Надежное основание дома — основа надежной жизни

Екатерина Усачева (Старший специалист группы компаний «ИНФАРС».)

Как известно, строительство — дело не из легких. Возведение фундамента под любое строение является, пожалуй, самой ответственной задачей в процессе строительства. Ошибки, допущенные на этом этапе, могут привести к непредсказуемым последствиям, вплоть до разрушения несущих конструкций. Фундамент является основной опорной конструкцией всего дома. Его главная задача — выдерживать вес всей постройки. Он не должен допускать оседания, перекашивания, возникновения трещин и других нежелательных последствий.

В последние годы жилищное строительство стало составной частью национального проекта «Доступное жилье». С ростом населения мегаполисов единственный выход обеспечить горожан жильем и офисами — это высотное строительство. Активное строительство высотных зданий связано и с недостатком площадей в пределах города, особенно в его центральной части, и с дороговизной земельных участков. В результате в больших городах с каждым годом появляется все больше небоскребов, несмотря на сложности с их возведением, связанные с отсутствием строительных нормативов (ведь нормативные документы регулируют строительство общественных и жилых зданий лишь до 16 и 25 этажей соответственно).

Строительство высотных зданий имеет ряд несвойственных обычному строительству особенностей, в том числе касающихся фундамента. Под высотные здания, как правило, возводят фундаменты на свайном основании. В отличие от высоток, для малоэтажного строительства, коттеджей и дачных домов в основном проектируют фундаменты на естественном основании  — ленточные или столбчатые. Если предполагается строительство небольшого домика, то все необходимые расчеты и обследования можно выполнить самостоятельно, однако сооружение двух- или трехэтажного, а тем более высотного здания предполагает строгий инженерный расчет, который могут выполнить только специалисты.

В настоящее время существует ряд программ, применение которых значительно повышает точность расчетов и сокращает сроки проектирования. Однако еще далеко не все проектировщики выбрали достойный инструмент для облегчения своей работы с одновременным повышением ее точности и качества. В настоящей статье мы хотим предоставить им максимум информации о предлагаемом сегодня программном обеспечении, поэтому выбрали форму изложения, близкую к руководству для пользователя. Речь пойдет об одном из наиболее интересных программных комплексов — ФОК. Мы подробно осветим основные, наиболее показательные режимы функционирования этой программы.

• ФОК-ПК — это информационно увязанная последовательность решения задач, возникающих при проектировании фундаментов. Пакет состоит из следующих программ:
• ФОК-ПК (версия 2006 г.) — проектирование и подбор из базы фундаментов под колонны каркасных зданий на естественном, свайном забивном и свайном буронабивном основании;
• ФОК-ПК Ленточные фундаменты (версия 2006 г.) — проектирование (проверка) ленточных фундаментов на естественном и свайном основании под стены бескаркасных зданий;
• ФОК-ПК Парус (версия 2006 г.) — проектирование гравитационных подпорных стен и подпорных стен из буронабивных свай и шпунтов другой конструкции.

Возможности программ настолько обширны, что осветить все их в рамках одной статьи невозможно, поэтому мы рассмотрим только программу ФОК-ПК 2006. Несмотря на то что эта программа разработана в Киеве, она с большим успехом используется и в России и имеет огромное количество пользователей.

Достоинством данного ПО является возможность проектирования по Сводам правил (Россия): СП 50-101-2004. «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений»; СП 52-101-2003. «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры»; СП 50-102-2003. «Проектирование и устройство свайных фундаментов».

Для эффективной работы с программой необходимо предварительно подготовить ряд проектных материалов, к которым относятся:

• описание конструкции здания и его подземной части:

- план и разрезы здания,

- планы и разрезы подземной части здания,

- монтажный план колонн с указанием их сечений, мест установки, привязок к осям, размеров подколонников и отметок их верха,

- план раскладки фундаментных балок с указанием нагрузки от стен,

- требования к деформативности фундаментов;

• нагрузки от каркаса:

- нагрузки от каркаса на каждую колонну здания, включая места температурных швов, торцевые и фахверковые колонны,

- дополнительные нагрузки на фундаменты, нагрузки на полу цеха, подвалов, примыкающих территорий;

- материалы инженерно-геологических изысканий на площадке строительства;

- варианты отметок подошв фундаментов, длин и сечений свай, способов их устройств и т.п. для проведения технико-экономического анализа, предшествующего принятию технического решения по устройству фундаментов.

Работу начинаем с создания плана фундаментов. Ввод информации выполняется очень просто, так как осуществляется в графическом режиме (рис. 1).

В ходе создания плана фундаментов мы задаем: количество горизонтальных и вертикальных осей. При этом можно выбрать маркировку осей автоматическую или ручную, шаг каждого пролета по горизонтали и по вертикали. Если шаг осей одинаковый, достаточно ввести его для первого пролета; обязательным для задания является относительная разность осадок .

Рис. 1

Далее размещаем на плане фундаменты. Задаем марку первого фундамента, место его расположения, привязки к осям и тип фундамента: на естественном основании (Ф) или свайный (ФС). Следующие фундаменты на плане можно задавать, используя команды на панели задач, к которым относятся: дублирование и корректировка фундаментов. Дублировать можно также все фундаменты, расположенные на какой-либо оси , в том числе и с зеркальным их отображением.

По результатам ввода информации о плане и размещении фундаментов на нем можно сформировать текстовый файл исходных данных плана . При нажатии этой кнопки формируется файл с расширением *.dat, имеющий в названии символы _pln., который помещается в рабочий каталог C:\FOKDAT.

Переходим к созданию комплекса фундаментов. Комплекс — это группа фундаментов, выбранная пользователем в качестве замкнутого множества для проектирования (комплекс фундаментов под здание, под температурный блок или фундаменты в заданных осях). Комплекс может содержать от 1 до 99 фундаментов.

Существуют специфические правила формирования имени файла при сохранении комплекса.

К информации о комплексе фундаментов относятся сейсмичность района строительства от 7 до 9 баллов, нормы проектирования по СНиП и СП и способ армирования сварными сетками или отдельными стержнями. Далее переходим к созданию конкретного фундамента (рис. 2).

Рис. 2

В общих сведениях задаем марку фундамента, указываем количество фундаментов данной марки и тип основания. Программа позволяет проектировать фундаменты на естественном, свайном забивном и свайном буронабивном основаниях. Фундамент на естественном основании может быть монолитным или сборным по серии 1.412.1-6. Свайный куст и ростверк проектируются симметричными. В свайном кусте допускается три способа расстановки свай: рядовой, шахматный с полным первым рядом и шахматный с неполным первым рядом. Имеется возможность при задании исходных данных ограничить способ расстановки либо рядовым, либо шахматным. Защемление сваи в ростверк жесткое.

Далее задаем материалы фундамента, их характеристики и стоимость.

По геологическим разрезам заполняем данные о грунтах и отметках.

Переходим к проектированию подколонника и колонны. Подколонники фундаментов могут нести от одной до четырех колонн, различающихся по материалу и конструктивному решению. Такой подход позволяет проектировать фундаменты под разноэтажные участки зданий, в местах примыкания смежных участков сблокированных цехов и т.п. Армирование подколонника производится либо плоскими сетками (I тип армирования), либо пространственным каркасом, изготавливаемым из плоских сеток (II тип армирования). Минимальные проценты армирования и принципиальные схемы конструирования арматуры приняты по СП 52-101-2003 и СНИП 2.03.01-84. При металлических колоннах бетонный подколонник выполняется неармированным.

Пункт Задание нагрузок состоит из нескольких таблиц, а именно:

• комбинации основных сочетаний нагрузок от колонн (I группа предельных состояний). Нагрузки задаются с коэффициентом Yf > 1 в уровне верха подколонника;
• комбинации особых сочетаний нагрузок от колонн (I группа предельных состояний). При отсутствии сейсмики табл. 4.2 не задается;
• комбинации нагрузок от колонн для расчета по деформациям (II группа предельных состояний). Нагрузки задаются с коэффициентом Yf = 1 в уровне верха подколонника. Если табл. 4.3 не задана, расчет основания по деформациям будет производиться по нагрузкам из табл. 4.1 с учетом переходного коэффициента К = 0,833;
• дополнительные нагрузки, действующие на фундамент. Кроме комбинации нагрузок от колонн, на фундамент могут быть заданы дополнительные постоянные и временные вертикальные и горизонтальные силы, приложенные в произвольных точках и на любых отметках;
• сейсмические воздействия от дополнительных нагрузок, действующих на фундамент;
• нагрузки на грунт.

В процессе задания исходных данных можно вызвать эскиз, где наглядно отображаются геометрические параметры нашего подколонника, тип и расположение колонны и отметки (рис.  3).

Рис. 3

Есть возможность задания в исходных данных ограничений (осадка, крен, ширина раскрытия трещин и др.) и влияющих фундаментов.

Если есть подвал, информацию о нем тоже вносим в исходные данные, отмечаем те квадранты подошвы фундамента, которые попадают в зону подвала (рис. 4).

Рис. 4

Если проектируемый фундамент на свайном основании, то все данные о сваях задаются в табл. 9.1-9.4. При заполнении табл.  9.1 значения в графах 1 и 2 для сваи-стойки вычисляются вручную по СНиП 2.02.03-85 или по СП 50-102-2003 и записываются. Расчетные сейсмические нагрузки, допускаемые на сваю, могут задаваться по результатам полевых испытаний или по методике, описанной в п.п. 11.3-11.5 СНиП 2.02.03-85, или по п.п.12.3-12.5 СП 50-102-2003. Для определения программой допускаемых нагрузок по СНиП либо СП необходимо задать их равными 0.0.

Для наиболее эффективной работы с комплексом фундаментов можно ввести один-два первых фундамента, затем переименовать комплекс и открыть его под новым именем с помощью команды Корректировка фундамента или Ввод по аналогу и внести все необходимые изменения.

После создания комплекса фундаментов в целом и ввода всей необходимой информации о фундаментах переходим к расчету и проектированию каждого фундамента из комплекса (рис. 5).

Рис. 5

Рис. 6

Выбираем наш комплекс и марку фундамента, который хотим запроектировать. Если нужно запроектировать все фундаменты данного комплекса, выбираем позицию Выделить все марки.

Рис. 7

Далее заходим в Просмотр результатов проектирования и выбираем наш комплекс и марку фундамента. Мы видим схематичное изображение нашего фундамента (рис. 6). Получить результаты расчета в текстовом формате можно, нажав кнопку Результаты (рис. 7).

Рис. 8

Программа ФОК-ПК позволяет в автоматизированном режиме производить увязку осадок с учетом взаимного влияния соседних фундаментов и реального расположения нагрузок на грунте.

При обнаружении нарушений ограничений по деформациям в режиме диалога производится их устранение по каждому месту, где необходимо увязать осадки. При этом в протоколе распечатывается информация о нарушениях ограничений. Реализовано два способа устранения нарушений ограничений на взаимную разность осадок:

корректируются исходные данные путем введения ограничения на осадку, производится перерасчет типоразмера с последующей корректировкой поля осадок;

корректируются исходные данные с целью образования нового типоразмера по осадке в данной точке плана.

Программа также дает пользователю возможность провести в автоматизированном режиме унификацию фундаментов.

В результате проектирования, а также проведенной увязки осадок программа формирует комплект типоразмеров фундаментов. Унификация фундаментов заключается в уменьшении числа типоразмеров фундаментов до требуемого пользователю количества. Она может проводиться в трех режимах:

• автоматический — унификация ведется программно по критерию минимума сметной стоимости. При этом не задается исключаемый фундамент;
• «ручной» — пользователь сам указывает марку фундамента, которую необходимо исключить из списка фундаментов. В этом случае программа заменяет данную марку другой, наиболее экономичной маркой фундамента из списка имеющихся типоразмеров;
• смешанный — попеременное использование автоматического и «ручного» режимов.

В результате каждого шага унификации в окне унификации показывается таблица соответствия марок фундаментов исходных и после унификации, а также график увеличения сметной стоимости комплекса по всем шагам унификации.

При большом числе фундаментов в комплексе для армирования может оказаться задействованным практически весь сортамент диаметров арматуры. Пользователю доступна также унификация диаметров, что дает возможность остановиться на приемлемой номенклатуре (рис. 8).

Рис. 9

Заключительным этапом проектирования фундаментов является формирование чертежей. Подготовка чертежей — это создание файлов типа DXF. Каждый из этих файлов-рисунков при необходимости может быть отредактирован средствами AutoCAD, дополнен и выведен на печать. Подготовка чертежей производится по выбранным фундаментам комплекса. Перед началом подготовки чертежей все выбранные фундаменты должны быть запроектированы.

Пользователю предоставляется возможность установить графические параметры чертежа (толщина основной линии, наклон шрифта, высота шрифта, язык чертежа и  т.д.) и предлагаются шрифты, используемые программой для выполнения чертежей (рис. 9).

В следующих публикациях мы продолжим разговор о специализированном ПО для проектирования фундаментов.

Существует множество видов фундаментов. Они отличаются друг от друга технологией закладки и областью применения. Но основное требование к любому фундаменту  — это прочность и надежность, ведь именно от фундамента в конечном счете зависит безопасность людей!

САПР и графика 6`2008