Лекция №9. Выносливость, общие основы методики ее воспитания

Ленточные фундаменты применяются под кладку или такие вертикальные ограждающие конструкции, нагрузка от которых передается на подпочву распределенно, а плотный грунт находится на глубине 1,5 м. Для ленточных фундаментов используют менее качественные марки трамбованного бетона. Бетонирование производят без опалубки на ширине 50 - 70 см. В случае высокого залегания грунтовых вод фундамент изготовляют из бетона большей прочности. Для глубоких фундаментов или в случае осыпающегося грунта требуется опалубка.

Глубина заложения фундаментов Н зависит от климатических условий, влияющих на глубину промерзания грунта. За нормативную глубину промерзания Н₁ принимают расстояние от уровня земли до глубины, на которой температура в зимнее время снижается до -1^оС.

Карта с изолиниями нормативных глубин промерзания грунтов даны в СНиП II-А.6-72 «Строительная климатология и геофизика». При устройстве фундаментов должно соблюдаться условие: Н>Н₁.

Точечные фундаменты применяются для каркасных конструкций или в случае глубокого залегания прочного грунта. Их изготавливают обычно из бетона или железобетона. Соединение фундамента с колонной может быть закрепленным или шарнирным.

Основанием для обводных стен здания и перегородок могут быть ленточные фундаменты (если прочный грунт залегает неглубоко) или опирающиеся на точечные фундаменты железобетонные фундаментные балки (при глубоком залегании прочного грунта).

Балочный фундамент представляет собой сосредоточенно нагруженную железобетонную балку, проходящую подобно ленточному фундаменту под рядом колонн.

Свайные фундаменты передают нагрузку от здания через сваи на более глубокие слои прочного грунта. Применение их оправдано в следующих случаях:

1) прочность верхних слоев грунта недостаточна;

2) мелкое заложение фундамента исключено из-за возможных размывов и оползней;

3) отвод грунтовых вод трудноосуществим или связан с большими затратами;

4) сооружение чувствительно к осадке;

5) заложение фундамента требует слишком большого объема земляных работ.

С точки зрения передачи нагрузки различаются опорные сваи, опирающиеся на твердый грунт, и висячие сваи, передающие нагрузку посредством бокового трения. Сваи изготавливаются из железобетона, бетона, реже из стали.

Фундаменты под оборудование.Перед началом монтажа оборудования должна быть в необходимом объеме подготовлена строительная часть монтажной зоны. Для этого в общем случае, должны быть подготовлены фундаменты и опорные конструкции под оборудование, подземные коммуникации; выполнены обратная засыпка и уплотнение грунта, черновые полы, каналы и туннели; закончены стены, остекление окон и фонарей, уложена кровля, навешены ворота и двери, подготовлено временное или постоянное освещение; смонтирована система отопления, которая позволила бы в зимнее время, при необходимости, поддерживать в помещении температуру +5^ОС. В помещениях должны быть закончены штукатурные, а к началу опробования и отделочные работы. На специальных местах (на строительных конструкциях, фундаментах, закладных деталях и т.п.) должны быть нанесены высотные и осевые отметки.

Из всего технологического оборудования СТОА самостоятельный фундамент, выполненный по специальному проекту, требуется только для отдельных типов автомобильных подъемников и тормозных стендов.

Для монтажной зоны под технологическое оборудование, требующее выполнение отдельных фундаментов изготавливается строительно-монтажный чертеж или схема (рис.3), а в инструкции по монтажу оборудования дается чертеж фундамента (рис.4.).

При изготовлении и приемке новых фундаментов под оборудование, а также при анализе возможности использования фундаментов, на которых ранее (например, до реконструкции цеха) уже было установлено оборудование, которое подлежит замене или модернизации, может возникнуть необходимость в проверке их соответствия определенным требованиям: допустимым геометрическим, высотным отклонениям их элементов; устойчивости к опрокидыванию и скольжению; устойчивости против резонанса и вибрации. Расчетная схема монолитного фундамента дана на рис.5.

Рисунок 3. Строительно-монтажный чертеж

1 - Тормозной стенд "СТМ - 3500"; 2 - Фундамент тормозного стенда "СТМ - 3500"; 3 – Отстойник; 4 - Компьютер управления тормозным стендом "СТМ - 3500"; 5 - Стенд проверки амортизаторов; 6 -Прибор проверки света фар "ИПФ - 01"; 7 -Рельсы под "ИПФ-01".

Рисунок 4. Конструктивные элементы фундамента под автоподъемник

Рисунок 5. Расчетная схема монолитного фундамента

При проектировании фундаментов определяют их размеры в плане (опорную площадь основания), координаты расположения колодцев под анкерные болты, уступов, каналов и т.п. под конструктивные элементы оборудования, трубопроводы и др., общую высоту и высоту заглубления фундамента в грунте.

Опорную площадь основания фундамента определяют предварительно с учетом размеров оборудования в плане и окончательно - с учетом нагрузки на грунт и категории грунта.

Соответствие опорной площади основания нового или существующего фундамента F общей нагрузке на грунт, равной [ 2 ]

G=G_ф +Gо+G_M=G_O(1+K)+G_M (1.1)

проверяется по зависимости:

F ³ G/р, (1.2)

где G, G_Ф, G_O, G_M - соответственно, общая нагрузка на грунт, вес фундамента, оборудования, материалов и сырья; К - коэффициент соотношения весов фундамента и оборудования, принимаемый равным 0,6-1,5 для оборудования со статической и 2,0-3,0 - с динамической нагрузкой; р - допускаемое удельное давление на грунт, определяемое по таблице 1.[ 2 ].

Таблица 1. Допускаемое давление на грунт

Соответствие действительной высоты фундамента (h_д) требуемой (h_Т) проверяют путем их сравнения, причем последнюю определяют по формуле:

h_Т = G_Ф/Fg ³ h_д , (1.3.)

где g - удельный вес материала фундамента; G_Ф=G_O × К - согласно формуле (1.1).

Проверка фундаментов на устойчивость выполняется путем сравнения расчетного К_УР и допустимого К_УД коэффициентов устойчивости, т.е.

К_УР ³ К_УД. (1.4.)

При этом значение К_УД ³ 1,8 -2,0.

Расчетный коэффициент устойчивости определяется по выражению [2] :

К_{ур =} , (1.5)

где М_ук, М_ok - соответственно моменты устойчивости и опрокидывания фундамента относительно его k-го ребра (рис. 1.1), равные

М_ук = 0,5 (SP_z + G_ф) ; (1.6)

М_ok = М_j + SP_j × h , (1.7)

где - длина ребра m, перпендикулярного k-му ребру; SP_z, SP_i соответственно, суммарные усилия, воспринимаемые фундаментом со стороны оборудования в направлении вертикальной оси Z и оси, перпендикулярной k-му ребру фундамента; М_J - крутящий момент, действующий на фундамент со стороны оборудования относительно оси, параллельной k-му ребру.

Проверку фундамента против скольжения определяют путем сопоставления силы Р_УД, удерживающей его от скольжения по грунту, и силы Р_СД, стремящейся сдвинуть его, по условию:

Р_уд ³Р_сд × К_сд, (1.8.)

где К_сд - коэффициент запаса на сдвиг фундамента, принимаемый в пределах 2,0-2,5; Р_уд - сила, удерживающая фундамент от скольжения, равная:

Р_уд = ( SP_z + G_ф) צ , (1.9.)

где P_z - сила, сдвигающая фундамент, равная равнодействующей всех усилий, действующих в плоскостях, параллельных плоскости сдвига; ¦- коэффициент трения подошвы фундамента по грунту, принимаемый для сухого грунта равным 0,5, для мокрого - 0,3, а при наличии вибрации фундамента - 0,2.

Устойчивость фундаментов против резонанса проверяется путем расчета и сопоставления частот колебаний, возбуждаемых оборудованием (вынужденных колебаний) ¦_в и частот собственных колебаний ¦_с станины, фундамента и грунта, на котором он установлен. Частоты вынужденных и собственных колебаний должны отличаться более, чем в 2,5 раза [3;4].

Размеры колодцев (отверстий) под фундаментные (анкерные) болты должны соответствовать типу болтов и условию их прочного закрепления в фундаменте (рис. 6).

Рисунок 6. Схема установки изогнутого фундаментного болта

При определении глубины колодца можно руководствоваться следующими данными [2]: нижняя точка болта должна находится от подошвы фундамента на расстоянии не менее 100-150 мм; глубина заделки в бетон болта прямого примерно должна быть равной 20-30 его диаметрам, болта изогнутого (с крюком на конце) равной 15-20 диаметрам, съемного болта с анкерными плитами - (400-500) мм.

Фундаментные болты рассчитываются на растяжение с учетом предварительной затяжки:

,

где Р_max – максимальное растягивающее усилие наиболее нагруженного болта; 1,35 – коэффициент, учитывающий затяжку; d₁ – внутренний диаметр болта.

Перед началом монтажа фундаменты должны отвечать определенным требованиям, нормам точности. Сдачу (приемку) стройготовности фундаментов, эстакад и т.п. под монтаж осуществляют в соответствии с правилами СНиП 3.05.05-84 “Технологическое оборудование и технологические трубопроводы”, а также в соответствии с требованиями СНиП 3.01.03-84 “Геодезические работы в строительстве”. Так, фундаменты под оборудование, устанавливаемое без последующей подливки раствором, должны сооружаться на полную проектную отметку и сдаваться под монтаж с выверенной поверхностью, а с подливкой раствором - на 50-80 мм ниже проектной отметки опорной поверхности или выступающей части монтируемых изделий. Допустимые отклонения элементов фундаментов от проектных значений представлены в табл. 2 - 4.

Таблица 2. Допустимые отклонения элементов сборных железобетонных фундаментов и оснований, мм

Таблица 3. Допустимые отклонения элементов монтажных бетонных и железобетонных фундаментов, мм

Таблица 4. Допустимые отклонения элементов фундаментов под технологические металлоконструкции и положения анкерных болтов, мм

Монтажные каналы.Технологическое оборудование СТОА требует в большинстве случаев размещения под полом различных трубопроводов. Для улучшения доступности, антикоррозионной защиты, а также сокращения числа повреждений подземные трубопроводы размещают в защитных каналах. Защитные каналы имеют обычно четырехугольное сечение от 30´30 до 100´100 см. В каналах 30´30 см размещают подземные трубопроводы внутри здания, а каналы большего сечения служат обычно для размещения отопительных труб, соединяющих отдельные здания.

Детали каналов изготавливают из бетона и железобетона. В случае нагрузки от автомобилей каналы должны быть изготовлены из железобетона. Если уровень грунтовых вод выше уровня дна канала, его необходимо изолировать. Если температура внутри канала не превышает +35^°, в качестве изоляции можно использовать битум. При более высокой температуре применяют металлические листы, цементную или сплошную изоляцию. Сплошную изоляцию изготавливают на гидроизоляционном растворе.

Несущие системы.В зависимости от величины СТОА, технологии, имеющихся материалов, возможностей подрядчика и экономических факторов для строительства производственных зданий могут применяться различные несущие системы. Выбор той или иной системы, прежде всего, определяется возможностями размещения вертикальных несущих конструкций.

Для малых СТОА применяется ленточная система подпора (несущие капитальные стены, несущие панели). Для средних и крупных СТОА используются каркасные конструкции.

К несущим системам предъявляются следующие требования:

1) простота возведения;

2) малая материалоемкость;

3) экономичность;

4) максимальное соответствие условиям эксплуатации.

Необходимо стремиться к разработке и применению единой конструкционной системы зданий СТОА.

Важным фактором, учитываемым при выборе несущих конструкций СТОА, является возможность быстрого и легкого монтажа и эстетического размещения механического оборудования и арматуры. Необходимо следить за тем, чтобы колонны, балки и другие элементы конструкции не препятствовали правильному размещению необходимых трубопроводов, вытяжного оборудования и т.п.

На выбор конструкции влияют результаты предварительного расчета затрат на содержание и ремонт, а также предполагаемый срок службы здания. С точки зрения содержания и ремонта предпочтительными являются железобетонные конструкции. С точки зрения последующего расширения и реконструкции предпочтительнее применение стальных конструкций.

Кроме технологических и экономических факторов, важным принципом выбора несущих конструкций является их устойчивость по отношению к воздействиям, возникающим в процессе эксплуатации. Величину несущей способности определяют на основании характерных принципов расчета. Прежде всего, необходимо принимать во внимание вертикальные нагрузки, возникающие в результате движения транспортных средств. Перекрытия монтажных канав, подземных каналов и рабочих полостей следует рассчитывать исходя из предполагаемых осевых нагрузок (для легковых автомобилей общей массой 2,5 т.).

При проектировании строительных конструкций также необходимо принимать во внимание горизонтальные нагрузки, которые могут возникнуть вследствие удара. Случайный наезд не должен угрожать устойчивости здания. Конструкция должна оказывать противодействие статической горизонтальной силе величиной 4 Тс, действующей на уровне 1,2 м от поверхности земли. Если не имеется возможности защитить вертикальные несущие конструкции колесоотбойными приспособлениями, то при расчете конструкции необходимо обязательно учесть возможные горизонтальные нагрузки.

Поскольку к перекрытиям подвешивается различное механическое оборудование (трубопроводы, вентиляторы, малые подъемные средства и т.п.) конструкцию целесообразно рассчитывать так, чтобы перекрытия выдерживали нагрузку 800 - 1000 кГ/м², а главные фермы в любой их точке - сосредоточенную нагрузку 0,5 Тс.

Несущие ограждающие элементы зданий СТОА могут изготавливаться из:

1) монолитного железобетона;

2) сборных железобетонных элементов;

3) металлоконструкций;

4) кирпичных конструкций.

Монолитные ж/б конструкции применяют для строительства зданий малых СТОА с небольшим пролетом. Здания СТОА можно возводить из ж/б конструкций заводского изготовления, предназначенных для строительства различных промышленных объектов (колонны, фермы, плиты). Вертикальными ограждающими конструкциями сборных пролетов являются кирпичные стены или панели.

Несущий каркас зданий СТОА из облегченных конструкций изготавливается из металла. Соединения - болтовые.

При строительстве СТОА широко применяются конструкции смешанного типа, состоящие частично из облегченных, частично из железобетонных элементов.

Стены и перегородки.Для зданий небольших объемов широко применяют стены из кирпича, крупных легкобетонных блоков и крупных стеновых панелей. Толщину стен из кирпича принимают кратной его размеру. Например, стена в 1,5 кирпича без штукатурки имеет размер 380 мм, в 2 кирпича – 510 мм. Толщину несущих стен определяют, исходя из расчетов на прочность и теплотехнических требований.

Несущие панели, применяемые при возведении наружных стен, бывают

- однослойными из шлакобетона, пенобетона и других легких бетонов,

- двухслойными, состоящими из железобетонной оболочки и утеплителя (пенобетон, газобетон и др.),

- трехслойными, состоящими из двух железобетонных оболочек толщиной 50 мм, между которыми расположен утеплитель (минеральная вата и др.).

В каркасных зданиях наружные стены не несут нагрузку, а являются ограждающими конструкциями. Их возводят из кирпича или железобетонных панелей, прикрепляемых к каркасу или перекрытию без опирания на фундамент.

Перегородки. В промышленных зданиях перегородки чаще всего устраивают из гибсолитовых, гибсошлакобетонных блоков, кирпича или из мелких стеклоблоков. Крупнопанельные перегородки изготавливают из гибсобетона и железобетона.

Для разделения одного помещения на отдельные зоны применяют легкие ограждающие конструкции, выполненные из листового металла на трубчатом каркасе.

Перекрытия.В промышленном строительстве применяют два вида перекрытий - по стальным балкам и железобетонные.

При устройстве перекрытий по стальным балкам укладывают двутавры, швеллеры и др., а затем - сборные железобетонные плиты.

Железобетонные перекрытия наиболее распространенные перекрытия, они могут быть монолитными или сборными. При возведении монолитного железобетонного перекрытия устанавливают опалубку, укладывают арматуру балок и плит, а затем их заливают бетоном. При устройстве сборного перекрытия укладывают железобетонные балки, а пространство между ними заполняют железобетонными плитами. Кроме перечисленных перекрытий делают перекрытия из крупноразмерных настилов, изготовленных из железобетона.

Кровли промышленных зданий наиболее часто устраивают из рулонных кровельных материалов - рубероида, гидрозола, стеклорубероида, толя. Виды кровель и потребные для них материалы выбирают в зависимости от уклона покрытия и условий эксплуатации зданий.

Фермы.В промышленных зданиях пролеты перекрывают фермами, которые бывают железобетонными и металлическими.

Фермы состоят из верхнего и нижнего поясов и решетки, выполненной из стоек и раскосов. Пространство между стойками и раскосами называют межферменным пространством. В этом пространстве по нижнему поясу ферм прокладывают вентиляционные воздуховоды.

Колонны, которые используют в промышленном строительстве, бывают металлическими и железобетонными. Металлические колонны изготовляют из стали на сварке или из двутавровых балок. Балки междуэтажных перекрытий (ригели), как правило, делают сборными из типовых деталей.

Полы в производственных помещениях. На СТОА полы в производственных помещениях подвержены сильному загрязнению маслом и смазками, которые разрушают бетон, вызывая химические реакции и коррозию бетона. Поэтому конструкционный бетон следует защищать от загрязнений. Для защиты от масла бетонных элементов СТОА обычно используют защитный слой из цемента толщиной не менее 10 см.

В помещениях для заряда и хранения АКБ необходимо защитить бетон от агрессивного воздействия кислот. В качестве защиты здесь используют облицовку из керамитового кирпича или литой асфальт. Чтобы защитить арматуру железобетонных конструкций от коррозии на моечных площадках бетонный слой увеличивают до 3 см.

План лекции