истории загружений может входить одно и более загружение, которые при расчете будут последовательно приложены к расчетной схеме [7].
Максимально допустимая относительная разность осадок для фундаментной плиты расчитывается по формуле (1).
(1)
≤
, 0,00021 ≤ 0,002, условие выполняется (согласно СП 22.13330.2011), где
– предельно допустимая относительная разность осадок; L – расстояние между точками осадок.
В случае с плитным фундаментом, относительная разность осадок составит: , что тоже меньше допустимого предела.
По изополям наблюдается снижение величин напряжений в случае использования ортотропной фундаментной плиты (рис 3, 4). Это объясняется эффективной работой балок в конструкции фундамента [8, 9].
В случае с ортотропным фундаментом напряжения имеют максимальные по модулю значения в 12,3 кН/м (согласно рис. 3), а напряжения в монолитной железобетонной плите составляют 53,5 кН/м, что более чем в два раза больше по сравнению с предыдущим вариантом.
Рис. 3. Изополя напряжений Mxy от РСН1 ортотропной монолитной фундаментной плиты
с ребрами жесткости (200×200мм) и толщиной плитной части 250 мм
Рис. 4. Изополя напряжений Mxy от РСН1 монолитной фундаментной плиты толщиной
400 мм без ребер жесткости
Технология производства ортотропной фундаментной плиты состоит из следующих пунктов:
- Разработка грунта котлована до отметки – 2,3 м, доработка грунта бульдозером, разработка траншей.
- Установка несъемной опалубки в траншеях, ставятся распорки между щитами, чтобы грунт не осыпался внутрь траншей. При этом опалубка устанавливается таким образом, чтобы листы фанеры были одинаковой высоты и выступали над уровнем грунта на 400мм, с учетом дальнейшего устройства щебеночной и бетонной подготовки и финальных слоев в виде стяжки по гидроизоляции.
- После монтажа опалубочных листов и их надежной фиксации производят работы по устройству щебеночной подготовки (используется ручная вибротрамбовка). Толщина щебеночной подготовки – 200 мм [10, 11].
- Затем устраивается бетонная подготовка, армируемая сетками, толщиной 100мм.
- Следующим этапом после набора бетоном необходимой прочности, проводятся работы по наплавлению гидроизоляционного ковра на подготовленное основание. Гидроизоляция должна быть частично заведена на фанерные опалубочные листы.
- Далее подготавливают арматурный каркас для ребер жесткости. Балки армируются арматурой класса А500, Ø 18 мм, монтажная арматура Ø 10 мм (рис. 5).
- После армирования балок, ведутся работы по армированию базовой плиты (А500, Ø 18 и 20 мм). Арматура балок и плиты перевязывается, выводятся арматурные выпуски.
- На финальном этапе осуществляют бетонирование всего фундамента полосами на всю высоту, с помощью автобетононасоса [12, 13].
Рис. 5. Конструкция ортотропной фундаментной плиты в разрезе
Для получения конкретных цифр по продолжительности и трудоемкости были разработаны технологические карты на производство строительно монтажных работ по возведению фундаментных систем двух типов. Основные технико-экономические показатели приведены в табл. 1. Сравнение трудоемкостей ведущих работ привелено на гистограмме 1.
Основные преимущества ортотропной фундаментной плиты перед обычным плитным фундаментом заключаются в следующем:
- Сокращении объемов земляных работ, которое происходит благодаря уменьшению толщины базовой плиты, остальной массив грунта разрабатывается лишь под балки. Объем земляных работ сократился на 11 %
- Объем бетонных работ сокращается более чем на 30 %
- Конструкция имеет повышенную устойчивость к деформациям
- Растет экономический эффект, соответственно.
Таблица 1
Технико-экономические показатели
|
№ п/п |
Наименование |
Ортотропный фундамент |
Плитный фундамент |
|
Значение |
|||
|
1 |
Время производства работ по возведению фундамента |
16 дней |
16 дней |
|
2 |
Затраты труда (факт.) с учетом производства |
133,55 ч.дн |
137,8 ч.дн |
|
3 |
Объем продукции |
143,02 м3 |
211,7 м3 |
|
4 |
Затраты труда на единицу продукции |
0,933 ч.дн |
0,65 ч.дн |
|
5 |
Выработка |
1,072 м3 |
1,53 м3 |
|
6 |
Стоимость м2 |
4328,72 руб. |
4532,4 руб. |
|
7 |
Затраты машинного времени |
7,76 маш.см |
9,2 маш.см |
|
8 |
Затраты машинного времени на ед. продукции |
0,056 маш.см |
0,044 маш.см |
|
9 |
Максимальное число исполнителей в смену |
9 чел. |
9 чел. |
Гистограмма 1
Выводы. Ортотропный фундамент будет идеальным в тех случаях, когда применение обычной плиты не представляется возможным из-за геотехнических условий, а возводить свайный фундамент еще нет необходимости (слишком большой запас прочности для данных условий). Поэтому требуется что-то среднее между плитным и свайным фундаментами.
При выборе между плитным и ортотропным фундаментом, рекомендуется отдавать предпочтение ортотропному, так как мы точно ничего не потеряем, а наоборот только выиграем в экономическом плане, при этом получим ряд преимуществ, которые недоступны обычной плитной конструкции. С точки зрения технологии и организации строительного производства в случае с ортотропной плитой, дела обстоят чуть сложнее – добавляются некоторые необходимые процессы, но это ничуть не означает, что для этого потребуется более квалифицированная рабочая сила.
Трудоемкость работ ниже, и при этом существенно сокращается объем требуемого бетона, как было отмечено выше, более чем на 30%. Конструкция обладает повышенной жесткостью и устойчивостью к деформационным воздействиям. Сокращается срок использования строительной техники, что удешевляет производство. Стоит отметить, что весь комплекс работ по возведению фундамента выполняется за 16 дней в обоих случаях. Максимальное количество рабочих так же не превышает 9 человек в смену. Из всего этого можно сделать вывод, что экономический эффект значительно возрастет, учитывая что в общих затратах доля фундаментов на возведение здания составляет по стоимости 8–10 %, по трудоемкости 10–15 % и по материалоемкости фундамента в объеме малоэтажного жилого дома составляет 10–30 % [14, 15].
1. Берлинов М.В. Основания и фунда-менты. 2011, 319 с.
2. А. В. Пилягин. Проектирование осно-ваний и фундаментов зданий и сооружений. 2006, С. 98–102.
3. Лапидус А.А., Фельдман А.О. Оценка организационно-технологического потенциа-ла строительного проекта, формируемого на основе информационных потоков // Вестник МГСУ. 2015. № 11. С. 193–201.
4. Лапидус А.А. Потенциал эффективно-сти организационно-технологических реше-ний строительного объекта // Вестник МГСУ. 2014. № 1. С. 175–180.
5. СП 20.13330.2011 нагрузки и воздей-ствия актуализированная редакция.
6. Городецкий Д.А., Барабаш М.С., Во-допьянов Р.Ю., Титок В.П., Артамонова А.Е. Программный комплекс ЛИРА-САПР. Под редакцией академика РААСН Городецкого А.С. 2013. М., 2013, 376 с.
7. Шулятьев С.О. Влияние несущего кар-каса здания на напряженно-деформированное состояние фундаментной плиты, «Научно-исследовательский центр «Строительство» Научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и под-земных сооружений им. Н.М. Герсеванова (ОАО «НИЦ «Строительство-НИИОСП им. Н.М. Герсеванова), 2013, С. 8–11.
8. Баркан Д.Д. Динамика оснований и фундаментов. М.: Стройвоенмориздат, 2012, 412 c.
9. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. М., ГУП ЦПП, 2004 г.
10. Теличенко, В. И., Лапидус А. А., Терентьев О. М. Технология возведения зданий и сооружений: учебник для вузов. М.: Высш. шк., 2006. 446 с.
11. Ширшиков Б.Ф. Организация, планирование и управление строительством. М.: Изд-во АСВ, 2012, 528 с.
12. Далматов, Б. И. Механика грунтов, основания и фундаменты включая специ-альный курс инженерной геологии. М.: Огни, 2012, 416 c.
13. Олейник П.П., Олейник С.П. Организация и технология строительного производства (подготовительный период). М.: Изд-во АСВ, 2006, 240 с.
14. Малышев, М. В. Механика грунтов. Основания и фундаменты (в вопросах и ответах). М.: Изд-во АСВ, 2015, 104 c.
15. Земляные сооружения, основания и фундаменты. СНиП 3.02.01-87. М.: Энергия, 2013. C. 51–54.
