Строительство зала. Фундамент под строительство стального, кирпичного и деревянного зала

Строительство склада или производственного цеха - очень сложный вопрос, несмотря на то, что эти объекты обычно характеризуются простой структурой и «чистой» статической схемой. Что нужно учитывать при планировании строительства холла?

Конструкция холла - что нужно включить в дизайн?
При проектировании производственных цехов необходимо учитывать многие факторы, напрямую связанные с площадью, на которой будет построен цех, а также со структурой надземной части, в том числе:
- состояние почвы и воды,
- горнодобывающая промышленность, паразитизм или сейсмические условия,
- статическая схема зала,
- материал, из которого будет возведен объект,
- требования к допустимой неравномерности осадки,
- обеспечение правильной восприимчивости системы фундамента,
- взаимное взаимодействие проектируемых фундаментов с существующими (в случае расширения или дополнения объекта),
- влияние конструкции пола и фундамента, а также нагрузки пола.
Промышленные залы представляют собой одно- или многопролетные сооружения, цель которых - добиться максимально возможных пролетов нефов. Несущая конструкция залов состоит из рам, шаг которых меньше, чем между проходами, и обычно составляет 6 м, а часто и больше. В этом случае расстояние между столбами по коридору значительно, а по длине в несколько раз меньше. Таким образом, рационально устанавливать колонны зала на фундаменте или на продольных опорах.

В зависимости от почвенно-водных условий и нагрузок строящегося зала его можно возводить прямо или косвенно. В обоих случаях фундаменты обычно проектируются как опоры, которые в случае непрямого фундамента действуют как заглушки. Если несущая способность грунта недостаточна, или если он слишком гибкий или может вызвать неравномерное проседание, его можно усилить через:
- местная замена слабонесущего грунта на «более прочный» с проектными и контролируемыми параметрами (фундамент из фракционированного заполнителя с заданными уплотнением и жесткостью или стабилизированный грунт с определенной прочностью на сжатие, характеризуемый значением параметра Rc),
- выполнение гравийных или каменных колонн методом динамического обмена,
- импульсное уплотнение или тяжелое уплотнение,
- использование бетонных вытесняющих колонн, уплотняющих родную основу,
- использование колонок DSM (Deep Soil Mixing), сделанных непосредственно в почве путем смешивания ее в сухом или влажном состоянии со связующим веществом,
- укрепление недр геосинтетическими материалами - георешетками и георешетками, использование геотекстиля и геоячеек для строительства геоматериалов,
- выполнение вертикальных водостоков, ускоряющих уплотнение недр.

Строительство зала - способ фундамента
Альтернативой укреплению грунта является создание непрямого фундамента на сваях, микросваях, бетонных и цементно-грунтовых колоннах, бареттах, системах диафрагмальных стен или с использованием стальных шпунтовых свай. Характерной особенностью упомянутых конструкций (в отличие от рассмотренных выше способов повышения прочности подложки) является отсутствие упрочнения подложки в непосредственной близости от элементов, выполненных в земле. Бурение и бетонирование свай, микросвай или баретта не увеличивает механические параметры грунта, поэтому они не укрепляют грунт. Они используются для передачи нагрузок от конструкции (без чрезмерной осадки) на более глубокие грунты.

По технологии изготовления свай и микросвай различают:
1. буронабивные сваи:
- в обсадной трубе,
- изготавливаются с использованием шнека непрерывного действия, установленного на трубчатом сердечнике,
2. буронабивные сваи: FDP, SDP и другие,
3. ввинчивающиеся сваи: De Vaal (бетон и железобетон), вертолетный пирс Chance (сталь),
4. забивные сваи: стальные, сборные железобетонные, ранее также деревянные,
5. инъекционные сваи / колонны, выполненные по технологии струйной цементации,
6. самонарезающие микросваи: Titan, DSI и другие.

Строительство холла - технология
При выборе способа фундамента и технологии его выполнения необходимо учитывать следующие факторы:
- мощность и глубина слабонесущих или сильно неоднородных грунтов,
- состояние и тип почвы и ее гранулометрический состав,
- возможность возникновения не инвентаризованных подземных препятствий,
- уровень грунтовых вод и его агрессивность по отношению к бетону и железобетону,
- допустимость проведения земляных работ с безопорными и неподдерживаемыми стенами,
- возможность осушения котлована,
- воздействие вибраций, возникающих при проведении работ на объекты и существующую инфраструктуру (ограничение применения динамических методов и технологии свай),
- вероятность «приближения» к разрабатываемому объекту (взаимное расположение существующего и планируемого фундаментов),
- чувствительность надстройки к неравномерной просадке.

Строительство зала - фундаменты
Для промышленных цехов наиболее распространенным способом является использование фундаментов, размещаемых непосредственно на естественном или усиленном грунте. Промежуточный фундамент при неблагоприятных грунтовых и водных условиях обычно выполняется на сваях, увенчанных железобетонным цоколем, конструкция которого аналогична основанию фундамента. Последние, а также свайные насадки могут быть соединены между собой системой кольцевых грунтовых балок (сборных или монолитных), а в случае непрерывного деформирования местности в районе добычи - также поперечными и диагональными связями.
В холлах с кирпичными внешними стенами, служащими противопожарными перегородками, скамейки предназначены для поддержки массивных стен. Это позволяет ограничить нагрузку на опоры или верхние части со значительными вертикальными силами, возникающими из-за веса стен, и, таким образом, уменьшает продольное усиление фундаментных балок. При строительстве промышленных цехов, фундаменты из плит встречаются редко. Обычно их делают в очень небольших зданиях, где по экономическим причинам одновременно заливают фундамент и слой перекрытия на одном этапе бетонирования, а также на складах с автоматическими системами высокого складирования.

В объектах этого типа критерием, определяющим способ фундамента и перекрытия, является минимизация неравномерной осадки и деформации в процессе эксплуатации. Строгие условия допустимых смещений вынуждают фундамент этих объектов опираться на относительно толстые фундаментные плиты, обычно на дополнительно армированное (усиленное) грунтовое основание. При проектировании плит такого типа особое внимание следует уделять риску возможности посадки в связных и мелких несвязных почвах. В таких условиях следует поддерживать минимальную глубину фундамента из-за промерзания основания или использовать морозостойкие слои, например, из грунта, стабилизированного цементом.

Фундамент на решетку выполняется очень редко. Они предназначены только для небольших объектов с небольшими нагрузками, когда грунт содержит грунты неоднородной жесткости. Запланированная решетка со значительной жесткостью на изгиб компенсирует оседание конструкции и смягчит ее влияние на надстройку конструкции. Для залов с железобетонными колоннами базовой статической системой является одно- или многопролетная рама с колоннами, закрепленными в фундаменте, и шарнирно-сочлененный ригель в виде свободно опертой или неразрезной балки (в случае многопролетных залов). Такая статическая система позволяет проектировать как монолитные колонны, так и сборные колонны, а также опорные колонны в случае прямого фундамента на армированной основе. Колонна консольной конструкции вызывает нагрузку на фундамент с помощью вертикальной силы и значительного изгибающего момента. Действие осевой силы на большой эксцентриситет заставляет расширять фундамент в направлении изгибающего момента, чтобы результирующая вертикальная сила оставалась в сердечнике поперечного сечения (обычно для цехов с мостовыми кранами или значительными горизонтальными нагрузками) или чтобы размер зазора под фундаментом не превышал допустимого значения. Использование сборных опор не допускается в случае непрямого фундамента на сваях или колоннах из-за невозможности закрепления продольной арматуры свай в цоколе. При использовании железобетонных колонн существует два варианта соединения колонны - с помощью заглушек и труб или с использованием наборов болтов для оснований колонн.

Строительство зала из стальных конструкций
В случае проектирования залов из стальных конструкций, есть больше возможностей для формирования статической системы. Помимо статических схем, как для сборных железобетонных залов, существует возможность проектирования одно- и многопролетных каркасов с фрамугами, жестко связанными с колоннами, а также использование шарнирных соединений в соединениях колонн с фундаментами, что из-за отсутствия изгибающего момента значительно снижает их размеры. Однако есть определенные пределы свободы в формировании статичного рисунка зала. Для объектов с мостовыми кранами из-за ограничения смещения углов рамы лучше всего использовать каркасы жесткости (многократно статически неопределимые) с колоннами, закрепленными в фундаменте, и фрамугами, жестко связанными с колоннами. Для залов, подверженных неравномерной осадке или расположенных в зонах, подверженных горным работам в виде непрерывной деформации, рекомендуется использовать статически определяемые системы. Следовательно, получается жесткая рамная система, которая очень чувствительна к неравномерным оседаниям, приводящим к эксцентрической нагрузке на фундамент, и статически определенная рама с вертикальной силой, действующей на очень большой эксцентриситет на фундаменте.

В случае залов из стальных конструкций разработка инструментов для статических расчетов и определения размеров поперечного сечения позволила учесть при проектировании очень сложные рабочие состояния конструкции, включая образование пластиковых шарниров, жесткость стыковых соединений рамы, а также эффекты второго порядка. Однако очень часто такой подробный анализ наземной конструкции не идет рука об руку с взаимодействием между зданием и грунтом, что может привести к очень значительной ошибке в расчетах. Гибкость опоры не менее важна для статики конструкции, чем надземная конструкция.
Поэтому важно внедрить проектную практику создания расчетных моделей конструкций залов с учетом работы фундаментов, например, в объектах общественного пользования- стадионах или спортивно-развлекательных залах, а также в высотных инженерных сооружениях.

Строительство кирпичного зала
В настоящее время кирпичные залы возводят редко, фактически только в случае небольших зданий или построек с необходимой высокой огнестойкостью наружных стен. Этот тип конструкции обычно состоит из каменных несущих стен на опорах, в которых обычно скрыты железобетонные стержни, размещенные на уширениях опор, которые должны воспринимать горизонтальные нагрузки, действующие на объект, например, от давления ветра или всасывания. Крыша обычно представляет собой стальную конструкцию, шарнирно сочлененную на кольцевых балках, соединяющих стены со скрытыми в них железобетонными стержнями. Из-за того, что стены выполнены из хрупкого материала, например керамического пустотелого кирпича, эти предметы чувствительны к неравномерной просадке и даже при незначительных движениях на стенах появляются значительные царапины.

Строительство деревянного зала
Деревянные залы строят очень редко. Инвесторы и дизайнеры обычно выбирают этот вид материала в двух случаях:
1. когда архитектурные причины говорят за это,
2. когда окружающая среда чрезвычайно агрессивна по отношению к стали, например, в плавательных бассейнах, вольерах для животных, хранилищах соли.
Деревянные залы проектируются как каркасные решетчатые системы (колонны и двустенные балки - аналог традиционных решетчатых стальных залов) или арочные конструкции, шарнирно сочлененные на фундаменте, часто также с дополнительным шарниром в арматуре (трехшарнирные арки). Фундаменты для решетчатых каркасов такие же, как и для стальных залов, а для арок более сложные из-за специфики их нагрузки. В этом случае действует в основном горизонтальная сила, возникающая от распорки арки, а соответствующая вертикальная сила обычно намного меньше и не играет значительной роли при определении размеров фундамента. Дополнительным вопросом является оценка горизонтальной жесткости фундамента, гибкость которого во многом определяет значения внутренних сил в самой арке и деформации. При анализе такой необычной задачи полезно пространственное моделирование грунта с фундаментом, чтобы оценить восприимчивость их расположения, которая затем используется в качестве жесткости опор при анализе конструкции арки. Назначение зала также имеет значение при проектировании фундамента объекта.

Строительство производственно-складского цеха
Основное отличие конструкции производственных и складских помещений - это способ нагружения пола (а значит, и фундамента, его фундаментные слои), а также его влияние на напряженное состояние грунта. В производственных цехах основные машины обычно размещаются в центральных частях проходов, независимо от фундамента, на расстояниях, где нет или есть небольшое перекрытие зон воздействия нагрузки на грунт. Пространства между основными машинами и продольными стенами цеха обычно представляют собой транспортные пути или менее загруженные складские площадки для деталей машин и продукции. В складских помещениях складские поля чаще всего располагаются у стен. При их проектировании в таком случае необходимо учитывать эту дополнительную вертикальную нагрузку и результирующее действие следующего изгибающего момента, возникающего из-за несимметричности нагрузки на фундамент. В проектировании существуют перекрытия с нагрузкой 100 кН / м, которые с большими стальными опорами холла с легкой крышей и облицовкой стен могут представлять собой значительную нагрузку на них.