Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений

Залогом качества и долговечности постройки служит грамотное проектирование и устройство оснований и фундаментов, выполненное в соответствии с нормативными требованиями.

На надежность, прочность и стоимость этих частей строения влияет много факторов, которые учитываются индивидуально для каждого объекта. Среди них:

• тип и вид постройки;
• габариты;
• особенности грунтов;
• климатические условия местности.

Современные компьютерные технологии позволяют разрабатывать конструкции любой сложности, что существенно облегчает работы специалистам. При этом важно выполнять задачу таким образом, чтобы сооружение планировалось как единое целое, хотя состоит из трех частей:

• нижней или подошвы, соприкасающейся с почвой, которая является базой для возведения;
• основной, служащей опорой будущей постройки;
• верхней (цоколя) – видимой части, возвышающейся над землей.

Во время закладки первой прослойки, проектировщики учитывают:

• глубину;
• размер;
• сечение фундамента.

Ошибки в расчетах на этом этапе крайне отрицательно сказываются на последующих стадиях строительства, эксплуатации, потому что могут появляться трещины в стенах, обвалы подвальных помещений и возникать другие небезопасные моменты под влиянием неучтенных условий.

Основные положения

Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений регулируется нормами, установленными действующим законодательством. Согласно СНиП No 50-101 от 2004 года используют сокращенные предписания по расчету согласно следующим параметрам:

• перераспределение усилий;
• действие сил продавливания и распора.

С учетом этих правил при разработке соответствующей документации опираются на требования, чтобы:

• после того как сооружение отработало предполагаемый срок эксплуатации, оставалась возможность возврата грунтов в исходное положение;
• исключить или минимизировать деформационное влияние на грунтовые воды основания;
• сократить трудо- и энергозатраты на возведение фундамента, а также возвратить материалы в цикл строительства после окончания использования;
• в закрепляющих грунт конструкционных технологиях использовать экологически чистые составляющие;
• применять методы, не наносящие вред окружающей среде, в устройстве свай и те, что связаны с воздействиями вибраций и шума при их забивании.

Распределение напряжений в основании зданий и сооружений

Многие строительные компании и подрядные организации расширяют способы влияния на почву. Это нужно для улучшения показателей устойчивости и усиления основного блока.

В этом вопросе важную роль играет экологический аспект, по значимости сравнимый с требованиями прочности и деформации. Возводимые здания и их фундаменты действуют на грунт, оказывая влияние на глубину больше, чем уровень их залегания. Из-за этого возникает осадка почвы, уплотнение, вследствие чего может понадобиться вмешательство в режим подземных вод для его коррекции.

Система расчетов напряжений включает три составляющих:

1. Основание.
2. Фундамент.
3. Здание.

Заранее определяется коэффициент жесткости, также он может быть найден при помощи последовательных приближений, базирующихся на линейной и нелинейной моделях. ПП для вычисления внутренних усилий определяют по:

• первичному заданию КЖ;
• предварительному расчету совмещенных перемещений при заданных нагрузках и указанному числовому множителю;
• математическим действиям по принятой модели основания.

Последние две стадии могут повторно применяться до того момента, пока контрольный параметр не будет достигнут.

Расчетное сопротивление грунтов оснований

Под этим понятием подразумевают показатели прочности почвы согласно нормативам, которые используются при разработке проекта фундамента для частного дома, жилых многоквартирных зданий, промышленных сооружений и других объектов по СНиП и ТУ. РСГ высчитывают с помощью сложных математических формул и таблиц в зависимости от их:

• естественного состояния;
• свойств;
• характеристик.

Согласно этим правилам и требованиям среднее давление по нижней части (подошве), которое передается постройкой на ГО, должно быть равным или меньшим относительно расчетному сопротивлению почв, расположенных у оснований.

Определение глубины заложения и размеров подошвы

Это является одним из основополагающих факторов, который влияет на долговечность, надежность и эффективность проектных решений в строительстве. Например, возведенные постройки по одной схеме фундамента для дома могут иметь разные показатели ГЗ. Они зависят от:

• гидрологических, геологических условий;
• климата в регионе;
• конструктивных особенностей сооружения;
• нагрузок и направленности действия на основание;
• применяемых методов и технологий выполняемых работ.

При проектировании по возможности глубину заложения подошвы принимают выше уровня подземных вод.

Расчет оснований фундаментов по деформациям

Цель этих вычислений заключается в ограничении искажения всех конструкционных элементов так, чтобы была гарантирована невозможность достигнуть состояния, при котором эксплуатация здания будет затруднена, а также появления недопустимых перемещений, например:

• осадки;
• изменения уровней, положений постройки;
• крена;
• расхода швов.

Это деформации, снижающие долговечность срока пригодности сооружения к использованию. Это подтверждается расчетами усилий, возникающих при взаимодействии сжимаемых оснований и надфундаментной постройки в целом.

Расчет по несущей способности (ОНС)

Цель выполнения таких математических задач – обеспечение устойчивости, прочности фундамента, исключение его сдвига по подошве, опрокидывания.

Вычисления ОНС производят в случаях:

• передачи значительных горизонтальных нагрузок;
• расположения строения на откосе или вблизи него;
• формирования конструкции биогенными и постепенно уплотняющимися глинистыми грунтами;
• сложения основы из скальных почв.

При этом учитывают возможные схемы сдвигов, которые делятся по:

• форме фундамента;
• связям с иными архитектурными деталями сооружения;
• характеру влияний – вертикальности, наклону, эксцентриситету;
• составу земли на местности и ее свойствам.

Только квалифицированные специалисты имеют право проводить соответствующие исследования, так как эти данные являются основой безопасности для будущей эксплуатации здания.

Проектирование фундаментов

В процессе создания генерального плана, служащего руководством к действию подрядной организации, проводят многочисленные изыскания. На основе полученной информации делают соответствующие вычисления, лежащие в основе безопасной и длительной эксплуатации возводимого объекта.

Для разработки проекта используют специализированное компьютерное обеспечение, облегчающее решение задач специалистам, делая расчеты более точными. Программы, используемые для этого:

• AutoCAD.
• NanoCAD.
• ZWCAD.
• СПДС.
• FUN.
• Ansys.
• Abaqus.
• SCAD.
• Лира.
• GTS midas.

Это неполный перечень подходящих приложений. С их помощью выполняют задачи любого уровня сложности.

Проектирование осуществляется комплексно, проходя несколько стадий:

• оценка рельефа, включая инженерно-геологические свойства, ознакомление с планом постройки, расчет нагрузок;
• разработка схемы конструкции здания;
• вычисления предельных состояний фундамента для окончательного определения размеров, составления схем и чертежей.

Детальнее об этом можно узнать, изучив пособие по проектированию фундаментов на естественном основании.

Нормативная документация

Любые действия, проводимые на каждом этапе должны подчиняться требованиям, обозначенным в следующих СНиП:

• No2.01.07-85, а также сп No20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия»;
• No2.02.01-83 и сп No22.13330.2011 «Основания сооружений и зданий»;
• No2.03.01-84 «Проектирование конструкций из железобетона»;
• No2.02.03-85 и сп No24.13330.2011 «Cвайные фундаменты».

В этих сводах правил указаны принципы и формулы проведения различных расчетов, используемых в строительстве.

Какое программное обеспечение выбрать

Для расчетов и проектирования фундаментов, оснований зданий, сооружений специалисты все больше используют современные разработки в области компьютерных технологий.

Компания ZWSOFT реализует программные продукты для 3D-моделирования, инженерно-конструкторских вычислений, модулей и надстроек, используемых в разных сферах деятельности:

• архитектурной;
• геологической;
• геодезической;
• кадастровой;
• исследовательской и других.

Основной софт – ZWCAD по сути является аналогом ACAD. Он также многофункционален, а стоит дешевле. При покупке ПО учитывайте, что придется совместить пакеты или дополнить базовые версии приложениями.

Рассмотрим его детальнее. Подобное решение для реализации сложнейших задач выпускается в трех версиях:

Standard. Возможны просмотр и редактирование особенностей детали с использованием палитры свойств. Есть опции:

• правильного отображения объектов CAD;
• редактирования;
• настройки чертежа;
• открытия файлов, сохранения в DWG, DXF, DWT;
• работы с COM, LISP, ACTIVEX.

До приобретения пользователь может тестировать демо-версию.

Classic. Этот продукт больше предполагает обучение новичкам. В нем содержится небольшое количество возможностей, но все же предусмотрена поддержка 2D/3D. Обновления больше не выпускаются.

Professional. Для сложных целей, предполагающих детализацию объектов, рекомендуем использовать усовершенствованное программное обеспечение. В Pro представлены все функции предыдущего продукта, и включены дополнительные:

• VBA/.Net/ZRX.;
• редактирование и трехмерное моделирование;
• визуализация 3d объектов;
• совместимость с другими внешними приложениями.

Для разработки проекта фундамента подойдут надстройки, базой для которых служит софт ZWCAD. К ним относят:

• VetCAD++ для ZWCAD – профессиональный набор утилит, помогающий усовершенствовать и ускорить процесс разработки и оформления техдокументации без потери ее качества. Специалистам, которые пользуются им, не приходится делать рутинные и трудоемкие операции для создания чертежей, формирования спецификации, расчета выработки. Это значительно сокращает сроки выполнения поставленных задач.
   
• СПДС Железобетон – программный пакет, способствующий автоматизации оформления различных документов по строительству. Он действует совместно с надстройкой СПДС GraphiCS к ZWCAD. Здесь представлена подборка из параметрических объектов арматурных изделий и конструкций. Благодаря большому выбору пользователь получает актуальные таблицы спецификаций любых элементов, а также ведомости по расходу материалов.

Компания ЗВСОФТ предлагает выбор для специалистов разного уровня квалификации и сферы деятельности. Выбирайте ПО относительно своих навыков и финансовых возможностей.