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.- Ленточные, которые обустраиваются под несущими стенами здания. Они могут быть сплошными или сборными из железобетонных блоков.
- Ленточные железобетонные под отдельно стоящие опоры. Принимаются в тех случаях, когда такие опоры закладываются в слабых грунтах, требующих значительного увеличения размеров фундамента.
Применение фундаментов такого типа позволяет увеличить общую жёсткость каркаса промышленного здания.
- Железобетонные сплошного исполнения. Принимаются для зданий с большими эксплуатационными нагрузками, которые должны восприниматься слабыми или неоднородными грунтами (дополнительно – при высоком уроне грунтовых вод). Сплошные фундаменты в виде плит проектируются также при наличии подвалов или подземных помещений.
- Свайные, используемые в случае невозможности передать давление на верхние слои грунта, особенно водонасыщенного. Конструкция таких фундаментов не зависит от обустройства смежных оснований, например, под тяжёлое оборудование.
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.
Глубина заложения основания находится в пределах 1,5…1,8 м.
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.
