Фундамент промышленного здания — это конструкция, которая распределяет нагрузку от здания на грунт и обеспечивает его устойчивость. Он должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать не только вес здания, но и нагрузку от технологичсекого оборудования, которое будет установлено внутри. Кроме того, промышленные здания часто подвержены динамическим воздействиям — например, вибрацией оборудования, крановым нагрузкам, что также должно учитываться при выборе типа фундамента.
Основные этапы проектирования фундамента
Проектирование фундаментов промышленных зданий состоит из нескольких ключевых этапов, каждый из которых имеет важное значение:
- Инженерно-геологические изыскания. Выполняется анализ грунтовых условий площадки строительства, чтобы оценить его геологическое строение и определить характеристики слоев грунта.
- Сбор нагрузок. Определяются статические и динамические нагрузки от конструкций здания и установленного оборудования.
- Выбор конструкции фундамента. Опираясь на выполненные расчёты и грунтовые условия, выбирают тип фундамента. Например, монолитный плитный фундамент оптимален при неоднородных грунтах и значительных нагрузках.
- Разработка проектной документации. Разрабатываются чертежи конструктивных решений фундамента, армирования конструкций, решений по гидроизоляции.
- Экспертиза проектной документации. Заключительный этап, включающий проверку корректности расчётов и соответствия техническим нормативам.
1. Инженерно-геологические изыскания и глубина заложения фундамента
Глубина заложения фундамента — важнейший фактор при проектировании, влияющий на устойчивость и долговечность сооружения. При её выборе учитывают следующие факторы:
- Глубина сезонного промерзания грунта: фундамент всегда закладывают ниже уровня промерзания во избежание воздействия сил морозного пучения, которое может привести к деформации конструкции и разрушению фундамента (в средней полосе РФ это 1,7–2,2 метра). На практике минимальная глубина закладывается на 20–30 см ниже нормативного уровня промерзания. Однако в регионах с суровыми климатическими условиями или при наличии агрессивных сред необходимая глубина заложения может быть значительно глубже.
- Уровень грунтовых вод: если уровень грунтовых вод высокий, принимаются меры по водопонижению или гидроизоляции. В таких условиях особенно эффективны свайные фундаменты, поскольку позволяют передать нагрузки на глубокие, более плотные слои грунта ниже уровня воды. Для зданий с лёгкими и средними нагрузками хорошим решением также являются столбчатые фундаменты с тщательно выполненной гидроизоляцией и ростверком, минимизирующие контакт конструкции с водой. Глубокозаложенные ленточные фундаменты допустимы, однако используются реже, так как требуют значительных затрат и технически сложных решений по организации эффективного водопонижения и гидроизоляции.
- Тип и свойства грунта: слабые, водонасыщенные и рыхлые грунты требуют глубже заложенных фундаментов или применения свай (глубина заложения от 1,5 до 3м если стабильный несущий слой залегает неглубоко, и от 3 до 5м - для значительной глубины несущего слоя). Тип грунта критически влияет на конструкцию фундамента. На пучинистых и слабых грунтах лучшим решением становятся свайные или плитные конструкции. Если площадка сложена плотными песками, суглинками, - подойдут ленточный или столбчатый фундамент.
На показатель глубины заложения фундамента также влияют такие факторы как: конструктивные особенности проектируемого фундамента, глубина заложения коммуникаций и фундаментов соседних строительных конструкций, эксплуатационное назначение строения, архитектурные особенности сооружения, учет статических и динамических нагрузок.
2. Сбор нагрузок на фундамент промышленных зданий
Сбор нагрузок начинается с комплексного анализа всех возможных нагрузочных воздействий, действующих на конструкции сооружения
- Постоянные нагрузки включают собственный вес конструкций и оборудования. Для точного расчёта учитывают сечения, материал элементов конструкций здания, плотность используемых материалов (например, бетон ~2500 кг/м³, сталь ~7850 кг/м³), а также массу установленного оборудования.
- Временные нагрузки связаны с режимом эксплуатации здания: это складируемые материалы, грузы, транспортные средства внутри помещений, люди и перемещаемое оборудование. Для промышленных зданий временные нагрузки часто существенно выше, чем для жилых объектов, и требуют тщательного анализа (могут достигать 50–100 кН на м³).
- Особые нагрузки: к ним относятся динамические и вибрационные нагрузки от работы станков (коэф. динамичности 1,2–1,5), кранового оборудования, компрессоров и прочих механизмов. При динамических нагрузках расчёт проводится с учётом коэффициентов динамичности и усталостной прочности материалов*.
Дополнительно обязательно учитывают климатические факторы: снеговую (до 2,5 кН/м² в средней полосе), ветровую нагрузки (0,3–0,5 кН/м²), влияние перепадов температуры и сезонного промерзания грунта. Общая нагрузка суммируется с учетом коэффициентов надёжности по нагрузке (1,1–1,4) для безопасности конструкции. Нормативные значения нагрузок и коэффициенты надежности по нагрузкам, а также положения по расчету строительных конструкций приведены в СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия».
3. Основные типы фундаментов для промышленных зданий
Ленточный фундамент
Ленточный фундамент представляет собой монолитную железобетонную полосу под несущими стенами. Хорошо распределяет вертикальные нагрузки, но эффективен только на стабильных грунтах при умеренных нагрузках. Применяют на сухих, прочных грунтах. Ленточные фундаменты могут быть как сплошными, так и прерывистым. В разрезе могут представлять собой прямоугольник, трапециевидную форму, либо ступенчатую конструкцию.
- Сборные. Состоят из железобетонных блоков, блоков-плит, фундаментно-стеновых блоков. Блоки- плиты или блоки-подушки выпускаются прямоугольной или трапециевидной формы. Укладываются на тщательно утрамбованную песчаную подготовку толщиной 100 мм. В целях сокращения расхода бетона и снижения массы фундамента применяют пустотелые блоки с узкими сквозными или широкими замкнутыми пустотами. Размеры блоков подушек принимают: по ширине от одного до трех метров; по длине от 1,2 до 3 метров; по высоте 0,3 метра и 0,5 метра
- Монолитные. Представляет собой армированную бетонную конструкцию, проложенную под несущими и ограждающими стенами здания. Может быть выполнен как с мелким заглублением, так и с заглублением ниже уровня промерзания почвы. Позволяет, как и сборный ленточный фундамент, предусмотреть в проекте сооружения подвальные помещения и цокольный этаж.
Все типы ленточных фундаментов подлежат обязательной защите от атмосферных вод. С этой целью по периметру наружных стен делают отмостку из асфальта или бетона или сборных железобетонных плит. Ширина отмостки должна быть не менее 0,5 метра, с уклоном от здания 2-3%. Однако, в любых грунтах содержится капиллярная влага. Влага проникает в тело фундамента и поднимается к зоне сопряжения с элементами надземной части строения. Чтобы не допустить поступление влаги на границе фундамента со стенами устраивают гидроизоляцию.
За неправильным осуществлением работ по устройству гидроизоляции и отведению внешних вод неминуемо кроется разрушение фундамента. Увеличение влажности станет причиной вымывания раствора из соединительных швов, отслоения штукатурки, коррозии арматурного каркаса.
Столбчатый фундамент
Представляет собой отдельно стоящие бетонные или железобетонные столбы, соединённые фундаментными балками. Нагрузки передаются на грунт точечно. Не подходит для тяжёлых и динамически нагруженных конструкций из-за риска неравномерной осадки.
Устраиваются в тех случаях, когда нагрузка от здания вызывает давление на грунт меньше нормативного (малоэтажное промышленное строительство), либо под колонны. По столбчатым фундаментам прокладывают балки из сборного или монолитного железобетона, которые равномерно распределяют нагрузки и придают жесткость всей конструкции.
Столбчатые фундаменты применяют для отдельно устанавливаемых столбов, колонн при строительстве, как одноэтажных, так и многоэтажных промышленных и гражданских зданий. Колонный каркас (каркас здания, состоящий из колонн) опирают на железобетонные блоки стаканного типа или блок - стакан.
Монолитный столбчатый фундамент представляет собой ступенчатую конструкцию с подколонником и стаканом для установки колонн. Высота ступени составляет 0,3 или 0,45м. Подколонники устанавливают на плиту по цементно-песчаному слою. Высота блок-стакана 1,5 и 1,8 метра до 4,2 метра с градацией через 0,6 метра. Размеры подошв в плане составляют от 1,5 на 1,5 метра до 6,6 на 7,2 с модулем 0,3 метра.
Свайный фундамент
Используется при строительстве на слабых, водонасыщенных и пучинистых грунтах, когда производство большого объема земляных работ для устройства основания под другие виды фундамента технически невыполнимо или экономически нецелесообразно. Свайный фундамент передает нагрузку от здания на заглубленные слои плотного грунта.
Такой фундамент состоит из свай и объединяющей их жесткой связи-ростверка, ростверк бывает плитный и ленточный, а также столбчатый. В соответствии с этим свайные фундаменты бывают:
- Ростверковые
- Безростверковые
Сваи располагают под зданием по аналогии со столбчатым фундаментом, но с меньшим шагом, который определяют расчетом.
Плитный фундамент
Представляет собой сплошную железобетонную плиту под всей площадью здания. Имеет плоскую или ребристую конструкцию. Плитный фундамент отличается высокой надежностью. Поэтому может применяться на любых видах грунтов. Экономически неоправданно использование плитного фундамента на местности с большим уклоном. Устройство плитного фундамента является затратным, так как подразумевает значительный объем земляных работ и использования большого количества строительных материалов.
Работы по устройству плиты включает в себя несколько этапов:
- Выборка слоя почвы и подготовки котлована.
- Площадь котлована утрамбовывают. Затем кладется песчаная или гравийно-песчаная подушка. Она служит для гашения вибраций, отведения грунтовых вод, противодействует пучению.
- Прокладывают геотекстиль для армирования и противодействию заиливания подушки. В зависимости от толщины подушки геотекстиль можно прокладывать между слоями, для улучшения армировки.
- Для выравнивания основы проводят бетонную подготовку жидким раствором. Таким образом выравнивается горизонтальный уровень, что необходимо для правильной установки железобетонного каркаса и улучшается гидроизоляция.
- Гидроизоляция. Гидроизоляционные материалы предотвращают капиллярный подсос влаги
- Железобетонный армирующий каркас. Представляет собой взаимосвязанную конструкцию из арматуры. Каркас предотвращает растрескивание бетона и обеспечивает высокую стойкость к деформациям.
- Бетонный массив. Толщина его зависит от расчетных характеристик здания.
Дополнительно, в зависимости от характера грунтов может монтироваться дренажная система и выполняться утепление для противодействия промерзанию почвы.
Монолитный плитный фундамент требует минимального ухода, однако регулярные осмотры обязательны для оперативного выявления и устранения проблем. В сравнении со свайными или ленточными фундаментами, плитный фундамент наиболее устойчив к динамическим нагрузкам и экономичен в эксплуатации.
4. Особенности армирования различных типов фундаментов
Армирование подбирается исходя из требований расчета конструкции фундамента с учетом нагрузок и грунтовых условий
- Ленточные фундаменты армируются продольно (арматура Ø14–20 мм) с поперечными хомутами каждые 200–300 мм.
- Столбчатые фундаменты армируются вертикально (арматура Ø12–16 мм), связанной горизонтальными хомутами через 200–300 мм.
- Плитные фундаменты армируются двойным слоем сетки (арматура Ø12–16 мм), шагом 200–300 мм.
- Свайные фундаменты имеют продольное армирование свай стержнями Ø14–18 мм, а также Ø20-25 с хомутами через каждые 150–250 мм.
5. Гидроизоляция фундаментов промышленных сооружений
Гидроизоляция защищает фундамент от воды, химических веществ и увеличивает срок эксплуатации здания. Среди материалов выделяют:
- рулонные (битумные и полимерные мембраны);
- обмазочные (мастики, жидкая резина);
- проникающие гидроизоляции (цементные смеси с полимерными добавками).
Выбор зависит от агрессивности среды, уровня грунтовых вод и конструктивных решений.
6. Влияние теплоизоляции на фундамент
Теплоизоляция является важным фактором, влияющим на эксплуатацию промышленных зданий и долговечность фундаментов. Эффективная теплоизоляция:
- Предотвращает промерзание грунта и снижает риск морозного пучения.
- Сокращает теплопотери здания и затраты на отопление.
- Позволяет уменьшить глубину заложения фундамента за счёт стабилизации температурного режима грунта под основанием.
Материалы теплоизоляции подбираются с учётом устойчивости к влаге, прочности на сжатие и долговечности. Наибольшее распространение получили 6. Влияние теплоизоляции на фундамент
Теплоизоляция является важным фактором, влияющим на эксплуатацию промышленных зданий и долговечность фундаментов. Эффективная теплоизоляция:
- Предотвращает промерзание грунта и снижает риск морозного пучения.
- Сокращает теплопотери здания и затраты на отопление.
- Позволяет уменьшить глубину заложения фундамента за счёт стабилизации температурного режима грунта под основанием.
Материалы теплоизоляции подбираются с учётом устойчивости к влаге, прочности на сжатие и долговечности. Наибольшее распространение получили экструзионный пенополистирол, жёсткие плиты из минеральной ваты и вспененное стекло.
7. Мониторинг состояния фундаментов в эксплуатации
Регулярный мониторинг состояния фундамента предотвращает развитие дефектов и дорогой ремонт. Контроль включает геодезические измерения осадок, осмотр гидроизоляции, арматуры и состояния бетона. Рекомендуемая периодичность мониторинга — раз в полгода.
При выявлении дефектов фундамента, таких как трещины или просадки, проводят оперативное восстановление. Мелкие трещины устраняют инъекцией эпоксидных или полиуретановых составов. При серьёзных повреждениях фундамент укрепляют дополнительными железобетонными конструкциями, установкой дополнительных свай или усилением грунта.
Нормативная база:
📘 Общие нормы по основаниям и фундаментам:
- СП 22.13330.2016 – Основания зданий и сооружений
- СП 50-101-2004 – Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений
- СП 45.13330.2017 – Земляные сооружения, основания и фундаменты
- СНиП 2.02.01-83 – Основания зданий и сооружений
🪨 Исследование грунтов и классификация:
- ГОСТ 24846-2012 – Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений https://docs.cntd.ru/document/1200096134
📐 Нагрузки и расчёты:
🏗 Железобетонные конструкции:
🏗 Свайные фундаменты:
- СП 50-102-2003 – Проектирование и устройство свайных фундаментов https://docs.cntd.ru/document/1200032044
🏗 Сборные и плитные элементы фундаментов:
- ГОСТ 13580-85 – Плиты железобетонные ленточных фундаментов. Технические условия https://docs.cntd.ru/document/901705136
- ГОСТ 24022-80 – Фундаменты железобетонные сборные под колонны https://docs.cntd.ru/document/1200000087
- ГОСТ 28737-2016 – Балки фундаментные железобетонные для стен зданий https://docs.cntd.ru/document/1200141711
🌧 Защита от влаги и коррозии:
- СП 28.13330.2017 – Защита строительных конструкций от коррозии https://docs.cntd.ru/document/456069587
