Содержание

Виды и конструкция фундаментов мелкого заложения

При планировании постройки здания первым вопросом выступает вид фундамента, который будет надежной опорой, предотвращающей влияние грунтовых вод и мороза. Для правильного конструирования фундамента ознакомимся с основными видами и правилами установки фундаментов мелкого заложения.

Оглавление:

  1. Устройство фундаментов мелкого заложения
  2. Виды фундаментов мелкого заложения
  3. Понятие и основы конструирования фундаментов мелкого заложения ленточного типа
  4. Особенности в  конструкции фундаментов мелкого заложения птитного типа
  5. Установка столбчатого фундамента мелкого заложения

Устройство фундаментов мелкого заложения

Отличительной чертой фундаментов мелкого заложения является глубина закладки, которая составляет от  40 до 90 см. Это позволяет сэкономить как трудовые, так и строительные ресурсы.

Такие фундаменты не требуют большого количества бетона для заливки и толстого слоя щебенки для засыпки. Затраты на возведение фундамента мелкого заложения уменьшаются в два-три раза.

Фундаменты мелкого заложения состоят из:

  • Обреза – верхней части, которая принимает нагрузку.
  • Подошвы – нижней части, которая передает нагрузку.
  • Боковых сторон – вертикальных частей фундамента, образующих фундаментную стену.

Фундамент мелкого заложения применяется в таких случаях:

  • При постройке деревянных домов.
  • При постройке домов из легких материалов.
  • Для небольшой кирпичной постройки.
  • В малоэтажном строительстве.
  • Для небольшого подвала.
  • При низком прохождение грунтовых вод, которое не приводит к вспучиванию.

Виды фундаментов мелкого заложения

Выделяют ленточные, столбчатые и плитные фундаменты мелкого заложения, которые в свою очередь разделяются технологией конструирования, и материалами, используемыми для строительства.

Классификация фундаментов мелкого заложения по технологии конструирования:

  • Монолитные – арматура устанавливается только на плитной части фундамента.
  • Возводимые или колонные.
  • Сборные – с использованием железобетонных подушек и бетонных блоков.
  • Комбинированные или сборно-монолитные.

Типы фундаментов мелкого заложения по материалам:

  • Фундаменты сделанные из дерева.
  • Каменные фундаменты.
  • Бетонные фундаменты.
  • Железобетонные фундаменты.

Понятие и основы конструирования фундаментов мелкого заложения ленточного типа

Для ленточного фундамента, наиболее подходящим типом грунта, является материковый грунт, возникший путем естественной трамбовки. Применяют такой фундамент при сооружении здания, состоящего из кирпича, самана или небольших бетонных блоков.

Основным достоинством ленточного фундамента мелкого заложения является простота конструирования.

Согласно материалу выделяют ленточные фундаменты из:

  • Кирпича.
  • Бетона.
  • Бутобетона.
  • Бутовые.

Для сооружения бутового фундамента применяют бутовые камни, которые укладывают с помощью цементного раствора. Такие фундаменты самые трудоемкие и имеют наибольший вес. Обычная высота бутового фундамента составляет 55-65 см. Сфера использования – небольшие дачные дома или бытовки.

Для бутобетонного ленточного фундамента используют известково-цементный или цементный раствор, которым заливают основание из щебня, гравия, битого кирпича или бутовых камней.

Этапы работы над фундаментом ленточного типа:

  • Подготовка площадки под фундамент. Разравнивается и очищается от растительности поверхность.
  • Разметка площадки. Размечаем как внешние, так и внутренние углы.
  • Рытье котлована и разравнивание дна фундамента. Глубина котлована от 30 до 120 см. При необходимости, установка крепления на боковые стенки фундамента. Крепление бывает:
    • Закладное – стены фундамента укрепляются вертикальными стойками из балок и деревянными досками. Применение: обустройство котлована с наклонными стенами.
    • Шпунтовое – выполняется из шпунтовых связок: деревянных, металлических, железобетонных. Применение: расположение грунтовых вод выше дна котлована.
  • Засыпка дна котлована – сооружение подушки. Основная функция – разравнивание дна котлована. Для определения типа подушки рекомендуется сдать анализ почвы, для определения количества грунтовых вод.
  • Если грунт глинистый используется песчаная подушка. При сооружении фундамента на песчаном грунте заливают слой бетона толщиной около 100-150 мм. После засыпки данный слой уплотняется с помощью специального оборудования.
  • Установка деревянной опалубки под заливку фундамента. Для улучшения застывания бетона возможно укладывание гидроизоляционной  пленки или проведение гидроизоляции с помощью смолы.
  • Для армирования фундамента используется арматура с сечением 1,2 см. Арматурные пруты укладывают от одного угла к другому. Стыки арматуры соединяют хомутами. При дополнительном армировании углов, с помощью стержней, увеличивается дополнительная прочность фундамента.
  • Если фундамент кирпичный или бутовый укладывается слой засыпки.
  • Следующий этап – заливка опалубки. Используйте высококачественный бетон больше 200 марки. Заливать фундамент следует в несколько подходов по 15-20 см для лучшего застывания.

Совет: обязательно перед заливкой смочите опалубку водой, чтобы влага из бетона не впитывалась в опалубку.

Особенности в  конструкции фундаментов мелкого заложения птитного типа

Над насыпанным слоем песка или щебня, толщина которого составляет около 25 см, укладывают железобетонную плиту, которая является основанием фундамента плитного типа. Такой фундамент более прочный, надежный и долговечный, но и затраты на сооружение более существенны.

Достоинства фундаментов мелкого заложения плитного типа:

  • Минимальная затрата наемного труда и легкость в процессе установки. Необязательно иметь строительные навыки, чтобы соорудить такой фундамент. Главное все правильно рассчитать.
  • Высокие показатели надежности.
  • В процессе использования сооружения стены остаются целыми, так как плита надежно защищает здание от деформации.
  • Плиту, установленную в фундаменте, используют для пола нижнего этажа, что обеспечивает дополнительную экономию средств.
  • Плитный фундамент – самый оптимальный вариант для грунтов сложного типа. При установке такого фундамента не нужно проводить дополнительные земляные работы.

Инструкция по конструированию плиточного мелкозаложеного фундамента:

  • Подготовка основания. Разровняйте поверхность и сделайте разметку.
  • Снимите верхний слой грунта по всей площади фундамента. Когда доберетесь до более плотного грунта, разровняйте поверхность.
  • Если влажность грунта высокая – соорудите дренаж. Для этого выройте траншеи и установите пластиковые трубы. Сверху покройте геотекстилем.
  • Желательно утеплить фундамент пенопластом со всех сторон на 100-130 мм, для предотвращения промерзаний.
  • Следующий этап – установка подушки из песка или щебня. Тщательно утрамбуйте, поливая водой каждый отдельный слой. Толщина подушки 10-20 см.
  • Сверху подушки уложите пенополистирол для утепления.
  • Возможен вариант использования готовой железобетонной плиты. Тогда после установления подушки устанавливают такую плиту, которая в дальнейшем будет выступать и в качестве фундамента, и в качестве пола.
  • Если же плиту сооружают на месте, тогда делают опалубку. Для опалубки лучше всего подойдет брус. Ширина опалубки равна ширине фундамента. Закрепите опалубку и утеплите гидроизоляционной пленкой.
  • Для создания более прочной конструкции армировать лучше двумя слоями. Для первого слоя подойдет арматура 12-15 мм, а для второго – ячейки 20*20 см.
  • Заливаем основание – плиту. Делается заливка поэтапно, для более прочного высыхания бетона. Обязательно применяйте оборудование для устранения пузырьков воздуха в бетоне.

Совет: для предотвращения трещин при  быстром высыхании бетона поливайте плиту водой или накройте полиэтиленовой пленкой.

Установка столбчатого фундамента мелкого заложения

Такой тип фундамента отлично подходит для строительства бани, помещений хозяйственного назначения или небольшого сооружения. Иногда такой фундамент применяют при строительстве деревянных домов.

К преимуществам столбчатых мелкозаложеных фундаментов относятся:

  • Незначительное количество арматуры.
  • Короткие строки изготовления.
  • Минимальные земляные работы.
  • Устойчивость к пучению или к заморозке грунта.

Этапы работы над столбчатым фундаментом:

  • Для начала нужно спроектировать и рассчитать периметр фундамента. Лабораторно определите плотность грунта. Далее рассчитывается длина столба, исходя из глубины промерзания.
  • От массивности здания зависит толщина столбов, а также промежуток между ними. Если столбы монолитные, расстояние между ними примерно 150-200 см.
  • Далее сделайте разметку на грунте.
  • Выкопайте ямы по периметру фундамента, исходя из толщины столбов.
  • Следующий этап – засыпка. Желательно использовать слой щебня толщиной около 10 см. Хорошо утрамбуйте этот слой.
  • Армирование выполняется арматурой с сечением 100-120 мм. Сначала вырезают прутья, длиной 30-40 см. Затем делают решетку, связывая прутья хомутами.
  • Эти решетки укладывают на дно, засыпанное щебнем.

Совет: Положите под решетки несколько обломков кирпичей для обеспечения надежности бетонной массы при заливке.

  • Подушки заливают бетоном марки 250. Перед установкой опалубки под заливку столба должно пройти 7-10 дней.
  • Из обрезных досок делают опалубку. Получается длинный короб без дна.
  • Опалубку прикрепляют к заранее выведенной арматуре и начинают заливку. С помощью глубинного вибратора убирают пузырьки воздуха из бетонной массы. Используйте бетон такой же марки, как и при заливке подушки.
  • В завершении заливки установите металлический уголок.
  • Через неделю снимите опалубку, а спустя три недели сделайте обвязку.
  • Для предотвращения попадания снега, грязи или мусора под фундамент делают забирку.  Для изготовления используют кирпич или камень.
  • Чтобы обеспечить гидроизоляции на забирку укладывают битум, а затем рубероид.

Для долгосрочного функционирования фундамента необходимо помнить о таких правилах:

  • Правильные расчеты глубины фундамента – исключат проседание.
  • Нагрузка на опоры должна быть равномерной.
  • Используйте только высококачественные материалы. Ведь от прочности фундамента зависит долговечность строения.
  • Обязательно проведите оценку грунта в лаборатории.
  • Лучшее время для строительства фундамента лето или начало осени.
  • Монолитные конструкции сооружаются с обязательным вибрированием бетона.

 

 

Теплоизоляция фундамента мелкого заложения ПЕНОПЛЭКСом

При возведении малозаглубленных фундаментов (МЗФ) на пучинистых грунтах, широко распространенных на территории России, возникают определенные трудности. Процесс пучения грунта может привести к деформации здания, если оно построено на МЗФ. Вследствие чрезмерного расширения грунтовых вод в ходе их замерзания или образования ледяной линзы во влажном, восприимчивом к воздействию мороза грунте, возникают силы морозного пучения, которые выталкивают строительные конструкции. Однако, используя тепловые потоки, можно вывести границу промерзания грунта за пределы подошвы фундамента путем изменения толщины и ширины теплоизоляции. Соответствующие строительные технологии разработаны силами ООО «ПЕНОПЛЭКС СПб». Компания представляет готовые оптимальные решения, позволяющие обустраивать малозаглубленные фундаменты на пучинистых грунтах с сезонным промерзанием.

Теплоизоляция фундаментов мелкого заложения

Применение высококачественной теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС®ГЕО из экструзионного пенополистирола позволяет изолировать подошву фундамента от сил морозного пучения и назначать минимальную глубину заложения, независимо от расчетной глубины промерзания.

Проектирование малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах осуществляется в соответствии с СП 50-101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений».

Для эффективного использования плит ПЕНОПЛЭКС®ГЕО в рассматриваемой конструкции был создан СТО 36554501-012-2008 «Применение теплоизоляции из плит полистирольных вспененных экструзионных ПЕНОПЛЭКС при проектировании и устройстве малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах». Стандарт разработан специалистами НИИОСП им. Н.М. Герсеванова – филиал ФГУП «НИЦ «Строительство» с учетом опыта использования теплоизолированных фундаментов мелкого заложения в Америке и Европе, а также особенностей инженерно-геологических, гидрогеологических, климатических условий и опыта строительства малоэтажных зданий в России.

Преимущества ПЕНОПЛЭКС

® применительно к теплоизоляции фундаментов зданий
  • Коэффициент теплопроводности — 0,034 Вт/м•К Один из самых низких среди утеплителей, применяемых в строительстве
  • Высокая прочность Плиты ПЕНОПЛЭКС®ГЕО обладают прочностью на сжатие не менее 0,30 МПа (30 т/м2)
  • Нулевое водопоглощение Стабильно высокие теплозащитные свойства. Возможность хранения плит без защиты от атмосферных осадков
  • Удобство и безопасность монтажа Удобная геометрия плит, простота обработки и монтажа
  • Монтаж при любых погодных условиях
  • Г-образная кромка по всем сторонам плиты Позволяет плотно стыковать плиты без образования мостиков холода
  • Абсолютная биостойкость Безопасна при контакте с водой и почвой. Не является матрицей для развития нежелательных микроорганизмов
  • Безопасность Не содержит в составе мелкие волокна, пыль, фенолформальдегидные смолы, сажу, шлаки. Монтаж производится без средств для защиты органов дыхания
  • Экологичность Безопасное сырье, изготовление по передовым бесфреоновым технологиям.
  • Долговечность более 50 лет Протокол испытаний НИИСФ РААСН № 132-1 от 29.10.2001
Конструктивные решения теплоизолированных фундаментов мелкого заложения с использованием плит ПЕНОПЛЭКС®ГЕО

Фундамент отапливаемого здания:

  1. Стена здания
  2. Конструкция пола
  3. Отмостка
  4. ПЕНОПЛЭКС® ГЕО

Фундамент отапливаемого здания с техническим подпольем

  1. Стена здания
  2. Пол здания
  3. Защитный слой
  4. Парозащитный слой
  5. Отмостка
  6. Фундамент
  7. ПЕНОПЛЭКС® ГЕО
  8. Непучинистый грунт
Фундамент неотапливаемого здания:
  1. Стена здания
  2. Конструкция пола
  3. Отмостка
  4. Фундамент
  5. ПЕНОПЛЭКС® ГЕО

Фундамент периодически отапливаемого здания (например, дачи):

  1. Стена здания
  2. Конструкция пола
  3. Отмостка
  4. Фундамент
  5. ПЕНОПЛЭКС® ГЕО

Фундамент холодной пристройки (например, веранды):

  1. Стена существующего отапливаемого здания
  2. Стена пристройки
  3. Фундамент существующего здания
  4. Фундамент пристройки
  5. ПЕНОПЛЭКС® ГЕО
  6. Листовой материал (ОСП/фанера)

Фундамент отдельно стоящей опоры:

  1. Опора
  2. Водоупорный слой
  3. Фундамент
  4. ПЕНОПЛЭКС® ГЕО
  5. Песчано-гравийная смесь

Фундамент ленточной опоры:

  1. Стена
  2. Ленточный фундамент
  3. Отмостка
  4. ПЕНОПЛЭКС® ГЕО
  5. Песчано-гравийная смесь

Ленточный фундамент мелкозаглубленный (мелкого заложения) для дома

Мелкозаглубленный ленточный фундамент – разновидность ленточного фундамента. Это железобетонная конструкция, имеющая толщину, сравнимую с толщиной стен. Она заглубляется в грунт на величину, меньшую глубины промерзания. Такой вариант имеет небольшую цену, но может использоваться только на непучинистых или слабопучинистых грунтах. Для пучинистых и слабонесущих грунтов он применяется с осторожностью, так как давление, оказываемое на поверхность, очень велико, а в период промерзания такого типа грунта под лентой возникают локальные напряжения, которые приводят к изломам.

Как устроен мелкозаглубленный ленточный фундамент?

На первом этапе по контуру постройки выполняется траншея, как правило, около полуметра в глубину. По ее дну отсыпается подушка из песка и гравия. Затем сооружается опалубка вдоль стенок. Стенки, дно и опалубка гидроизолируются, обычно с использованием полиэтиленовой пленки или рубероида. Мероприятие позволит удержать цементное молочко в бетоне. При необходимости внутрь опалубки закладываются трубы для коммуникаций и вентилирования пространства внутри.

Так как конструкция имеет небольшую высоту, то армировать такой тип ленточного фундамента можно в два ряда. Каждый элемент арматуры должна быть закрыт не менее чем тремя сантиметрами бетона со всех сторон. Допускается заливка бетоном ручного замеса за счет того, что необходим небольшой объем, это также уменьшает цену строительства. Возможно использование фундаментных блоков, но тогда в обязательном порядке выполняется армирующий пояс по верху из красного кирпича или железобетона.

Достоинства и недостатки мелкозаглубленных ленточных фундаментов для дома

Устройство ленточного фундамента мелкого заложения имеет, безусловно, внушительное количество достоинств:

  • Небольшой объем строительных работ и, как следствие, невысокая цена.
  • Возможность применения бетона, замешанного ручным способом.
  • Несложное обустройство доступа в подпол.

Но такие весомые достоинства сопровождаются и ограничениями по применению технологии, так как ее:

  • Нельзя использовать на пучинистых и других слабонесущих грунтах.
  • Нежелательно останавливаться на выборе такой конструкции для зданий с тяжелыми стенами, в частности, с кирпичными.
  • Хотя и доступ к коммуникациям в подполе будет, полноценного подвала построить не получится.

Особенности строительства мелкозаглубленного ленточного фундамента

Подушки из песка – обязательный элемент конструкции. Они позволяют значительно снизить глубину промерзания грунта. Песок выполняет и еще одну функцию. Он обеспечивает процесс, при котором замерзающая жидкость равномерно перемещается относительно постройки.

Ленточный фундамент мелкого заглубления нельзя оставлять ненагруженным на холодный период. Если все же пришлось это сделать, то вокруг необходимо смонтировать временный слой с хорошими теплозащитными характеристиками. В качестве материалов для этого применяют опилки, шлаковую вату, керамзит. Это позволит противодействовать промерзанию. Снег – неплохой теплоизолятор, но полагаться только на него не стоит.

Тонкости устройства армированного ленточного мелкозаглубленного монолитного фундамента на сваях

Цена мелкозаглубленного ленточного фундамента для дома возрастает, если существует угроза неравномерной осадки. Такое может произойти, если грунты на участке неоднородные. В этом случае делают армированный вариант, который работает как единое целое, перераспределяя усилия. Это обеспечит отсутствие деформаций и трещин на стенах дома.

На грунтах с не очень хорошими прочностными качествами (заболоченных, грунтах-плывунах и т.д.), а также в случае наличия отклонения возводят мелкозаглубленный ленточный фундамент на сваях, расположенных ниже, чем глубина промерзания. Они защищают конструкцию от горизонтальных и вертикальных смещений.

Применение свай повышает несущую способность у ленточного фундамента мелкого заложения, в целом, продлевает срок эксплуатации строения. Диаметр свай определяется исходя из сведений о типе почвы, учитывается и вес дома. В процессе забуривания следят за достижением глубины промерзания и соприкосновением с незначительно сжимаемым грунтом. Только на него можно без опасений перенести вес здания. Основное преимущество армированного ленточного мелкозаглубленного монолитного фундамента – возможность применения на любых типах почв. Сваи забуриваются через каждые 1.5 — 2 метра.

Особенности устройства мелкозаглубленного ленточного фундамента на глине, на склоне

Заглубление ленты фундамента зависит от грунта. Если на участке глина, то ее величина составляет от 75 до 95 см. Конструкция может возвышаться над землей, но не выше, чем размер подземной части. Армировать ее в случае глинистых почв обязательно.

На склонах мелкозаглубленные ленточные фундаменты – не всегда удачный выбор, однако если грунт песчаный, а строение не тяжелое, то такой вариант возможен. Главное – тщательно соблюдать монолитность конструкции. Для подвижных и глинистых грунтов на склонах нельзя использовать отдельные блоки, хотя это и снижает стоимость строительства.

Услуги профессионалов – залог успеха!

ООО «Проект» оказывает профессиональные услуги по строительству домов, в том числе, возведению ленточных фундаментов мелкого заложения под постройки различного типа. Мы выполняем все работы качественно, в срок, точно соблюдаем смету, которая предварительно согласовывается с заказчиком. При этом цены мы предлагаем очень комфортные. Уже множество хозяев в Москве и Подмосковье живут в домах, построенных нашей организацией. И мы приглашаем других жителей региона воспользоваться нашими услугами.

Что такое фундамент? Это та часть, без которой не может эксплуатироваться ни одна постройка, начиная от забора и заканчивая многоэтажным коттеджем. От качества проведения работ по его возведению зависит срок эксплуатации здания, комфорт проживания в нем и внешний вид постройки. Есть еще одна деталь, которую надо учитывать, рассчитывая стоимость строительства. Ремонт подземной части – очень затратный процесс, расходы на него могут даже превышать первоначальные вложения. Поэтому лучше сразу сделать все правильно, аккуратно, грамотно. Так все и произойдет, если вы обратитесь к нам!

Фундаменты мелкого заложения — проектирование, расчет.


Общее описание

Конструкции фундаментов мелкого заложения должны выбираться на основе технико-экономического анализа, с учетом инженерно-геологических условий площадки строительства, а также с учетом производственных возможностей и опыта строительной организации.

При проектировании фундаментов мелкого заложения учитываются требования заказчика, сформулированные в техническом задании и в строительных нормах и правилах.

Конструкции фундаментов должны характеризоваться минимальными затратами на производство, материалоемкости, трудоемкости, энергоемкости и технологичности производства.

Фундаменты мелкого заложения — фундаменты с отношением высоты к ширине подошвы не более 4. Эти фундаменты передают нагрузку от конструкций на грунты основания через подошву.

Фундаменты мелкого заложения возводятся или в открытых котлованах или в отдельных выемках.

В качестве материалов фундаментов применяется:

  • железобетон;
  • бетон;
  • бутобетон;
  • каменные материалы;

По форме эти фундаменты разделяются на следующие виды: отдельные, ленточные, сплошные и массивные.

Отдельные фундаменты

Отдельные фундаменты выполняют под отдельные опоры и колонны зданий и сооружений с каркасной конструктивной схемой. Под стены отдельные фундаменты устраивают только при наличии прочных грунтов, когда неравномерность осадок не превышает допустимых значений, т.к. отдельные фундаменты не увеличивают жесткости сооружения.

Отдельные фундаменты могут выполняться в монолитном или сборном варианте.

Фундаменты из бутовой кладки или бетона рассматриваются как жесткие. Они имеют наклонные боковые грани или уступы, расширяясь к подошве фундамента.

При устройстве отдельных фундаментов из железобетона (монолитные, сборные) они проектируются с учетом совместной работы конструкций здания и грунтов основания. Размеры сечений таких фундаментов, количество, площадь и класс арматуры проектируются с учетом требований предъявляемых к железобетонным конструкциям.

С целью оптимизации конструкций фундаментов по стоимости и трудоемкости разработаны различные типы отдельно стоящих фундаментов — буробетонные, щелевые, анкерные фундаменты и пр..

Ленточные фундаменты

Ленточные фундаменты как разновидность фундаментов мелкого заложения применяются для восприятия нагрузок от протяженных элементов конструкций зданий и передачи нагрузок на грунты основания. Ленточные фундаменты могут располагаться независимо друг от друга или взаимоувязаны в перекрестной системе. Перекрестные ленты, как правило, используют для восприятия нагрузок от колонн здания.

В случае расположения прочных грунтов в основании здания возможно устройство прерывистых ленточных фундаментов.

Для устройства сборных фундаментов используют железобетонные плиты (фундаментные подушки) и бетонные блоки.

При необходимости выравнивания осадок или в качестве антисейсмических мероприятий фундаменты усиливают железобетонными поясами расположенными поверх сборных железобетонных блоков.

Сплошные фундаменты

Эти фундаменты также, называют плитными. Их устраивают под всем зданием в виде монолитной железобетонной плиты. При необходимости плитные фундаменты подлежат рассечению системой деформационных швов.

Фундаментные плиты обеспечивают совместную работу надземной и подземной частей сооружения. Эти фундаменты способствуют снижению неравномерных осадок, являются практически водонепроницаемыми, обеспечивают высокую экономическую эффективность за счет технологичности устройства и относительно малых размеров сечений конструкций.

Возможно устройство плитных фундаментов коробчатого сечения, с целью снижения расхода материалов.

Сечения плитных фундаментов рассчитывают исходя из действия изгибающих моментов в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а также с учетом продавливающих нагрузок (в зоне опирания колонн).                       

Массивные фундаменты

Массивные фундаменты устраивают в виде жесткого массива под небольшие в плане сооружения (устои мостов, дымовые трубы, мачты и пр.).

Как правило эти фундаменты выполняют в железобетонном исполнении. Часто, для экономии материалов, при бетонировании, закладывают пустотообразователи. Возможно комбинированное решение с устройством анкеров — используется для восприятия значительных опрокидывающих нагрузок.

Расчет фундаментов мелкого заложения

Нагрузки и воздействия

Все расчеты фундаментов производятся на расчетные значения нагрузок. Нагрузки и воздействия определяются расчетом исходя из совместной работы сооружения и основания. Пример из практики описания и расчета нагрузок и воздействий на фундаменты.

Характеристики грунтов оснований

К основным характеристикам грунтов оснований используемых в расчетах относят прочностные и деформационные характеристики:

  • угол внутреннего трения;
  • удельное сцепление грунта;
  • предел прочности на одноосное сжатие скального грунта;
  • модуль деформации;
  • коэффициент поперечной деформации;

Также возможно использование других характеристик:

  • удельные силы пучения;
  • коэффициент жесткости основания и пр..

Характеристики грунтов оснований определяются в процессе инженерно-геологических изысканий по результатам полевых и лабораторных испытаний грунтов.

Все расчеты производятся на расчетные значения прочностных и деформационных характеристик.

Подземные воды

В расчетах фундаментов мелкого заложения в обязательном порядке учитываются гидрогеологические условия площадки строительства:

  • сезонные и многолетние колебания уровня грунтовых вод;
  • изменения уровня грунтовых вод в силу техногенного воздействия;
  • значения высоты капиллярного подъема грунтовых вод;
  • агрессивное воздействие грунтовых вод по отношению к конструкциям фундаментов.

В процессе проектирования фундаментов также, производится оценка влияния строительства на гидрогеологические условия площадки.

Глубина заложения фундамента

От глубины заложения фундамента зависят многие факторы строительства сооружения — технология производства, экономическая эффективность строительства, величина осадок или подъема (в силу морозного пучения) фундаментов, долговечность конструкций и пр.

На глубину заложения фундамента в значительной мере влияют инженерно-геологические условия площадки, а именно прочность и сжимаемость грунтов.

При определении глубины заложения фундамента обычно придерживаются общих правил:

  • минимальная глубина заложения фундамента принимается не менее 0.5м от спланированной поверхности территории;
  • врезка фундамента в несущий слой должна быть не менее 15см.;
  • подошва заложения по возможности, должна быть выше уровня грунтовых вод;
  • все фундаменты здания или сооружения по возможности, необходимо закладывать на одном типе грунта или на грунтах с близкой прочностью и сжимаемостью.

Часто глубина заложения фундамента определяется по условию сезонного промерзания грунтов, которая зависит от типа, вида и разновидности грунта, и определяется в зависимости от нормативной глубины сезонного промерзания. Нормативная глубина сезонного промерзания приводится в нормативной документации и устанавливается по результатам многолетних наблюдений за фактическим промерзанием.

При определении глубины заложения фундаментов также, учитывают конструктивные особенности сооружения: наличие подвальных и цокольных этажей, наличие приямков под технологическое оборудование, глубину расположения подземных коммуникаций, глубину расположения фундаментов близстоящих зданий и сооружение и пр..

Фундаменты здания или сооружения, как правило, закладывают на одном уровне с фундаментами существующих строений. Если это требование не удается соблюсти в процессе проектирования, то необходимо разрабатывать дополнительные инженерно-технические мероприятия.

Подземные коммуникации должны быть (по возможности) расположены выше отметки заложения фундаментов. Это позволяет избежать увеличения давления на конструкции коммуникаций, опирания фундаментов на насыпной грунт траншей прокладки коммуникаций, замены и ослабления грунтов основания в случае необходимости замены подземных коммуникаций.

Часто при определеннии глубины заложения фундаментов приходиться учитывать другие требования участников строительства, например, возможность изменения объемно-планировочного решения подземной части здания в процессе его эксплуатации.

Проектирование фундамента мелкого заложения


В процессе разработки проекта фундамента мелкого заложения в том числе, приходится устанавливать форму фундамента.

Форма фундамента часто, определяется геометрической конфигурацией здания или сооружения (круглая, кольцевая, квадратная и пр.).

Предварительные размеры фундамента рассчитывают из условия при котором среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать расчетное сопротивление грунта. Где давление под подошвой является функцией действующих нагрузок на фундамент и площадью фундамента. Расчетное сопротивление грунта зависит от геометрических размеров фундамента, от механических характеристик грунтов основания и от глубины заложения фундамента.

Подобрав предварительно форму и размер фундамента выполняют расчет осадок фундаментов здания. Осадка основания фундамента не должна превышать предельных значений осадки указанных в нормативных документах.

При этом совместная деформация основания и сооружения может характеризоваться:

  • осадкой или подъемом основания фундамента;
  • средней осадкой;
  • относительной разностью осадок;
  • креном фундамента;
  • относительным прогибом или выгибом;
  • кривизной изгибаемого участка;
  • относительным углом закручивания;
  • горизонтальным перемещением фундамента.

В расчете осадок фундаментов аналитическим методом, наиболее популярны метод послойного суммирования и метод эквивалентного слоя.

По методу послойного суммирования полную осадку основания определяют как сумму осадок отдельных слоев грунта, в пределах сжимаемой толщи.

Метод эквивалентного слоя учитывает такие составляющие как жесткость и форма фундамента, нормальные напряжения в толще линейно деформируемого грунта по основным направлениям.

Наиболее достоверные результаты расчетов напряжений и деформаций оснований и фундаментов получаются на основе численных решений конечно-элементных моделей, с учетом физической и геометрической нелинейности.

Накопленные и проанализированные данные в процессе проектирования, а также принятые технические решения отражаются в проекте фундамента.

< Проектирование фундаментов

 

Фундаменты мелкого заложения

§35. Конструкции фундаментов

Типы фундаментов и область их применения. Фундаменты мелкого заложения сооружают в котлованах, отрытых на проектную глубину. В зависимости от конструктивных особенностей фундаменты мелкого заложения подразделяют на ленточные и плитные. В свою очередь фундаменты указанных типов могут быть монолитными, изготовляемыми полностью на месте постройки (в котловане), и сборными, монтируемыми из бетонных или железобетонных блоков, изготовленных на заводе или полигоне, и устанавливаемыми кранами в готовом виде на место. Промежуточное положение занимают сборно-монолитные конструкции, состоящие из сборных элементов, омоноличиваемых на месте постройки бетоном.


Рис. 7.1. Типы фундаментов:
а — ленточный; б — в виде плиты; в — массивный; 1 — фундамент; 2— подпорная стена; 3 — колонна; 4 — тело опоры

Фундаменты каждого типа имеют свою область рационального применения. Ленточные фундаменты, длина которых значительно превышает их ширину, возводят под стены зданий, подпорные стены (рис. 7.1, а), водопропускные трубы под насыпями автомобильных и железных дорог и т. п. Сплошные фундаменты в виде железобетонной плиты устраивают под всем зданием или сооружением либо под группой опор. Фундамент в виде плиты имеет мало отличающиеся длину и ширину и в несколько раз меньшую высоту (рис. 7.1, б). Фундамент, длина и ширина которого примерно одинаковы, а высота больше ширины или лишь немного меньше ее, называют массивным. Чаще всего массивные фундаменты применяют под отдельно стоящие значительно нагруженные опоры или сооружения, например, опоры мостов (рис. 7.1, в), несущие колонны промышленных зданий и т. п.


Рис. 7.2. Схема развития фундамента:
а — устройство уступов; б — придание фундаменту формы усеченной пирамиды

Выбор формы фундамента. Сопротивление нескального (а часто и скального) грунта значительно меньше сопротивления материала фундамента. В связи в этим площадь подошвы фундамента должна быть больше площади, по которой фундамент воспринимает нагрузку от сооружения. Увеличения площади подошвы (развития фундамента) достигают устройством уступов (рис. 7.2, а) или приданием фундаменту формы усеченной пирамиды (рис. 7.2, б). Если прямые 1—2, характеризующие развитие фундамента, составляют с вертикалью углы а, меньшие 30°, то фундамент считают жестким, в противном случае он является гибким. Предельное значение угла а, равное 30°, установлено для фундаментов опор мостов в соответствии со СНиП 2.05.03—84. Для фундаментов промышленных и гражданских сооружений и зданий предельное значение угла а может составлять от 26 до 40° в зависимости от материала фундамента.

В жестких фундаментах от изгиба возникают небольшие растягивающие напряжения, поэтому их можно выполнять из материалов, плохо сопротивляющихся изгибу, например из бутовой кладки, бетона и т. д. Жесткие фундаменты на прочность обычно не рассчитывают. Гибкие фундаменты рассчитывают на прочность и выполняют из железобетона, хорошо сопротивляющегося изгибу.

По высоте фундамента устраивают уступы (выступы). В фундаментах опор мостов их ширина в каждую сторону может достигать 1 м, а высота колеблется от 1 до 2 м. Наличие этих уступов позволяет при несколько смещенном против проекта расположении фундамента в плане обеспечить проектное расположение сооружения.


Рис. 7.3 сопоставление гибкого 1 и жесткого 2 фундаментов

Несмотря на то, что стоимость 1 м3 железобетона выше, чем бетона и бутовой кладки, применение гибких фундаментов часто оказывается экономически целесообразным. Это связано с тем, что при гибком фундаменте удается достичь необходимого развития подошвы на значительно меньшей глубине, чем при жестком фундаменте (рис. 7.3), и в результате объем кладки и глубина котлована при гибком фундаменте получаются значительно меньшими. Возможность уменьшения глубины котлована часто устраняет необходимость выполнения при его разработке водоотлива.

Устройство фундаментов мелкого заложения

Если вы все-таки остановились на выборе основания мелкого заложения, то определенно должны быть ознакомлены с тем, что основа такого типа рассчитан на соединение всех полагающих частей основы в одно целое, представляю собой жесткую составляющую. По своим свойствам и характеристикам такая конструкция должна защищать основу от различного рода деформаций и распределять все нагрузки равномерно на основание. При использовании ленточного фундамента вы получите целую конструкцию, а вот при столбчатом малозаглубленном все опоры следует обвязать качественными выполненные из стали балками или же специальным железобетонным ростверком.

Основы мелкого заложения могут позволить небольшой подъем основы, даже если это будет сделано неравномерно. Однако все это должно происходить не нарушая определенные показатели, от которых зависит вся конструкция. Данные расчеты рассчитываются абсолютно также как и другие расчеты подобных типов основания. Все это исчисляется в зависимости от типа грунта и общих нагрузок на него. Для того чтобы придать основанию прочности применяют жесткие наземные конструкции, они в свою очередь формируют целую плавающую систему которая защищена от воздействий грунта и деформаций.

Выделим два основных вида:

  • Ленточные (железобетонный монолит)
  • Столбчатые (буронабивные сваи)

Главным преимуществом основы мелкого заложения считается его ценовая категория и скорость работ по его возведению. При профессиональном качественном построении основы такого типа, обеспечит вам большой срок эксплуатации здания.

Условия для заложения мало заглубленного фундамента

Для того чтобы основание прослужило долгий срок службы, необходимо сделать расчет опираясь на следующие виды характеристик:

  • Уровень промерзания грунта
  • Уровень залежей подземных вод
  • Разновидность почвы и все ее характеристики.

Остановимся подробней на данной теме:

  • Прежде чем возводить фундамент, следует обратить свой взор на общий климат данного района, где будет происходить будущее строительство. От этого далее и отталкиваются на какую глубину возводить фундамент. Такая процедура просто необходимо, так как таким методом можно впоследствии предупредить деформирование и потрескивание фундамента при низких температурах. При холодном климате дома возведенные на небольшую глубину назвать качественными постройками просто не возможно. Так что приобретение готового здания сразу же отпадает, лучше всего построить самому добросовестно, качественно и на большой срок эксплуатации.
  • Пролегание подземных вод, также считается необходимым фактором, на который делают свой акцент. Если на вашем участке грунтовые воды пролегают высоко к поверхности, то возведение основания на большую глубину не желательно. Это объясняется тем, что при заглубленном фундаменте есть вариант затопления цоколя и далее произойдет полное разрушение бетона. Для избегания таких последствий стоит не возвышать сооружение на большую высоту.
  • Разновидность почвы. Пожалуй это важный пункт при закладывании основания. Ведь пучинистые грунты и плавающие земли не должны послужить последствием разрушения здания. Также при возведение фундамента стоит обращать свой взор на состав грунта. Ведь торфяные и песчаные почвы требуют определенных для себя условий. При не соблюдении всех правил может повлечь за собой не качественное выполнение и последствием будет не долгий срок службы основания.

Ленточное основание

Большой спрос получила ленточная плита мелкого заложения в дачном строительстве. Такое устройство можете применять для:

  • Построений из дерева
  • При соблюдении всех правил можете использовать для зданий с тяжелыми стенами из камней.

При планировании в дальнейшем утепления фундамента, то тогда вы можете возводить основания на любом типе грунта. Ленточное основание состоит из: равномерной полосы бетонной смеси, которую следует также равномерно нагрузить дальнейшими конструкциями здания. Виды возведений:

  • Железобетонный имеющий два пояса
  • Сборный железобетонный имеющий выпуски арматур в небольшом количестве
  • Блоки имеющий два пояса нижний и верхний
  • Блок с одним верхним поясом.

Достоинства ленточного основания мелкого заложения:

  • Выгодная экономия денег. Ведь при возведении оснований с глубоким заложением, цены на такое возведение порядком превосходит фундаменты мелкого заложения.
  • Экономия на оплате труда. Все строительные работы такого типа предусматривают небольшой объем работ. Первым делом экономия возникает при работе с земляными работами, а также на создании опалубки.
  • Как дополнение можно израсходовать сэкономленные средства на постройку подвала.

Как показала практика, глубина монтажа ленточного основания может соответствовать глубине промерзания и глубине растительного слоя. В книгах о строительстве приводится цифра в пятьдесят сантиметров. При такой глубине все силы морозного пучения сосредоточены именно в этом месте, поэтому такая глубина считается самой опасной.

Расчет основания

Подсчет оснований маленького заложения считается важным этапом в строительстве. От правильности проведенной работы будет напрямую зависеть срок службы фундамента и дома в целом. При всем этом получается сократить затраты на основное возведение строения. Рассчитывая фундаменты мелкого заложения нужно первым делом определиться с размерами и типом конструкции. К главным свойствам относятся величины подошвы, а так же уровень глубины заложения. На уровень глубины укладки фундамента влияют несколько факторов, одним из них является тип конструкции планируемого здания, например:

  • Тип материала, используемый для возведения кровли
  • Из чего планируется возведение стен
  • Будет ли присутствовать в здании цокольный этаж или нет

Помимо этих факторов так же влияет свойства почвы на строительной площадке и уровень подземных вод. В случае появлении вод на поверхности почвы, необходимо провести полную осушку строительного участка. После проведения осушительных работ, необходимо посвятить время на прокладку коммуникаций инженерного направления.

Выполнив подготовительные работы и подобрав необходимые размеры фундамента, следует плавно переходить к его расчету. Вычисляется предельная прочность и деформация, которую может выдержать конструкция основания. После завершения теоретических работ следует заняться практической частью строительства, то есть заниматься возведением конструкции фундамента.

Устройство основания

Основания, которые слабо углублены отчасти не подвергаются деформациям, появляющимся от пучений почвы. По такой причине этот способ установки фундамента в практике широко применяется. Чаще всего их применяют в возведении домов небольшого размера, дач и каркасных сооружений. Здания с небольшим весом не могут противостоять пучениям почвы, поэтому фундамент углубляется на маленький уровень.

Конструкция, которую умеют фундаменты мелкого заглубления, состоят из монолитного каркаса. Каркас, имеющий железобетонное основание с легкостью сможет сопротивляться пучениям почвы не только сезонным, но и постоянным.

Фундаменты, которые можно использовать в момент монтажа на мелкое заглубление:

  1. Основание столбчатого типа
  2. Ленточный вид фундамента
  3. Железобетонная плита

Эти виды фундаментов имеют общую составляющую, такую как железобетонная основа. Размеры любого из оснований выбирает только расчет прочности. Он основывается на весе конструкции в момент соприкосновения с грунтом. Хоть и большая площадь уменьшает величину давления максимальный размер участка не оправдывает затраты на строительство. По этой причине все расчеты должны быть равными величинам в строительстве, то есть все строения должны ровняться площади фундамента.

Столбчатый тип основания

Этот вид фундамента чаще всего устанавливают на строительных участках, которые обладают небольшим количеством деформации производимой от почвы. Столбчатое основание можно смело называть новинкой, потому что появилось гораздо позже, чем ленточный фундамент или плиточный. Столбчатый фундамент, имеющий ленточный ростверк закладывается опалубку, сконструированную на поверхности земли. Система в арматурном каркасе сплетается не только в уровнях возле стенок основания, но и в местах шурфов на небольшом расстоянии.

Фундамента заливается вместе с ростверками в квадратную опалубку, изнутри ее расположены шурфы на небольшом расстоянии. Шурфы следует располагать в точках соединения линий фундамента. Укладка бетонной консистенции при монтаже столбчатого фундамента происходит при помощи специального желоба. Бетонная смесь должна иметь в своем составе цемент с маркой 200 или 150. Каким бы размером фундамент не был бы, его следует заливать бетонной консистенцией за один приход. В случае проведения укладки смеси частями, основание не будет иметь однородную массу, тем самым прочность и долговечность снизится. После проведения заливки необходимо некоторое время отвести на застывание. Спустя несколько суток, когда фундамент начнет застывать, его нужно затирать. Это необходимо для того чтобы структура не покрылась трещинами.

Фундамент мелкого заложения: особенности, разновидности, схема, расчет

Выбор основания для строительства любого объекта всегда осуществляется по трем критериям, а именно: тип возводимого сооружения, главный материал и разновидность грунта на участке. Обычный фундамент на пучинистых почвах (супесчаные породы, суглинки, глина) подойдет лишь для достаточно легких сооружений, с устройством дополнительного укрепления. Раньше эту проблему решали путем возведения дорогостоящих подземных конструкций, устанавливаемых ниже линии глубины промерзания, но даже такой вариант не всегда гарантировал надежность строения. По этой причине для большинства домов устраивают жесткую основу мелкого заложения.

Оглавление:

  1. Разновидности фундаментов мелкого заложения
  2. Виды оснований
  3. Что влияет на стоимость

Мелкозаглубленный фундамент

Устройство ленты подразумевает создание единой жесткой конструкции, которая в дальнейшем и будет отвечать за компенсацию деформации почвы, перераспределяя общую нагрузку здания по всему его периметру.

Глубина заложения фундамента обычно равна его четырехкратной ширине, что позволяет обеспечить прочность на самом сложном, в том числе и пучинистом грунте.

Разновидности мелкозаглубленного фундамента

Признаков, по которым проводится классификация, существует 5:

  • Его форма в поперечном сечении.
  • Конструкционные решения.
  • Способ возведения.
  • Материал изготовления.
  • Виды статических работ.

По форме в поперечного сечения разделяют на:

  • Ступенчатые.
  • Прямоугольные.
  • Трапециевидные.

В данном случае именно трапеция будет являться оптимальной формой, при этом для бетона угол распределения основного давления (между вертикалью и боковой гранью) должен быть равен 45°, а для бута или бутобетона ― 30°. Несоблюдение этой нормы приведет к тому, что напряжение, вызываемое скалывающими и растягивающими силами, будет достигать опасного значения.

Классификация по способу изготовления

Разделяются на сборные и монолитные, различается и технология их монтажа.

  • Сборная основа имеет набор заранее изготовленных элементов с необходимыми размерами, из которых на стройплощадке собирается требуемая конструкция.
  • Монолитный вариант заливается на месте, для чего используют специальную опалубку и жидкий бетон. Такой вид фундамента может быть армирован (фиксирующие элементы укладываются до заливки бетона).

Виды статических работ

Многие плюсы и минусы мелкозаглубленных фундаментов зависят именно от их статического определения. В соответствии с этим выделяются основания гибкого и жесткого типа. Первые способны оказывать сопротивление не только при их сжатии, но и при растяжении. К этой категории можно отнести только структуры из железобетона. Все остальные виды фундаментов считаются жесткими, поскольку способны сопротивляться лишь сжатию.

Классификация по конструкции

Глубина заложения фундамента во многом зависит от особенностей его типа.  Выделяют мелкозаглубленный фундамент плитного (сплошного), столбчатого (отдельно стоящего), массивного и ленточного типов.

Столбчатые мелкозаглубленные основания обычно представляют собой бетонные или кирпичные столбы с верховой обвязкой в случае, если сверху будет расположена стена. Цель устройства фундаментов этого типа заключается в сохранении целостности строения при возможной деформации пучинистого грунта.

Мелкозаглубленный ленточный фундамент для дома из газобетона станет отличным решением, но важно правильно выбрать тип опорной конструкции.

  • Сборный. Обычно его монтируют на бетонной подушке, которая определяет глубину заложения фундамента.
  • Монолитный. Этот тип основания заливается как единое целое и требует дополнительного армирования. Например, для деревянного дома потребуется проложить сразу два арматурных пояса, один по верхней плоскости, а второй ― по нижней.
  • Сборно-монолитный. Выполняется из специальных стеновых блоков, поверх которых заливается монолитный пояс. В этом случае высота основания совпадает с уровнем строительной площадки.

Возможно устройство прерывистого ленточного фундамента под дом из пентобетона, что во многом снижает затраты на возведение объекта, и в этом достоинства сборно-монолитных конструкций. При его укладке бетонные подушки устанавливаются через определенные промежутки, сокращая расходы примерно на 15 %. В малоэтажном строительстве на пучинистой почве именно ленточные основания применяются чаще всего, особенно при возведении деревянного строения или дома из газобетона. Недостатком таких структур можно назвать лишь то, что они не подходят для сооружения кирпичных зданий.

Плитные основы домов. Пожалуй, этот вариант можно назвать наиболее надежным и подходящим даже для самой слабой глинистой почвы. По сути ― это монолитная плита из железобетона, равная по размерам площади будущего здания. При малоэтажном строительстве ее толщина составляет около 30 см. Благодаря тому, что плита имеет большую площадь и цельную поверхность, давление, оказываемое конструкцией на землю, значительно снижается. Соответственно, глубина его монтажа может быть небольшой, а применение возможно даже на водонасыщенной или слабонесущей поверхности.

Классификация фундаментов в соответствии со стройматериалами, из которых они изготавливаются:

  • Бетонные.
  • Железобетонные.
  • Бутобетонные.
  • А также на основе различных каменных материалов.

Бут ― материал достаточно высокой прочности (природный), представляющий собой куски гранита или известняка. Используется для приготовления бутобетона, где выступает наполнителем основной смеси, повышая общую прочность.

Расчет стоимости

Расчет затрат на работы и расходов на необходимые материалы для непрофессионального строителя покажется непростым и весьма запутанным делом. Главной проблемой в этом случае является то, что основание для каждого дома индивидуально.

Даже в том случае, когда для ее расчета используются самые надежные и проверенные технологии, при монтаже может выявиться множество различных факторов, которые нужно будет исключать, изменять или же подстраиваться под них. По этой причине часто получается так, что практически половина запланированных на возведение дома средств расходуется именно в начале строительства.

Существует 3 фактора, оказывающих влияние на стоимость устройства мелкозаглубленного основания:

  • качество участка;
  • тип конструкции;
  • предполагаемая в дальнейшем нагрузка.

Каждый из них может значительно изменить общую сумму, часто в большую сторону.

Проще всего учесть предполагаемую нагрузку строения исходя из используемых материалов. Расчет этого параметра обычно проводит архитектор еще на стадии создания проекта будущего дома. Чем легче вес основного строительного материала для стен и кровли, тем менее сложным и затратным будет устройство фундамента дома.

Тип конструкции и ее размер тоже играют не последнюю роль. Учитывается заглубление опоры, устройство цоколя, заливка бетона с установлением опалубки и армирования или укладка специальных блоков (плит). Также в этот список нужно включить и обязательные земельные работы, стоимость которых обычно устанавливается за 1 куб. м.

Чтобы определить стоимость опалубки для заливной конструкции необходимо вычислить площадь ее стен. Для этого общая длина подземного сооружения умножается на его высоту, а далее еще на 2. Все расчеты в данном случае производятся в метрах. Для опалубки обычно берут доски толщиной около 50 мм (0,05 м). Если полученную площадь умножить на 0,05 ― получится необходимое количество кубометров.

Важно не забыть к рассчитанным с учетом параметров и цен на материалы расходам прибавить еще около 7-10 % от полученной суммы ― на непредвиденные ситуации, которые могут возникнуть в процессе установки.

Что такое неглубокий фундамент?

Равин Десаи — соучредитель gharpedia.com и директор SDCPL. Он возглавляет SDCPL, ведущую консалтинговую фирму по дизайну, широко представленную в стране. Он имеет степень магистра гражданского строительства (MS-USA) и имеет разнообразный 12-летний опыт работы в различных дисциплинах. Он является основным членом редакционной группы GharPedia. Он также является соучредителем 1mnt.in, первого в отрасли программного обеспечения для выставления счетов подрядчикам.

Здание/дом может быть определено как структура, состоящая из таких компонентов, как фундамент, колонны, стены, балки, полы, крыши, возведенная для обеспечения пространства для различных целей, таких как проживание, образование, бизнес, производство, хранение, госпитализация, развлечения, поклонение и др.Каждый из этих компонентов имеет свою уникальную функцию и назначение.

Каждое здание/дом состоит из двух основных компонентов. Компонент, построенный над землей, известен как надстройка, а компонент, построенный под землей, называется подконструкцией. Фундамент относится к категории подструктуры.

Здесь мы собираемся обсудить мелкозаглубленные фундаменты.

Прежде чем понять, что такое мелкозаглубленный фундамент, давайте узнаем, что такое фундамент.

Фундамент – это самая нижняя часть строения/дома, непосредственно контактирующая с землей.Он обеспечивает основу для надстройки и передает нагрузку конструкции, включая собственный вес самой конструкции, на почву под ней, чтобы она оставалась прочной и стабильной на протяжении всего срока службы. Чтобы узнать больше о системе фундамента, нажмите на ссылку ниже

Читайте также: Система фундамента: все основные вещи, которые вам нужно знать

Фундамент можно разделить на две категории: глубокий фундамент и мелкий или открытый фундамент. Эта классификация основана на глубине установки фундамента.

Глубокий фундамент — это фундамент, который заложен на нетвердой почве и находится значительно ниже самой нижней части надстройки, а не в верхнем слое почвы, поскольку такой грунт не является твердым и хорошим грунтом. Вы можете называть фундамент глубоким, когда опускаетесь ниже 10 и более метров.

Фундамент мелкозаглубленный – это фундамент, уложенный на твердом грунте у самой земли и ниже самой нижней части надстройки, как правило, на глубине от 1 м до 5-6 м.

Читайте также: Различные типы фундаментов для вашего дома

Что такое неглубокий фундамент?

Когда фундамент размещается непосредственно под самой нижней частью надстройки, это называется мелкозаглубленным фундаментом.Мелкозаглубленный фундамент (согласно определению B1/VM4) — это такой фундамент, в котором глубина от поверхности земли до нижней части фундамента менее чем в пять раз превышает ширину фундамента.

Это наиболее распространенный тип фундамента, используемый для всех небольших зданий. и может быть проложен открытым способом, допуская естественные уклоны со всех сторон. Этот тип фундамента пригоден для глубины до 5 метров и обычно удобен над уровнем грунтовых вод.

Почему мы используем мелкий фундамент?

Мы используем мелкозаглубленный фундамент для распределения структурных нагрузок по широкой горизонтальной площади на небольшой глубине ниже уровня земли.Неглубокий фундамент благоприятен для фундаментов, глубина которых равна ширине фундамента или где глубина меньше ширины.

Преимущества мелкозаглубленного фундамента

  • Требуется меньше земляных работ, следовательно, снижаются трудозатраты на земляные работы.
  • Строительство мелкозаглубленных фундаментов просто, так как глубина заложения фундамента меньше.
  • Оборудование, необходимое для строительства мелкозаглубленного фундамента, простое и менее затратное.
Читайте также: Использование различных типов землеройной техники на строительной площадке
  • Неглубокие фундаменты можно построить за короткое время, что также помогает снизить затраты на аренду оборудования и рабочую силу.
  • Строительство мелкозаглубленных фундаментов вызовет меньшее нарушение геоповерхности и, следовательно, благоприятно скажется на экологии и окружающей среде.
  • Помогает уменьшить осадку, если грунт сжимается.
  • Не требуется установка свай, что снижает стоимость.
  • Меньше неопределенности в прогнозировании поведения мелкозаглубленных фундаментов и поддерживающего грунта. Для глубоких фундаментов, чем больше глубина залегания грунта, тем больше погрешность.
Читайте также: 10 важных критериев выбора правильного фундамента для вашего дома

Недостатки неглубокого фундамента

  • Существует вероятность размыва, если строение находится рядом с рекой или морем. Мелкозаглубленный фундамент в таких местах использовать нельзя.
  • Если уровень подпочвенных вод высокий и откачивать воду из котлована или канала экономически нецелесообразно, то мелкозаглубленный фундамент использовать нельзя.
Читайте также: Как сделать фундамент, если в яме есть вода?
  • Нельзя использовать там, где несущая способность верхнего слоя почвы меньше.
  • Нельзя использовать при большом весе конструкции и неравномерном распределении нагрузки на конструкцию.

Проект мелкозаглубленного фундамента Критерии

При проектировании мелкозаглубленного фундамента для данной системы нагрузки фундамент должен соответствовать определенным проектным требованиям.

Ниже приведены три основных требования или критерия проектирования мелкозаглубленного фундамента:

  • Размещение фундамента, включая глубину и расположение фундамента.
  • Безопасность в отношении несущей способности является требованием, которое включает в себя соответствующие пропорции основания, чтобы избежать катастрофического разрушения грунта под фундаментом.
  • Каждая почва оседает из-за нагрузки. Такое урегулирование должно быть равномерным и допустимым. Допустимая осадка фундамента включает проверку чрезмерной осадки конструкции.
Читайте также: Что такое дифференциальный расчет?

Чрезмерная осадка возникает из-за искажения массива грунта в результате приложенных касательных напряжений и из-за консолидации поддерживающего грунта.

Это также требует полного знания геотехнических свойств грунта для оценки ожидаемой осадки сооружения и времени, необходимого для завершения осадки.

Различные типы мелкозаглубленного фундамента

Как следует из названия, в случае распорных фундаментов основание элемента, передающего нагрузку на грунт, делается шире, чтобы распределить нагрузку по большей площади.Различные типы фундаментов:

  • Фундаменты стен
  • Железобетонные фундаменты
  • Фундамент перевернутой арки
  • Фундаменты колонн

Комбинированный фундамент поддерживает две или более двух колонн в ряду. Комбинированный фундамент может быть прямоугольной формы, если обе колонны несут одинаковую нагрузку, или может быть трапециевидной формы, если есть ограничения по площади. Чтобы узнать больше о комбинированных фундаментах, прочитайте статью

 Также читайте : что такое комбинированные фундаменты?

03.Фундамент из матов или плотов

Фундамент из плотов или матов покрывает всю застроенную площадь под конструкцией и поддерживает все колонны. При больших нагрузках на конструкцию или низком допустимом давлении грунта использование распорных фундаментов покроет более половины площади здания, и может оказаться более экономичным использование ростверка. Сплошные фундаменты также используются там, где грунтовая масса содержит сжимаемые линзы, так что дифференциальную осадку трудно контролировать.Обычно, когда твердая почва хорошего размера недоступна на глубине от 1,5 до 2,5 м, используется плотный фундамент. Чтобы узнать о различных типах плотного фундамента, прочитайте статью

.
Читайте также: Какие существуют типы плотного фундамента?

Фундамент ростверковый применяется для передачи большой нагрузки от стальных колонн на грунты, обладающие малой несущей способностью. Такая компоновка позволяет избежать глубоких земляных работ, а также обеспечивает необходимую площадь основания для снижения интенсивности давления в пределах безопасной несущей способности грунта.В зависимости от материала, используемого при строительстве фундамента ростверка, его можно разделить на две категории:

  • Стальной ростверк
  • Деревянный ростверк
Читайте также: Свайный фундамент: виды и классификация

05. Внецентренно нагруженный фундамент

Состоит из двух изолированных фундаментов, соединенных конструкционным рычагом или лентой. Ремешок соединяет опоры таким образом, что они ведут себя как единое целое.Ремешок просто действует как соединительная балка. При сравнительно высоком допустимом давлении грунта и большом расстоянии между колоннами внецентренное нагруженное основание более экономично, чем комбинированное.

Таким образом, мелкозаглубленный фундамент представляет собой такой тип фундамента здания, который передает нагрузку на почву очень близко к поверхности земли. Цель мелкозаглубленного фундамента состоит в том, чтобы распределить структурные нагрузки по широкой горизонтальной площади на небольшой глубине ниже уровня земли.Неглубокие фундаменты могут подходить или не подходить для высотных зданий. Это будет зависеть от высоты здания и типа грунта.

 Обязательно к прочтению:
  Необходимость свайного фундамента!
 Причины обрушения здания из-за обрушения фундамента
 Методы обезвоживания при земляных работах в заболоченной местности

Изображение предоставлено: Изображение 2, Изображение 3, Изображение 6

Равин Десаи является соучредителем gharpedia.com и директором SDCPL.Он возглавляет SDCPL, ведущую консалтинговую фирму по дизайну, широко представленную в стране. Он имеет степень магистра гражданского строительства (MS-USA) и имеет разнообразный 12-летний опыт работы в различных дисциплинах. Он является основным членом редакционной группы GharPedia. Он также является соучредителем 1mnt.in, первого в отрасли программного обеспечения для выставления счетов подрядчикам.

Продемонстрируйте свои лучшие разработки

Навигация по сообщению

Еще из тем

Используйте фильтры ниже для поиска конкретных тем

Что такое мелководный фундамент? Его виды, этапы проектирования.

В этой статье вы подробно узнаете, что «Что такое мелководный фундамент? Типы мелкозаглубленного фундамента, критерии его проектирования и этапы».

Итак, приступим.

Неглубокий фундамент.

Структурные фундаменты могут быть сгруппированы по двум широким категориям – мелкозаглубленные фундаменты и глубокие фундаменты.

Данная классификация указывает на глубину заложения фундамента.

Неглубокий фундамент — это фундамент, который размещается на твердом грунте у земли и под самой нижней частью надстройки.

Глубокий фундамент — это фундамент, который размещается на нетвердом грунте и находится значительно ниже самой нижней части надстройки.

Точного определения, отличающего одно от другого, не существует.

Критерии проектирования для неглубокого фундамента.

При рассмотрении мелкозаглубленного фундамента для данной системы нагрузки фундамент должен соответствовать определенным проектным требованиям.

Три основных требования следующие:

1. Размещение фундамента, которое включает расположение и глубину фундамента, требует тщательного изучения прошлого использования участка и подробной информации о подповерхностном слое.

Размещение фундамента должно быть таким, чтобы любое влияние в будущем не повлияло отрицательно на его работу.

2. Безопасность в отношении несущей способности является требованием, которое включает в себя подходящие пропорции основания, чтобы избежать катастрофического обрушения грунта под фундаментом.

Это происходит, если прочность грунта на сдвиг недостаточна для того, чтобы выдержать приложенную нагрузку.

Посмотрите видео ниже, чтобы понять осадку мелкозаглубленного фундамента.

Это требование требует полного знания геотехнических свойств вовлеченных грунтов и горных пород.

3. Допустимая осадка фундамента включает проверку чрезмерной осадки конструкции.

Чрезмерная осадка возникает из-за деформации массива грунта в результате приложенных касательных напряжений и из-за консолидации поддерживающего грунта.

Опять же, требуется полное знание геотехнических свойств грунта для оценки ожидаемой осадки конструкции и времени, необходимого для ее завершения.

Типы мелкозаглубленного фундамента.

Фундаменты мелкого заложения подразделяются на несколько типов в зависимости от их размера, формы и общей конфигурации.

Они описаны ниже.

Этот тип мелкозаглубленного фундамента является наиболее распространенным из всех типов фундаментов, требующих минимальных затрат и сложности конструкции (##Рис.15.1а).

Обязательно обеспечивает функцию распределения нагрузки на колонну до значения, совместимого с прочностными и деформационными характеристиками грунта или горной породы, на которых расположен фундамент.

Эти типы фундаментов также известны как блочные фундаменты , изолированные фундаменты и квадратные или прямоугольные фундаменты (для отношения L/B менее 5).

Эти фундаменты образуются путем объединения двух или более колонн (даже с неравными нагрузками) в один фундамент.

Такое расположение усредняет и обеспечивает более или менее равномерное распределение нагрузки на поддерживающий грунт или горную породу и, таким образом, предотвращает неравномерную осадку.

Эти фундаменты обычно имеют прямоугольную форму, но могут быть изменены на трапециевидные, чтобы приспособиться к неравным нагрузкам на колонны (или колонны, расположенные близко к границам участка).

И снабжен ремнем для размещения колонн с широким интервалом или рядом с линиями собственности ## (рис. 15.1b).

Эти фундаменты поддерживают близко расположенные колонны или непрерывную стену, так что интенсивность нагрузки на поддерживающий грунт или скалу будет низкой и равномерной ## (рис.15.1в).

В таких фундаментах соответственно учитывается нагрузка на единицу длины.

Интенсивность нагрузки выражается в силе на единицу длины фундамента.

Эти фундаменты также называются ленточными фундаментами или стеновыми фундаментами (для отношения L/B больше 5).

Характеризуются тем, что колонны встраиваются в фундамент в двух направлениях.

Может быть размещено любое количество столбцов, их может быть всего четыре ## (рис.15.1г).

Фундаменты из матов марки

рекомендуются для бедных грунтов основания и когда общая площадь фундаментов превышает 50% от общей площади цоколя.

5.
Плавающие фундаменты.

Общая нагрузка конструкции может вызвать давление, превышающее безопасную несущую способность грунта, или чрезмерную осадку.

В таких случаях вместо изменения размера фундамента конструкция может размещаться на большей глубине.

Таким образом, вес вынутого грунта уменьшает общую нагрузку, и на грунт передается только чистая нагрузка (общая нагрузка — вес вынутого грунта).

Этот метод снижения полезной нагрузки за счет дополнительных земляных работ называется плавучим , а фундамент называется плавучим фундаментом .

Техника, при которой нагрузка на конструкцию частично регулируется за счет снятия нагрузки в связи с земляными работами, называется частичной флотацией , , а в случае полной корректировки — полной флотацией .

Эти методы подходят для легких конструкций на мягких или рыхлых грунтах, а также для тяжелых конструкций, возводимых на ограниченной площади.

Этапы проектирования мелкого фундамента.

Как правило, фундамент должен нести несущую стену или одну колонну или более одной колонны для поддержки конструкции.

Колонны обычно несут разные нагрузки в зависимости от местоположения и типа конструкции.

Каждая колонна должна нести различный тип нагрузки, и основные области — постоянные и временные нагрузки.

Кроме того, вся величина динамической нагрузки не воспринимается колонной в течение всего срока службы.

Следовательно, обычно считается эксплуатационной нагрузкой, которая будет воздействовать на колонну в течение всего срока службы, которая принимается как статическая нагрузка плюс 50% временной нагрузки для обычных зданий.

На складах и других складских этажах должен использоваться большой процент динамической нагрузки.

Расчет фундаментов колонн, основанный на эксплуатационных нагрузках, обычно является адекватным.

Фундаменты могут быть спроектированы с использованием следующей процедуры (Teng 1962):

1. Рассчитайте нагрузки, действующие на фундамент.

2. Получите профиль почвы или профили почвы, показывающие стратификацию почвы на участке.

3. Установите максимальный уровень воды.

4. Получите соответствующие полевые и лабораторные измерения и результаты испытаний.

5. Определите глубину и расположение фундамента.

6. Определить несущую способность несущего слоя.

7. Соотнесите размеры фундамента.

8. Проверьте контактное давление основания.

9. Проверьте устойчивость основания к скольжению, опрокидыванию и подъемному давлению.

10. Оценка общей и дифференциальной осадок.

11. Проектирование фундамента.

12. Оцените потребность в дренаже фундамента, гидроизоляции или гидроизоляции.

Читайте также: Определение полевой плотности грунта кернорезом.

Спасибо, что прочитали эту статью! Пожалуйста, не забудьте поделиться им.

Программное обеспечение для мелководных фундаментов

— Программное обеспечение SoilStructure

ПОЛНЫЙ АНАЛИЗ И ПРОЕКТ ФУНДАМЕНТОВ ПОВЕРХНОСТИ: НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ, АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ И ПРОЕКТ УСИЛЕНИЯ.

Скачать бесплатную демоверсию

Обновлено 18 октября 2019 г.

295,00 $ 600,00 $

Совместимость с Windows XP/Vista/7/8/10/11


Калькулятор рентабельности инвестиций (ROI)


SoilStructure SHALLOW FOUNDATION , версия 3 устраняет необходимость использования калькуляторов при расчете и проектировании фундаментов. Электронные таблицы трудно сохранить, и требуется много времени, чтобы выполнить всю конструкцию стабильности и армирования с использованием домашних инструментов. Это программное обеспечение для расстановки фундаментов доставит вам удовольствие и легкость при анализе мелкозаглубленных фундаментов. Эта программа рассчитывает несущую способность квадратных, прямоугольных, сплошных и круглых фундаментов в:

  • Зернистые почвы – почвы Фи
  • Связные грунты – С грунты
  • Смешанные почвы – почвы C-phi
  • Уровень грунтовых вод на поверхности земли или в любом месте ниже этой глубины

Программа также может работать в английской системе единиц и системе единиц СИ.

Программное обеспечение поддерживает системы Windows 7, 8 и 10.

В результате вы можете использовать SHALLOW FOUNDATION v2 для анализа:

  • Солнечные фундаменты
  • Фундаменты для поддержки знаков
  • Пешеходные мосты
  • Сборные металлические здания (PEMB)
  • Фундаменты зданий и
  • Любая конструкция, опирающаяся на неглубокий или сплошной фундамент

Это программное обеспечение для проектирования конструкций использует Terzaghi и Vesic для анализа несущей способности. Эта программа ссылается на книгу Foundation Design (3-е изд.) Coduto, Kitch & Yeung (2015) 2012 IBC & ACI 318-14.

МЕЛКИЙ ФУНДАМЕНТ может использоваться инженерами-строителями, поскольку угол трения, сцепление и уровень грунтовых вод часто представлены в большинстве отчетов о грунтах.

МЕЛКИЙ ФУНДАМЕНТ будет союзником инженера-геотехника, поскольку представлены как допустимая несущая способность, так и допустимые нагрузки на стены или колонны.

Новыми в версии 3 программного обеспечения Shallow Foundation являются следующие функции:

1.единицы СИ.

2. Круглые фундаменты.

3. Анализ устойчивости – факторы безопасности при скольжении, опрокидывании и подъеме.

4. До 4 тумб на одном раскладном основании.

5. Армирование с использованием американских, европейских или канадских стержней.

6. Динамические диаграммы, показывающие несущую способность и размеры устойчивости фундамента, а также керн, 4-х угловые опорные нагрузки И

7. Двухосный момент, сдвиг в обоих направлениях X и Y и подъемная нагрузка.

Вам понравится простота быстрого ввода и использование стандартных блоков. Трехстраничный отчет можно распечатать на бумаге или в формате PDF. Загружаемая версия будет разблокирована до полной лицензии после покупки.

Скриншоты

Скачать ДЕМО

Неглубокий фундамент | 4 Типы мелкозаглубленного фундамента

 

Фундамент — это основание, передающее нагрузку от надстройки на грунт под ним. Он отвечает за устойчивость всей конструкции.Существует 2 типа фундамента: мелкозаглубленный и глубокий. В этой статье мы обсуждаем мелкозаглубленный фундамент.

Примечание:   SBC относится к несущей способности грунта.

 

  Мелкий фундамент  

Мелкий фундамент также называют открытым или широким фундаментом.

Фундаменты, которые передают нагрузку на грунт в точке рядом с цокольным этажом здания, такие как полосы и плоты, называются мелкозаглубленными фундаментами.

Для этого типа фундамента глубина фундамента меньше или равна ширине фундамента.

Особенности мелкозаглубленного фундамента:

а. Глубина меньше или иногда равна ширине.

б. Он размещается непосредственно под самой нижней частью надстроек.

в. Распространяется больше по горизонтали, чем по вертикали.

д. Он передает нагрузки на недра на небольшой глубине, близкой к уровню земли.

 

  1. Типы мелкозаглубленных фундаментов 

Существует 4 типа мелкозаглубленных фундаментов. Это:

1. Ленточный фундамент

2. Ленточный фундамент

3. Матовый фундамент

4. Ростверковый фундамент

 

  1.1. Распространенный фундамент  

Этот фундамент также известен как фундаментная плита. В этом типе фундамента основание делают шире верха, чтобы распределить нагрузку от надстройки на большую площадь.

Этот тип фундамента подходит для стен и каменных колонн.

Эти фундаменты сооружаются после вскрытия траншей на необходимую глубину.

Экономичен при максимальной глубине 3 м.

При устройстве этого типа фундамента траншеи вскрываются на необходимую глубину и грунт хорошо утрамбовывается. Затем укладывается обычная бетонная смесь 1:4:8. Его толщина колеблется от 150 до 200 мм. Над этой кроватью сооружается каменная кладка. Он состоит из рядов, и каждый ряд выступает на 50–75 мм от верхнего ряда, а высота каждого ряда составляет от 150 до 200 мм.

В случае основания стены выступы предусмотрены только в одном направлении, а в случае колонн они предусмотрены в обоих направлениях.

Выступ бетона основания от нижнего слоя кладки фундамента обычно составляет 150 мм.

 

Типы фундаментов

Существует 3 типа фундаментов. Это:

а. Независимое основание / изолированное

b. Комбинированный фундамент

c.Непрерывный фундамент

 

а. Изолированные фундаменты колонн / изолированные фундаменты

Отдельные фундаменты строятся для каждой колонны в изолированных фундаментах колонн.

Для безопасного и равномерного распределения нагрузки колонн по грунту размер фундамента соответствует требуемой площади.

Фундаменты такого типа обычно сооружаются на бетонном основании толщиной 100 или 150 мм.

Инженеры-проектировщики оценивают необходимое армирование и толщину фундамента.

Толщина основания может быть одинаковой или иногда меняться.

 

б. Комбинированные фундаменты

В этом типе фундаментов две или более колонн поддерживаются одним основанием.

Этот тип фундамента требуется, когда колонна находится очень близко к границе собственности и, следовательно, бесполезно устанавливать фундамент намного дальше поверхности колонны.

Фундамент может быть прямоугольным или иногда трапециевидным.

Фундамент должен быть спроектирован и сконструирован таким образом, чтобы нагрузки от обеих колонн безопасно передавались на грунт.

Для соединения двух колонн предусмотрена ленточная балка.

 

в. Непрерывные фундаменты

В непрерывных фундаментах фундамент является общим для более чем двух колонн в ряду.

В случае, если колонны в ряду расположены ближе или если SBC грунта низкий, более применим сплошной фундамент.

 

  1.2. Ленточный фундамент  

Ленточный фундамент — это независимый фундамент из двух колонн, соединенных балкой.

Бывает четырех видов.

Это:

а. Фундамент стены

b. Фундамент перевернутой арки

c. Внецентренно нагруженный фундамент

d. Смещенный и ленточный (консольный) фундамент

 

а. Фундамент перевернутой арки

Этот тип фундамента применим для участков, где SBC грунта невероятно беден, а нагрузка конструкции приходится на стены.

Таким образом, между стенами строятся перевернутые арки.

Торцевые стены должны выдерживать направленную наружу горизонтальную нагрузку из-за действия арки. Значит, он должен быть достаточно толстым и прочным.

Наружные стены могут быть снабжены стенками-контрфорсами для их усиления.

 

б. Фундамент с внецентренной нагрузкой

Насколько это практически возможно, форма и пропорции фундамента должны быть такими, чтобы центр тяжести приложенных нагрузок совпадал с ЦТ опорной области основания.

Но основание, имеющее такую ​​форму, что центр тяжести не совпадает с центром тяжести опорной области основания, называется основанием с внецентренной нагрузкой.

 

  1.3. Фундамент из матов / стропила

Всякий раз, когда нагрузка на колонну велика (многоэтажная колонна) или когда SBC грунта низкий, фундаменты перекрывают друг друга.

В такой ситуации целесообразно предусмотреть общее основание для нескольких колонн, и такое основание называется матовым основанием.

Распределение нагрузки в этом основании равномерное.

Его также называют стропильным фундаментом.

Сплошной фундамент, в котором балки установлены в обоих направлениях над плитой основания для соединения колонн, может называться решетчатым фундаментом. Осадка в этом типе основания равномерна, поэтому лишние напряжения не возникают.

 

Типы матов:

a. Плита (сплошная) — до 30 см

б. Плита и балка-плита > 30 см

c.Ячеистая плита > 90 см

 

  1.4. Фундамент ростверка

Большинство высотных зданий построено из стальных колонн, залитых бетоном. Такие типы колонн несут очень большую нагрузку и, следовательно, требуют специальных фундаментов для распределения всей нагрузки на большую площадь почвы.

So Ростверковый фундамент является одним из таких специальных фундаментов, который используется там, где нагрузка на конструкцию чрезмерна, а несущая способность грунта плохая и глубокий фундамент невозможен.

Имеет один или несколько ярусов Стальных балок двутаврового сечения .

Верхние ярусы состоят из меньшего количества, но больших стальных секций, а нижний ярус состоит из большего количества, но стальных секций меньшего размера.

Через опорную плиту; нагрузка колонны переносится на верхний ярус.

Неокрашенные балки ростверка заливают бетоном за кромку стальных профилей с минимальным защитным слоем 100 мм.

Между полками смежных балок ростверка должно оставаться минимальное свободное пространство 75 мм, что обеспечивает надлежащее бетонирование.

Разделители труб используются для сохранения расстояния.

 

По материалу фундамента ростверковый фундамент бывает двух типов.

а. Деревянный ростверк:

Применяется в основном для кладки фундамента стен. Он позволяет избежать дифференциального расчета .

б. Стальной ростверк:

Используется для переноса тяжелых грузов от стальных колонн и распределения их в грунте с малой несущей способностью.

 

 

Образовательная платформа группы Наба Будда

Нелинейная модель мелкозаглубленного фундамента на основе Винклера для оценки характеристик сейсмически нагруженных конструкций фундамент может испытывать скользящие, оседающие и раскачивающие движения. Если мощность фундамента мобилизована, граница раздела грунт-фундамент будет рассеивать значительное количество вибрационной энергии, что приведет к снижению требуемой конструкционной силы.Это рассеивание энергии и снижение требуемой силы могут повысить общую производительность конструкции, если будут учтены потенциальные последствия, такие как чрезмерный наклон, осадка или выход из строя подшипника. Несмотря на эту потенциальную выгоду, строительные нормы и правила, особенно для нового строительства, не рекомендуют проекты, позволяющие мобилизовать мощность фундамента. Это неприятие использования взаимодействия грунт-фундамент-конструкция (SFSI) в качестве расчетного неупругого механизма может быть связано с вполне обоснованным беспокойством о том, что в характеристиках грунтов существуют значительные неопределенности.

Что еще более важно, отсутствуют хорошо откалиброванные инструменты моделирования в сочетании с упрощенными протоколами выбора параметров. В этой работе численная модель, основанная на концепции балки на нелинейном основании Винклера (BNWF), разработана для отражения упомянутого выше поведения основания. Модель BNWF выбрана из-за ее относительной простоты, легкости калибровки и приемлемости в инженерной практике. Предполагается, что граница раздела грунт-фундамент представляет собой совокупность дискретных нелинейных элементов, состоящих из пружин, демпферов и щелевых элементов.Кривые рессорной основы, обычно используемые для моделирования отклика грунта на сваи, берутся за основу и в дальнейшем модифицируются для их полезности при моделировании неглубокого основания. Оценка модели и связанного с ней протокола выбора параметров проводится с использованием набора экспериментов с центрифугами, включающих квадратные и ленточные фундаменты, модели мостов и зданий, статические и динамические нагрузки, испытания с песком и глиной, ряд вертикальных коэффициентов безопасности и соотношений сторон. Отмечено, что модель может разумно прогнозировать экспериментально измеренную реакцию основания с точки зрения момента, сдвига, осадки и требований к вращению.Кроме того, общая гистерезисная форма кривых момент-вращение, осадка-вращение и сдвиг-скольжение разумно улавливается. Однако модель постоянно занижает оценку скользящего спроса, измеренного в экспериментах, возможно, из-за отсутствия связи между вертикальным и латеральным режимами реакции. После проверки модели исследуется чувствительность входных параметров с использованием анализа диаграммы торнадо и метода первого порядка и второго момента (FOSM). Среди параметров, необходимых для моделирования BNWF, способность вертикального растяжения и угол трения оказывают наиболее значительное влияние на способность модели учитывать требования силы и смещения.Затем модель отрабатывается путем изучения отклика систем «стена-стена-фундамент» и «стена-стена-рамка-фундамент». Эти анализы показывают, что при надежном количественном определении и проектировании SFSI имеет большой потенциал для снижения сейсмических сил на уровне системы и требований к дрейфу между этажами. Наконец, предлагаемая модель реализована в рамках OpenSees (пакет программного обеспечения для конечных элементов с открытым исходным кодом, разработанный Тихоокеанским исследовательским центром землетрясений) для поощрения ее использования в инженерном сообществе.

Больше информации Меньше информации

Закрывать

Введите пароль, чтобы открыть этот файл PDF:

Отмена Ok

Подготовка документа к печати…

Отмена

Применение модели гибридной адаптивной нейро-нечеткой системы логического вывода

Моделирование осадки в связных материалах является важной проблемой из-за сложности структуры связного грунта. В этом исследовании делается упор на реализацию недавно разработанных моделей машинного обучения, называемых гибридной адаптивной нейро-нечеткой системой вывода (ANFIS) с алгоритмом оптимизации роя частиц (PSO), оптимизатором муравьиной колонии (ACO), дифференциальной эволюцией (DE) и генетическим алгоритмом (GA). ) в качестве эффективных подходов к прогнозированию осадки мелкозаглубленного фундамента по связным свойствам грунта. Ширина фундамента ( B ), давление фундамента ( q a ), геометрия фундамента ( L / B ), количество ударов SPT ( N ) и коэффициент заделка основания ( Df / B ) рассматриваются как прогностические переменные.Неоднородность и противоречивость используемого набора данных является серьезной проблемой при моделировании прогнозов. Следовательно, были проверены два разных сценария моделирования (i) предварительно обработанный набор данных (PP) и (ii) необработанный (исходный) набор данных (NP). Для оценки точности примененных гибридных моделей и автономной модели были рассчитаны и проанализированы несколько статистических показателей на этапах обучения и тестирования. Результаты показали, что модель ANFIS-PSO продемонстрировала точные и надежные интеллектуальные данные прогнозирования и имела самые высокие показатели предсказуемости по сравнению со всеми используемыми моделями.Кроме того, результаты показали, что предварительная обработка данных крайне важна перед построением прогностических моделей. В целом, модель ANFIS-PSO продемонстрировала надежное машинное обучение для прогнозирования осадок.

1. Введение
1.1. Предыстория исследований

На практике обычно встречаются три типа осадки мелкозаглубленных фундаментов: немедленная осадка, осадка консолидации и осадка вторичного сжатия [1]. Немедленная осадка возникает, когда нагрузка прикладывается сразу после инициирования конструкции.Это в первую очередь следствие искажения и переориентации зерен почвы. Расчет консолидации, с другой стороны, зависит от времени и обычно занимает больше времени. Это происходит из-за рассеивания давления воды с течением времени. Вторичная осадка при сжатии приводит к ползучести грунта; это вязкое течение под нагрузкой без изменения эффективного напряжения. Общая осадка фундамента представляет собой сумму трех вышеуказанных компонентов. Для несвязных грунтов единственным источником беспокойства является немедленная осадка, в то время как консолидация и вторичная осадка при сжатии являются основными факторами, связанными со связными грунтами.

Как правило, отложения песка более неоднородны, чем отложения глины; следовательно, в отложениях песка, вероятно, будет более высокая дифференциальная осадка по сравнению с отложениями глины [2]. Из-за высокого уровня водопроницаемости несвязных грунтов требуется более короткое время для осадки после приложения нагрузки [3]. Результатом такой быстрой осадки является относительно быстрая деформация надстройки и, как следствие, неспособность сократить ущерб и предотвратить дальнейшую деформацию. Кроме того, структурные отказы могут быть результатом чрезмерной осадки [4].Проект мелкозаглубленных фундаментов в основном контролируется двумя основными критериями: осадкой фундамента и несущей способностью основания. Однако осадка часто определяет процесс проектирования, а не несущую способность; в основном это происходит, когда ширина фундамента превышает 1 метр (3-4 фута) [5]. Поэтому прогноз осадки является важным и важным критерием при проектировании мелкозаглубленных фундаментов.

На несвязных грунтах прогноз осадки мелкозаглубленных фундаментов сложен и требует понимания, поскольку осадка определяется многими неопределенными и не поддающимися количественной оценке факторами [6].Некоторые из этих неопределенных факторов включают распределение приложенного напряжения [7], напряженно-деформированные свойства грунта, сжимаемость грунта и сложность получения ненарушенных образцов несвязного грунта для лабораторных испытаний [8].

1.2. Обзор литературы и мотивация исследований

В геотехнической литературе имеется несколько методов (теоретических и экспериментальных) для прогнозирования осадки мелкозаглубленных фундаментов на нескольких типах грунтов [2, 9–14].Как показано на Рисунке 1, обычно несколько переменных связаны с величиной осадки грунта, такими как чистое приложенное давление ( q o ), коэффициент Пуассона грунта (), средний модуль упругости грунта ( E s ) и размеры фундамента ( B и L ). Таким образом, поведение осадки является очень сложной инженерно-геологической проблемой из-за связи с различной изменчивостью.


Из-за сложности получения ненарушенных образцов для несвязных грунтов многие методы прогнозирования осадки были сосредоточены на корреляциях между исследованиями на месте, такими как стандартное испытание на проникновение (SPT) [15], испытание на проникновение конуса (CPT) [16], испытание дилатометром [17], испытание нагрузкой пластины [18] и испытание нагрузкой винтовой пластины.В большинстве доступных методов задача упрощается за счет введения нескольких допущений, связанных с факторами, влияющими на расчет. В результате эти доступные методы (от чисто эмпирических до сложных нелинейных конечных элементов) не могут обеспечить последовательный и точный прогноз осадки [19]. В литературе несколько сравнительных исследований с использованием моделей машинного обучения продемонстрировали несоответствие величин предсказания оседания. Следовательно, надежная альтернативная модель всегда является источником вдохновения ученых-геотехников для исследований и исследований [20]. Модели машинного обучения продемонстрировали новую эру методологий моделирования для различных инженерных приложений [21–27]. Примерно три десятилетия назад в этой области были введены модели искусственных нейронных сетей (ИНС) в рамках определения расчетов [28–32]. За этим последовало несколько реализаций за последние два десятилетия с использованием различных моделей ИИ, включая программирование экспрессии генов [33, 34], метод опорных векторов [35], метод опорных векторов методом наименьших квадратов [36] и нейро-нечеткую сеть [37, 38]. ].Среди нескольких моделей ИИ, о которых сообщалось в литературе, модель адаптивной нейронно-нечеткой системы вывода (ANFIS) продемонстрировала выдающийся метод моделирования в области геотехнической инженерии [39]. Это связано с его надежностью в захвате высокой комплексной нелинейности и нестационарности набора экспериментальных лабораторных данных. Однако основным недостатком, связанным с автономными моделями ИИ, является внутренняя настройка гиперпараметров и, таким образом, интеграция этих моделей с алгоритмами биоинспирированной оптимизации и создание так называемой гибридной модели — это эпоха стратегии моделирования для моделирования сложных инженерных задач [40–40]. 42].В текущем исследовании изучается возможность реализации четырех различных алгоритмов, вдохновленных природой (т. е. PSO, ACO, DE и GA), для настройки модели ANFIS в качестве прогностической парадигмы для моделирования осадки неглубокого фундамента. Выбор этих оптимизаторов обусловлен их способностью настраивать внутренние параметры моделей ИИ, что подтверждается несколькими авторитетными исследованиями в литературе [43, 44].

1.3. Цели исследования

На основании текущих исследований было предложено разработать гибридную модель интеллектуального анализа данных, основанную на интеграции биоинспирированных алгоритмов оптимизации с моделью ANFIS, с целью достижения более надежных и надежных результатов прогнозирования оседания.Исследуемая гибридная модель была проверена на жизнеспособность при малозаглубленной осадке фундамента в пределах свойств связного грунта. Основным преимуществом предлагаемых моделей является возможность моделировать нелинейную связь между входными данными (коррелированными атрибутами) и выходными данными (целевой переменной) без необходимости заранее определенной формулировки. Кроме того, эта концепция больше похожа на введенные методологии прогнозирования расчетов, но с дополнительным преимуществом, заключающимся в интеллектуальном анализе сложного механизма изменчивости расчетов.

2. Прикладные гибридные модели

Модели мягких вычислений в основном используются для объяснения сложных инженерных задач, которые являются стохастическими и нелинейными. Это тот случай, когда традиционные модели не могут быть адекватно применены. SC — это базовая форма искусственного интеллекта, которая может быть реализована для решения сложных приложений с использованием аспекта разумного поведения человеческого мозга. Кроме того, моделирование мягких вычислений следует базовой концепции черного ящика, что не требует предварительного знания исследуемой проблемы.Кроме того, в мягких вычислениях можно рассматривать как частичную истину, так и приближение.

2.1. Адаптивная нейро-нечеткая система вывода (ANFIS)

Концепция нечеткой логики (FL) была задумана несколько лет назад как метод обработки данных, допускающий частичное членство во множестве [45]. Метод анализа данных FL был в основном популярен, потому что люди не собирались вводить точные числовые данные. Его основные преимущества включают предоставление простого способа сделать вывод на основе зашумленных или неточных входных данных [46, 47].Правильное знание формы и типа нечетких правил, а также функций принадлежности важно для достижения наилучших результатов. Однако в некоторых случаях требуется использование трудоемких методов, таких как пробы и ошибки. Модель можно обучить с помощью искусственных нейронных сетей. Гибридная комбинация нейронных сетей с нечеткими системами может дать более надежную модель с многочисленными преимуществами [48, 49].

Таким образом, нейро-нечеткая система может рассматриваться как гибридный алгоритм, который может принимать решения на основе нечеткого и, в то же время, современного метода мягких вычислений в терминах ИНС.Jang представил ANFIS в 1993 году, а нечеткая система Sugeno была разработана на основе обучаемости ANN [50]. В нечеткой системе основными и наиболее важными компонентами являются правила. Требуемые правила будут оптимизированы с использованием ИНС [51, 52].

Первая предложенная модель ANFIS имела пять уровней. Схематическая структура ANFIS представлена ​​на рисунке 2(b). Используемые правила следующие: где A 1 A 2 и B 1 B 2 — функции принадлежности для 74, 57 соответственно.


На уровне 1 каждый узел представляет собой квадратный узел, создающий уровни членства. Используя функцию принадлежности, входные данные ( x и y ) будут переведены в лингвистические термины: где входное значение для узла и лингвистический термин. Кроме того, функция принадлежности . Доступные типы функций принадлежности: гауссовы, треугольные и трапециевидные. Функция Гаусса имеет следующую формулу: где и — предшествующие параметры.

Аналогично, во втором слое каждый узел является круговым, и результат будет получен с использованием следующей функции: где весовое влияние правила. В третьем слое узлы вычисляют отношение веса правил, деленного на сумму всех весов, следующим образом:

Все узлы четвертого слоя являются квадратными, имеющими следующую функцию:где выход третьего слоя. , , и – последующие параметры.

Наконец, пятый слой состоит только из одного кругового узла (∑) следующим образом:

Схематическое изображение моделирования ANFIS представлено на рисунке 2.

Здесь рассматриваются пять функций принадлежности (функция Гаусса) для каждой входной переменной и пять функций принадлежности (линейная функция) для выходной. Всего предлагаемая модель ANFIS имеет 80 параметров (50 предшествующих параметров и 30 последующих параметров), которые были оптимизированы с помощью предложенных алгоритмов оптимизации, вдохновленных природой.

2.2. Алгоритм оптимизации роя частиц (PSO)

Алгоритм PSO был разработан как метод оптимизации, основанный на поведении и движениях сообщества птиц, рыб и насекомых.Он был введен Рейнольдсом, когда он рассматривал 3 типа операторов, обозначенных как выравнивание, разделение и сцепление. Алгоритм был смоделирован по подобию группы частиц, движущихся в пространстве поиска в попытке достичь оптимальной точки. Частицы в пространстве поиска регулируют свое движение на основе собственного опыта и опыта других частиц [52–54]. Точно так же они регулируют свою скорость, основываясь на собственном опыте и опыте других частиц.Они меняют свое положение относительно положения/скорости/расстояния лучшей частицы. Правило обновления частиц выглядит следующим образом: with, где и rand — положение, направление, вес локальных данных, вес глобальных данных, наилучшее положение частиц, наилучшее положение роя и случайное значение соответственно. Следующие уравнения используются для обновления скоростей частиц: В приведенном выше уравнении три основных условия — это инерция, личное влияние и социальное влияние соответственно.На рис. 3(а) представлена ​​блок-схема PSO.

2.3. Алгоритм оптимизации колоний муравьев (ACO)

Дориго представил систему колоний муравьев несколько лет назад, но в последние годы многие исследователи сосредоточились на расширенных версиях системы муравьев [55]. Поскольку ACO может решать статические и динамические задачи, они применимы в нескольких задачах оптимизации. Такие действия, как добыча пищи (поиск пищи), совместный транспорт, разделение труда и сортировка расплода, регулируются тем, что обычно известно как стигмергия, которая позволяет им достичь самоорганизации.Хотя в муравьиной колонии есть и простые особи, ее можно считать одной из самых сложных, но хорошо организованных природных структур.

Феромон, вырабатываемый муравьями, отслеживается другими муравьями, чтобы найти кратчайший путь к источнику пищи. Этот алгоритм использует аналогичную процедуру для достижения оптимальной точки в пространстве поиска. Муравьи могут двигаться только вперед или назад; следовательно, муравьи будут применять пошаговый процесс принятия решений, чтобы найти наилучшее решение данной проблемы [56–58].На рисунке 3(b) представлена ​​рабочая блок-схема ACO.

2.4. Алгоритм дифференциальной эволюции (DE)

Некоторые целевые функции в реальных инженерных задачах являются дискретными, нелинейными или многомерными, а некоторые могут иметь локальные минимумы. В таких случаях для получения решения требуется популяционный алгоритм со стохастическими характеристиками. Это качество достигается в алгоритме дифференциальной эволюции (DE), введенном Сторном и Прайсом в 1996 г. [59, 60]. Для оптимизации функции с n действительными параметрами векторы будут выглядеть следующим образом: где G — номер поколения.Определение верхней и нижней границ для каждого параметра даст

Начальные значения параметров будут выбраны случайным образом с одинаковой вероятностью. Блок-схема алгоритма DE представлена ​​на рисунке 3(c).

2.5. Генетический алгоритм (ГА)

ГА был разработан как алгоритм эволюционного поиска, основанный на дарвиновском принципе естественного отбора для решения задач оптимизации [61]. Алгоритм начинается со случайной генерации исходной популяции, прежде чем перейти к оценке приспособленности особей с использованием функции приспособленности.Следующим этапом является этап выбора с использованием таких методов, как колесо рулетки. Двумя операторами, в основном используемыми алгоритмом для создания нового потомства, являются скрещивание и мутация [62, 63]. На рис. 3(d) представлено схематическое представление ГА.

Оптимизированные параметры ANFIS (предшествующие и последующие параметры) через алгоритм PSO (превосходная модель) представлены в таблице 1.

0,05

модель Функция членства Антиэлентные параметры Последовательные параметры
вход (1) вход (2) вход (3) вход (4) вход (4)
A B б б б б функции принадлежности р д r s t u 90 922

PP-ANFIS-PSO Гауссов 0. 19 0,32 0,61 1,36 3,17 22,09 314,79 -80,31 6,03 10,52 Линейный 0,93 2,40 -0,37 1,74 0,37 0,93
0.74 -0.43 -2.60 -12.094 -2.58 -2.58 118.28 118.28 102.33 -314.42 — 0,92 14.53 0,05 -0,01 0,04 0,08 0,05
0,28 1,19 1,10 -0,25 5,51 26,88 50,34 246,10 5,52 1.87 -0.85 -0.85 -0922 —0.62 -0.09 -0.33 -0.33 -1.57 -1.57 -0916
0,16 0.48 0. 88 2.84 5,61 36,49 83,30 77,74 1,83 9,18 -4,16 0,70 -0,71 -0,07 -2,84 -4,16
0,28 0,58 -0.95 -0.95 -1.33 80922 8.41 6.82 — 108.56 309.75 4.16 -3.63 -3.63 -2.05 -2.03 -8 -2.2.6. Показатели производительности прогнозирования

В этом исследовании был рассчитан индекс средней производительности (MP) для оценки предложенных гибридных моделей интеллектуального анализа данных. Основным достоинством этого индекса является включение всех показателей производительности, включая среднеквадратичную ошибку (RMSE), среднюю абсолютную ошибку (MAE), индекс Легата и МакКейба (LMI), коэффициент корреляции (CC), индекс Уиллмотта (WI), относительная среднеквадратическая ошибка (СКО) [41, 64–67]. Метрика MP может быть выражена математически следующим образом [68]: где , , , , , и являются стандартизированными значениями используемых показателей эффективности модели (гибридных моделей ANFIS) и могут быть вычислены следующим образом:

3. Описание данных и Разработка входной модели

Предлагаемые гибридные и автономные модели ANFIS были построены для этапов обучения и тестирования с использованием полевых измерений осадки неглубокого основания. Полученные данные соответствуют размерам фундамента и свойствам грунта по 188 наблюдениям [69].Основываясь на инженерно-геологических перспективах, осадка связана с несколькими вариациями, такими как ширина основания ( B ), сжимаемость грунта в пределах эффективной глубины воздействия и чистое давление основания ( q a ). Другие переменные, такие как коэффициент заглубления фундамента ( Df / B ), отношение длины геометрии фундамента к ширине ( L / B ) и количество ударов SPT () являются связанными переменными, рассматриваемыми для построения входного атрибута. матрица расчетного прогноза.Подробная информация об использованных наборах данных на этапах обучения и тестирования представлена ​​в таблице 2. Набор данных представляет собой широкий диапазон вариаций. Необработанный набор данных был разделен на 133–55 наблюдений для этапов обучения-тестирования, тогда как предварительно обработанный набор данных был разделен на 129–50 наблюдений для этапов обучения-тестирования. Оптимальное разделение данных было достигнуто методом проб и ошибок в соответствии с полученными показателями предсказуемости.

DF / B + +

9 124.9 N 7 55,0

Параметры Сценарий Фаза Количество образцов Максимальная Минимум Среднее Стандартное отклонение

B ( m) Необработанный набор данных Обучение 133 60. 0 0,8 8,2 9,2
кв (кПа) 697,0 18,3 186,0 123,7
Н 60,0 4,0 24,6 13.2
L / B 10.6 1.0 1.0 2.2 1.7
3.4 0.0 0.5 0.5
Sm (мм) 121,0 0,6 20,0 26,1
B (м) Испытание 55 55,0 0,9 10,1 11.9
9094 × (KPA) (KPA) 584.0 25.0 189.6 189,6 120,9
N 60,0 4,0 24.5 14. 2
л / B 9,9 1,0 2,2 2,0
Df / B 3,0 0,0 0,6 0,7
Разрешение (мм ) 120922 120.0 1.0 21.9 21.9 21.4

Предварительный набор данных Обучение 129 129 60.0 0,8 7,8 9,0
кв (кПа) 697,0 18,3 189,2 124,2
Н 60,0 4,0 24,8 12.7
L / B 10.6 10.6 1.0 2.2 1.7
DF / B 3. 4 0.0 0.5 0.5
Sm (мм) 116,0 0,6 18,3 23,8
B (м) Испытание 50 41,2 0,9 8,1 9.3
Q (KPA) 584.0922 584.0 196.2 196.2 124.9
5.0 25.2 13.3
л / B 9,9 1,0 2,2 2,0
Df / B 3,0 0,0 0,7 0,7
Разрешение (мм ) 120.0 1.0 17.0 17.4 24.4 24.4

4.
Нанесение, анализ и обсуждение

Основная мотивация текущих исследований является расследование жизнеспособности различных версии гибридных моделей ANFIS для прогнозирования неглубокой осадки фундамента.Ограничения эмпирической формулировки для моделирования точной взаимосвязи между осадкой грунта и этими различными нагрузками на фундамент и свойствами грунта подчеркивают необходимость реализации моделей анализа данных, в которых можно исследовать более надежные и надежные прогностические модели для настройки внутреннего механизма между зависимыми и независимые переменные. Действительно, предложение такой надежной прогностической модели на основе данных может способствовать возможности надежного проектирования фундамента в дополнение к различным инженерно-геологическим перспективам.Разработанные гибридные модели ANFIS оцениваются в различных сравнениях в соответствии со статистическими показателями, диагностическими графиками и распределениями ошибок между лабораторными измерениями и вычисленными расчетными значениями на этапах обучения и тестирования.

Используя числовую проверку, в таблицах 3 и 4 приведены показатели производительности (RMSE, MSE, LMI, CC, WI и SRMSE) для классических ANFIS, ANFIS-PSO, ANFIS-ACO, ANFIS-DE и ANFIS-GA и для двух исследованных сценариев (т. е. PP и NP).Как правило, выполнение разработанных моделей на этапе обучения показало более высокую предсказуемость по сравнению с этапом тестирования и для обоих сценариев. В обоих сценариях и на этапе обучения гибридная модель ANFIS-PSO продемонстрировала наилучшие результаты прогнозирования осадки с минимальными показателями абсолютной ошибки (RMSE = 6,1 мм и MAE = 3,5 мм) для предварительно обработанного набора данных и (RMSE = 8,09 мм и MAE = 4,92 мм) для необработанного набора данных. Лучше всего это можно объяснить благодаря потенциалу оптимизатора роя частиц в настройке параметров функции принадлежности модели прогнозирования ANFIS.Это синхронизируется с различными другими прикладными инженерными задачами [70–72]. С другой стороны, предварительная обработка данных продемонстрировала отличную процедуру получения более значимой информации для прогнозной модели. Другими словами, предварительная обработка данных предоставила более обнаружимую информацию для процесса обучения установленных моделей прогнозирования интеллекта. На этапе тестирования модель ANFIS-PSO продемонстрировала наилучшие результаты прогнозирования расчетов с минимальными показателями абсолютной ошибки (RMSE = 9.02 мм и MAE = 6,5 мм) для предварительно обработанного набора данных и (RMSE = 14,1 мм и MAE = 9,88 мм) для необработанного набора данных.

90 915

Модель СКО (мм) МАИ (мм) LMI CC WI SRMSE

фаза обучения
PP-ANFIS 9.912IS88 5,04 0,66 0,94 0,97 43,05
PP-ANFIS-PSO 6,10 3,50 0,76 0,97 0,98 33,35
PP-ANFIS -De 16. 94 11.45 0.22 0.22 0,22 0.79 92.54 92.54
PP-ANFIS-ACO 17.24 11.95 0.19 0.69 0,79 94,22
ПП-ANFIS-GA 8,17 5,96 0,60 0,94 0,97 44,64

Испытание фазы
PP-Anfis
PP-ANFIS 13.47 8.87 0.38 0.38 0.92 76.87
ПП-ANFIS-ПСО 9,02 6,50 0,54 0,93 0,96 51,47
ПП-ANFIS-ДЕ 20,21 14,07 0,01 0,57 0.71 115.39
PP-ANFIS-ACO 20. 84 14.74 14.74 -0.03 -0.03 0.55 0.70 118.96 118.96
PP-Anfis-Ga 11.59 8,34 0,42 0,88 0,94 66,17

SRMSE 90 921


Модель СКО (мм) МАЯ (мм ) LMI CC WI
+ фазы обучения
NP-ANFIS 8.38 5,84 0,65 0,95 0,97 41,99
NP-ANFIS-ПСО 8,09 4,92 0,71 0,95 0,97 40,49
NP-ANFIS -De 17.54 12. 12 12.12 0,28 0,28 0.82 87.83 87.83 97.83
NP-ANFIS-ACO 18.26 13.05 0.23 0.71 0,81 91,44
NP-ANFIS-GA 12,18 7,47 0,56 0,89 0,93 60,97

Испытание фазы
NP-ANFIS 16.30 16.30 10.82 0.41 0.86 0.92 74.57
NP-ANFIS-ПСО 14,10 9,88 0,46 0,86 0,93 64,49
NP-ANFIS-ДЕ 20,73 14,83 0,19 0,66 0.79 94.87 94.87
NP-ANFIS-ACO 21. 54 15.95 15.95 0,13 0,64 0,77 98.56 98.56
NP-Anfis-Ga 16.58 12.17 12.17 0.34 0.0.09 0.89 75.85 75.85

Рисунки 4 и 5DISPLAY Средняя производительность (MP) Индекс всех вычисленных мер изменений в дополнение к теплу карта для обоих рассмотренных сценариев моделирования PP и NP соответственно. На рисунках 4(a) и 5(a) показан этап обучения моделей, а на рисунках 4(b) и 5(b) — этап тестирования. В соответствии с выявленными числовыми показателями в таблицах 3 и 4 гибридные модели ANFIS-PSO показали точный прогноз осадки мелкозаглубленного фундамента с превосходным значением индекса MP.

Производительность примененных гибридных моделей была проверена с использованием графиков рассеяния. Точечная диаграмма — отличный метод графической оценки для отображения разницы между измеренной осадкой и расчетом компьютерной модели (см. рис. 6). На основе дисперсии вокруг линии соответствия и величины коэффициента корреляции можно определить наилучшую прогностическую модель. На рис. 6 показана лучшая гибридная прогностическая модель (т. е. ANFIS-PSO) для обоих исследованных сценариев, а также на этапах обучения и тестирования.С одной стороны, на этапе обучения (рис. 6(а)), PP-ANFIS-PSO достиг R 2 0,934, а NP-ANFIS-PSO достиг R 2 0,904. С другой стороны, этап тестирования показал, что PP-ANFIS-PSO достиг R 2 0,865, а NP-ANFIS-PSO достиг R 2 0,741. Это нормальный процесс обучения, так как обычно этап тестирования работает немного хуже, чем этап обучения. Это может быть связано с отсутствием ценной информации, не понятой в совершенстве.

Диаграммы Тейлора были рассчитаны для прикладных прогностических моделей ANFIS, ANFIS-PSO, ANFIS-ACO, ANFIS-DE и ANFIS-GA для обоих этапов моделирования (обучение и тестирование) и для обоих изучаемых сценариев (см. рис. 7 и 8) , соответственно. Диаграмма Тейлора представляет собой сводку различных статистических показателей, включая корреляцию, стандартное отклонение и среднеквадратичное значение. В соответствии с согласованием прогностических моделей из эталона (наблюдаемых расчетных записей) модели оцениваются.Таким образом, карта Тейлора обеспечивает превосходное графическое представление точности моделей. На рисунках 8(a) и 8(b) (сценарий с предварительно обработанным набором данных) показан гибридный ANFIS-PSO, скоординированный в ближайшей позиции к наблюдаемым измерениям осадки со значением корреляции более 0,95 для этапа обучения и 0,92 для этапа тестирования, тогда как ANFIS-ACO а ANFIS-DE показал самое большое расстояние от наблюдаемой контрольной записи, что означает наихудшую эффективность прогнозирования.

Среди всех исследованных моделей гибридного интеллекта возможности ANFIS-PSO продемонстрировали превосходящий потенциал по сравнению с другими моделями.Это явно свидетельствует о производительности алгоритма Particle Swarm Optimization для настройки внутренних параметров модели ANFIS и, в частности, для моделирования исследуемой геотехнической проблемы, «т. е. неглубокой осадки фундамента». Стоит подчеркнуть, что способность алгоритма PSO была одобрена для оптимизации модели ANFIS для нескольких инженерных приложений, таких как транспортировка наносов в русле, оптимизация формы берега бассейна, прочность на сжатие неповрежденной плотвы, коэффициент трения забивных свай, вес нефтяных флокулированных асфальтенов. процент и ряд других [73–77].

Основываясь на полученных результатах моделирования, еще лучше выделить некоторые важные критические наблюдения, которые будут установлены в будущих исследованиях. На расчетный анализ влияет определенный уровень неопределенности, связанный с переменными, влияющими на расчетное поведение. Большинство существующих методологий, предназначенных для прогнозирования осадки на несвязных грунтах, не учитывают компонент неопределенности при моделировании. Следовательно, объединение модели Монте-Карло с предлагаемой гибридной моделью ANFIS-PSO может предоставить практические инструменты проектирования для области инженерно-геологических работ, где исследуется проверка неопределенностей, связанных с переменными, влияющими на прогнозирование осадки. Это очень полезный вероятностный подход в том смысле, что он может преодолеть проблемы детерминированных методов и предоставить инженерам-геотехникам некоторое руководство относительно уровня риска (т. е. степени неопределенности), связанного с прогнозируемой осадкой. Изучение других вдохновленных природой алгоритмов для оптимизации модели ANFIS может быть дополнительно изучено для повышения точности прогнозирования [78–80].

5. Заключение и примечания

В этом исследовании основное внимание уделялось реализации недавно разработанной модели гибридного интеллекта, основанной на интеграции модели ANFIS с различными алгоритмами биоинспирированной оптимизации (например,г., PSO, ACO, DE и GA). Основная цель настоящего исследования заключается в создании точной интеллектуальной модели прогнозирования осадки фундамента неглубокой застройки. Разработанные прогностические модели были проверены на измерениях больших полей, собранных из литературы из открытых источников. Были выполнены два различных сценария моделирования, основанные на обработке данных. Среди четырех гибридных моделей ANFIS-PSO продемонстрировал точный результат прогнозирования с самым высоким значением корреляции R 2 0.865 и минимальные измерения абсолютной ошибки (RMSE = 9,02 мм и MAE = 6,5 мм) для этапа тестирования и в рамках сценария предварительной обработки данных. Предложение гибридной интеллектуальной модели стало отличной альтернативой эмпирической формулировке. Кроме того, сценарии моделирования доказали необходимость изучения потенциала применимости необработанных данных для создания прогностической модели. Четко подтверждено, что устранение некоторых нерелевантных наборов данных значительно повысило точность прогноза.

Доступность данных

Данные, использованные для поддержки результатов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

У авторов нет конфликта интересов для публикации этого исследования.

Неглубокие и глубокие фундаменты — Деятельность

(0 оценок)

Быстрый просмотр

Уровень: 8 (6-8)

Необходимое время: 45 минут

Расходные материалы Стоимость/группа: 5 долларов США. 00

Размер группы: 4

Зависимость от активности: Нет

предметных областей: Физические науки

Поделиться:

Резюме

Учащиеся изучают критическую природу фундаментов, изучая различия между мелкими и глубокими фундаментами, в том числе концепции опорного давления и осадки.Используя модели, представляющие неглубокий фундамент и глубокий свайный фундамент, они проверяют, видят и ощущают эффекты на испытательном стенде из картонной коробки, состоящем из слоев гальки, почвы и песка. Они также производят расчеты опорного давления и дают рекомендации по типу фундамента, который следует использовать в различных инженерных сценариях.

Инженерное подключение

В мире искусственных сооружений (дома, школы, магазины, небоскребы, мосты, автомагистрали, гаражи и террасы на заднем дворе) фундаменты являются критически важными компонентами для обеспечения устойчивости. Геологические исследования предоставляют важную информацию инженерам-строителям и инженерам-строителям, которые проектируют эти сооружения, особенно широкие мосты и высокие здания. Инженеры должны знать специфические характеристики грунта и подложки, иногда на большой глубине, чтобы они могли определить наиболее подходящие строительные материалы и тип фундамента, необходимые для распределения нагрузки и проектирования надежной конструкции или моста.

Цели обучения

После этого задания учащиеся должны уметь:

  • Создайте модель, исследуйте и объясните свойства неглубоких и глубоких фундаментов.
  • Опишите инженерные термины, такие как опорное давление и осадка.
  • Используйте простые уравнения для анализа сил, воздействующих на модель фундамента.

Образовательные стандарты

Каждый урок или занятие TeachEngineering связано с одной или несколькими науками K-12, технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.

Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.достижениястандарты.org).

В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. по штатам; внутри источника по типу; напр. , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классам, и т.д. .

Общие базовые государственные стандарты — математика
  • Напишите, прочитайте и оцените выражения, в которых буквы обозначают числа.(Оценка 6) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Свободно складывать, вычитать, умножать и делить многозначные десятичные числа, используя стандартный алгоритм для каждой операции. (Оценка 6) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Решайте реальные и математические задачи, связанные с площадью, объемом и площадью поверхности двух- и трехмерных объектов, состоящих из треугольников, четырехугольников, многоугольников, кубов и прямых призм.(Оценка 7) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – Технология
  • Конструкции опираются на фундамент. (Оценки 6 — 8) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Выбор конструкций для конструкций основан на таких факторах, как строительные законы и нормы, стиль, удобство, стоимость, климат и функции.(Оценки 6 — 8) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Список материалов

Каждой группе нужно:

  • Картонная коробка, ~ 12 дюймов x 12 дюймов x 12 дюймов (30 см x 30 см x 30 см)
  • Маленькая галька или камни (достаточно для создания слоя 1 дюйм [2. 5 см] в глубину; около 10 чашек)
  • Горшечная почва или верхний слой почвы (достаточно, чтобы создать слой глубиной 4 дюйма [10 см]; около 2 галлонов)
  • Песок (достаточный для создания слоя толщиной 2,5 дюйма [6,35 см]; около 1,25 галлона)
  • Деревянный брусок глубиной ~ 2 дюйма x 2 дюйма x 1 дюйм (5 см x 5 см x 2,5 см), вырезанный из деревянного лома 2 x 4
  • Деревянный дюбель ½ дюйма (1,27 см), длина не менее 12,5 дюймов (32 см)
  • Клей для дерева, чтобы закрепить дюбель в отверстии, просверленном в деревянном бруске
  • Рабочий лист по основам, по одному на команду
  • Несколько книг для балансировки на фундаменте общим весом ~ 10 фунтов (~ 4,5 кг).5 кг)
  • (необязательно) Рабочий лист по основам математики, по одному на команду

Для использования учителем (или для всего класса):

  • Доступ к деревообрабатывающим инструментам: дрель, сверла и пила
  • Весы для взвешивания книг

Рабочие листы и вложения

Посетите [www. Teachengineering.org/activities/view/cub_brid_lesson03_activity1] для печати или загрузки.

Больше учебных программ, подобных этому

Предварительные знания

Учащиеся должны иметь некоторые предварительные знания о мостах, включая знакомство с типами мостов и нагрузками, как было представлено на первых двух уроках раздела «Мосты».

Введение/Мотивация

Что может случиться, если построить фундамент моста или сооружения на песчаной дюне? На скалистом выступе? На болоте? Будет ли это работать? Что, если ваш запланированный мост действительно был на зыбкой почве — в сейсмоопасном районе? Как вы могли заставить его работать? Вы бы построили фундамент моста или сооружения по-другому, в зависимости от состава почвы в этом месте? Что ж, инженеры призваны проектировать мосты и сооружения для всевозможных локаций, и они не всегда имеют идеальный профиль грунта. Таким образом, они выясняют, какой тип фундамента необходимо построить для работы с существующими почвенными условиями, чтобы создать надежную конструкцию, которая не упадет и не сломается.

Что вы знаете о Пизанской башне в Италии? Эта восьмиэтажная колокольня является примером общепризнанного провала фундамента (см. рис. 1). Строительство началось в 1173 году, и к тому времени, когда был построен третий этаж, он начал наклоняться из-за неподходящего фундамента и рыхлой почвы. Это очень тяжелое сооружение, на строительство которого ушло более 150 лет.Стены у основания имеют толщину 8 футов (2,4 м). Его первоначальный фундамент находился на глубине всего 3 метра на ложе из сухих камней. Башня пережила 800 лет смещения фундамента, наклона стен и множества усилий по ее выпрямлению и стабилизации.

Хотя Пизанская башня является впечатляющим примером, она указывает на то, что, хотя мы редко видим или замечаем фундаменты, они могут быть наиболее важным компонентом конструкции для обеспечения долгосрочной устойчивости мостов, зданий и сооружений, от которых мы зависим каждый. день.В то время как вы можете отремонтировать или укрепить надземную часть конструкции, плохой фундамент исправить сложнее. Неглубокие и глубокие фундаменты — это два отдельных типа фундаментов, в основном различающихся тем, насколько глубоко каждый из них уходит в землю. Однако есть и другие отличия.

Рис. 2. Фундамент жилого дома из монолитного бетона, обработанного черным влагоизоляционным продуктом. Copyright

Copyright © 2007 Дениз Карлсон, Программа ITL, Колорадский университет в Боулдере.

Как вы могли догадаться, мелкозаглубленные фундаменты не уходят глубоко в землю.Что еще более важно, они распределяют структурные нагрузки на грунты близко к поверхности. Фундаменты мелкого заложения могут включать фундаменты с широким основанием и матовые фундаменты, которые обычно используются для жилых построек (см. рис. 2) или любых конструкций с небольшими нагрузками. Распорные фундаменты — это просто расширения в нижней части колонн или стен, которые распределяют приложенные структурные нагрузки на достаточно большую площадь грунта. Распорные фундаменты на сегодняшний день являются наиболее распространенным типом фундамента из-за их низкой стоимости и простоты строительства.Матовый фундамент, по сути, представляет собой очень большое расстилающееся основание, которое обычно покрывает всю площадь строения, например, подвала.

Если мелкозаглубленный фундамент находится близко к поверхности, как вы думаете, что такое глубокий фундамент? Вас не удивит, что глубокие фундаменты простираются на большую глубину почвы, чем неглубокие фундаменты. Но что еще более важно, они распространяют свои структурные нагрузки на почвы, которые не находятся близко к поверхности. Типы глубоких фундаментов включают кессоны, буровые стволы и сваи.Кессоны представляют собой ящики или цилиндры, вкопанные в землю на нужную глубину. Буровые шахты строятся путем сверления тонкого цилиндрического отверстия в земле, вставки арматурной стали и заполнения его бетоном. Сваи, чаще всего используемые для строительства мостов, сооружаются путем заблаговременного изготовления тонких колонн и их вбивания или забивания в землю.

При проектировании любого фундамента инженеры также должны учитывать еще два важных фактора. Конструкция фундамента должна соответствовать предельным значениям опорного давления грунта (или силы, действующей на грунт снизу фундамента), а также требованиям к допустимой осадке конструкции.

Кто-нибудь когда-нибудь видел повреждения мостов, зданий или даже ступеней и тротуаров из-за заселения? (Послушайте рассказы учащихся.) Что такое поселение? Осадка — это вертикальное движение фундамента вниз, что, в свою очередь, вызывает движение вниз конструкции. Один тип осадки, просто называемый обычной «осадкой», — это когда весь фундамент или конструкция перемещается вертикально вниз на одинаковое расстояние во всех точках. Другой тип осадки, называемый дифференциальной осадкой, заключается в том, что части фундамента или конструкции перемещаются вертикально вниз дальше, чем другие точки.Поселение неравномерное; поэтому дифференциальная осадка создает наклон (наклон) в фундаменте или конструкции. В то время как реальные расчеты осадки, которые инженеры делают в рамках проектирования подходящего фундамента для конкретного участка, могут быть сложными, самое важное, что нужно знать, это то, что осадка может иметь место и действительно происходит и часто является чрезвычайно разрушительной для конструкции. Как вы думаете, имело ли место какое-либо соглашение с Пизанской башней?

Рис. 3. Несущая нагрузка на мелкозаглубленный фундамент.Copyright

Copyright © Программа ITL, Колорадский университет в Боулдере.

Давление на опору — это контактная сила на единицу площади основания фундамента (нарисуйте на доске рис. 3, чтобы все видели). Инженеры используют простое уравнение для расчета опорного давления, которое фундамент оказывает на грунт под ним. (Начертите на доске: Давление опоры = q = Сила (P) ÷ Площадь (A).) Сегодня для наших целей (для простоты) мы проигнорируем вес фундамента и влияние уровня грунтовых вод.Давление подшипника определяется как q в этом уравнении. Сила (P) — это нагрузка, действующая на фундамент из-за конструкции, которую он поддерживает. Площадь – это нижняя часть фундамента, соприкасающаяся с грунтом. Величина опорного давления не должна превышать допустимую несущую способность грунта (определяемую испытаниями), иначе произойдет разрушение. Какова допустимая несущая способность? Ну, это зависит от почвы и от того, делаете ли вы мелкий или глубокий фундамент.

Передача нагрузок от фундаментов глубокого заложения на грунт отличается от таковой для фундаментов неглубокого заложения.Фундаменты мелкого заложения в первую очередь передают нагрузку на грунт за счет опорного давления. Глубокие фундаменты также передают нагрузку за счет трения по длине (или глубине) фундамента, называемого поверхностным трением. Сила, которая остается на дне глубокого фундамента, передается на грунт за счет несущего давления.

Сегодня мы разделимся на команды и проведем собственные испытания мелкого и глубокого фундамента, чтобы мы могли почувствовать силы и посмотреть, как выглядит «провал» с фундаментом под нагрузкой. Затем мы проведем собственные расчеты, чтобы найти опорное давление, которое фундамент оказывает на грунт.

Процедура

Перед занятием

  • Соберите материалы и сделайте копии рабочего листа по основам и рабочего листа по основам математики (по желанию), по одному на команду.

Рисунок 4. Профиль почвы для деятельности setup.copyright

Copyright © 2007 Дениз Карлсон, Программа ITL, Колорадский университет в Боулдере.

  • Подготовьте для каждой команды картонную коробку с слоями почвы (см. рис. 4): на дно коробки положите слой мелкой гальки или камней толщиной около ½–1 дюйма (1,3–2,5 см). Затем насыпьте около 10 см почвы или земли поверх гальки. Затем поверх почвы насыпьте слой песка толщиной 2–3 дюйма (5–8 см). Сверху насыпьте слой почвы толщиной 8–10 см (3–4 дюйма).

Рис. 5. Деревянный инструмент, созданный для представления мелкого (конец блока) и глубокого (длинный конец дюбеля) фундамента для проверки модели фундамента. Copyright

Copyright © Программа ITL, Колорадский университет в Боулдере.

  • Соберите модель деревянного фундамента для каждой команды: распилите доску размером 2 x 4 на глубокие деревянные блоки размером 2 дюйма x 2 дюйма x 1 дюйм (5 см x 5 см x 2,5 см). Просверлите отверстие глубиной ½ дюйма (1,27 см) на одной из сторон размером 2 дюйма (5 см) и диаметром, равным диаметру дюбеля. Вставьте дюбель в отверстие; используйте клей для дерева, чтобы закрепить его. Обрежьте дюбель до длины 12 дюймов (30 см) от деревянного бруска (см. рис. 5).Конец блока служит моделью мелкого фундамента, а конец стержня служит моделью глубокого фундамента.
  • Разделите класс на команды по четыре ученика в каждой.
  • Изготовьте модель деревянного фундамента для каждой команды: Распилите доску размером 2 x 4 на глубокие деревянные блоки размером 2 дюйма x 2 дюйма x 1 дюйм (5 см x 5 см x 2,5 см). Просверлите отверстие глубиной ½ дюйма (1,27 см) на одной из сторон размером 2 дюйма (5 см) и диаметром, равным диаметру дюбеля. Вставьте дюбель в отверстие; используйте клей для дерева, чтобы закрепить его.Обрежьте дюбель до длины 12 дюймов (30 см) от деревянного бруска (см. рис. 5). Конец блока служит моделью мелкого фундамента, а конец стержня служит моделью глубокого фундамента.
  • Разделить класс на команды по четыре ученика в каждой

Со студентами

  1. Вместе с учащимися повторите основные понятия мелкозаглубленного и глубокого фундамента. Объясните, что сегодня они будут моделировать мелкие и глубокие фундаменты.
  2. Объясните установку всему классу.Картонная коробка, заполненная галькой, землей и песком, представляет собой участок (землю), на котором должен быть построен фундамент для моста.

Рис. 6. Тестирование мелкозаглубленного фундамента. Copyright

© Программа ITL, Колорадский университет в Боулдере.

  1. Предложите группам учащихся провести испытание фундамента неглубокого заложения (см. рис. 6): Удерживая конец дюбеля, поместите деревянный брусок прямо на поверхность почвы. Затем сложите на него книги, чтобы создать опорное давление на почву, как если бы этот фундамент держал нагрузку от части тяжелого моста.(Возможно, учащимся придется слегка балансировать книгами в руках.) Что происходит? (Учащиеся должны заметить, как почва выдавливается в стороны и немного приподнимается вокруг деревянного бруска. Это свидетельствует о провале почвы.) Предложите учащимся записать в своих рабочих листах вес книг, которые они смогли удержать на неглубоком фундаменте до того, как он опустился. слишком шаткий.
  2. Теперь прикажите учащимся провести второй тест неглубокого фундамента. Используя тот же деревянный брусок, поместите его глубже в почву так, чтобы верхняя часть бруска была на одном уровне с верхним слоем почвы.Далее на него складывают книги, чтобы создать опорное давление на почву. Что просходит? Что вы заметили? (Грунт снова разрушается из-за высокого несущего давления. Однако сила, которая должна быть приложена к деревянному блоку, должна быть выше. Опять же, обратите внимание, как грунт выталкивается в стороны и слегка приподнимается вокруг деревянного блока.) Предложите учащимся записать в своих рабочих листах вес книг, которые они смогли бы удержать на этом неглубоком основании, прежде чем оно стало бы слишком шатким.
  3. Восстановить почву (при необходимости).Дайте командам учащихся задание провести тест глубокого фундамента (см. рис. 7): Удерживая деревянный брусок за конец, направьте дюбель в сторону почвы и вдавите его в почву. Что просходит? (Деревянный дюбель проникает в почву, и по мере углубления его становится все труднее вдавить в почву. Если деревянный дюбель вдавить достаточно сильно, он достигнет слоя камня на дне ящика. Для моста или другого крупного сооружения. , сваи будут помещены на эту глубину, чтобы добраться до более плотных грунтов, глины и камня.) Затем уложите книги на торец деревянного блока, чтобы создать опорное давление на почву. Сколько книг может хранить фонд на этот раз? Предложите учащимся записать в своих рабочих листах вес книг, которые они смогли бы удержать на своем глубоком фундаменте, пока он не стал слишком шатким.

Рис. 7. Тестирование глубокого фундамента. Авторские права

Copyright © Программа ITL, Колорадский университет в Боулдере.

  1. Затем попросите учащихся вычислить в своих рабочих листах, какая именно сила была приложена к фундаменту при разрушении.Пусть они обдумают свои расчеты и предложат, как можно изменить конструкцию фундамента, чтобы выдержать больший вес (например, увеличить размер дюбеля). Обсудите со студентами, как тест на глубокое основание может выдерживать больший вес.
  2. Завершите обсуждение в классе, сравнивая результаты рабочего листа и вопросы после задания, представленные в разделе «Оценка». (Необязательно) Дайте учащимся задание «Основы математики».

Словарь/Определения

опорное давление: Давление, действующее на почву из-за фундамента и приложенных нагрузок от конструкции.

коренная порода: твердая горная порода, которая лежит под рыхлыми поверхностными отложениями почвы, песка, глины и гравия. Считается нижним слоем и самым нижним слоем.

кессон: Сборный ящик или цилиндр, утопленный в землю на желаемую глубину как часть глубокого фундамента.

глубокий фундамент: фундаменты, уходящие глубоко в землю. Примеры типов: кессоны, буровые стволы и сваи.

инженер: Человек, который применяет свое понимание науки и математики для создания вещей на благо человечества и нашего мира.

отказ: неспособность системы или компонента выполнять требуемую функцию в заданных пределах.

фундамент: конструкция, которая соединяет мост или здание с землей для поддержки.

модель: (существительное) Представление чего-либо, иногда в меньшем масштабе. (глагол) Делать или конструировать что-то, чтобы визуализировать или узнать о чем-то другом.

свая: Цилиндрический элемент, забитый вертикально в почву и образующий часть глубокого фундамента или подпорной стены.

осадка: Вертикальное движение фундамента вниз.

мелкозаглубленный фундамент: фундаменты, которые не уходят глубоко в землю. Типы примеров: фундаменты с широким фундаментом (или нижние колонтитулы или фундаменты) и матовые фундаменты.

профиль почвы: вертикальная последовательность слоев природного материала, обнаруженного под землей на определенном участке, часто от поверхности земли до материнской породы. Диаграмма, на которой показан вертикальный разрез почвы, изображающий различные типы и глубину залегания почвы и скального материала.

Оценка

Предварительная оценка

Мозговой штурм : В небольших группах попросите учащихся участвовать в открытом обсуждении. Напомните им, что никакая идея или предложение не является «глупой». Все идеи должны быть выслушаны с уважением. Спросите учащихся: Какой тип фундамента вы бы использовали для следующих сценариев строительства инженерных мостов: неглубокий или глубокий?

  • Строительство транспортного моста через широкую реку с преимущественно песчаным грунтом.
  • Строительство транспортного моста через очень глубокий овраг.
  • Короткий пешеходный мост через местный ручей.
  • Переносной мост, который можно перемещать с места на место, для строительной площадки.

Встроенная оценка активности

Рабочий лист : Предложите учащимся заполнить рабочий лист «Основы» в команде. Используя рабочий лист, учащиеся записывают свои наблюдения и рассчитывают опорное давление, которое фундамент оказывает на грунт.Попросите членов команды проверить работу друг друга. Просмотрите ответы, чтобы оценить их мастерство в предмете.

Оценка после активности

Обсуждение в классе : Пересмотр сценариев построения инженерных мостов из мозгового штурма перед оценкой. Изменят ли учащиеся какие-либо ответы после этого занятия? Для следующих инженерных сценариев, какой тип фундамента вы бы использовали, неглубокий или глубокий?

  • Строительство транспортного моста через широкую реку с преимущественно песчаным грунтом. (Ответ: Глубокий фундамент.)
  • Строительство транспортного моста через очень глубокий овраг. (Ответ: Глубокий фундамент.)
  • Короткий пешеходный мост через местный ручей. (Ответ: Неглубокий фундамент.)
  • Переносной мост, который можно перемещать с места на место, для строительной площадки. (Ответ: Неглубокий фундамент.)

Вопрос/Ответ : Задайте классу или индивидуально в качестве домашнего задания следующие вопросы:

  • Что происходит с грунтом при мелкозаглубленном фундаменте, когда его несущая способность превышается? (Ответ: Почва под неглубоким основанием фундамента оттесняется в сторону и выпячивается.Грунт сбоку от фундамента перемещается, потому что грунт под ним давит на него.)
  • Почему при заглублении мелкозаглубленного фундамента в грунт труднее добиться отказа несущей способности? (Ответ: В этом случае грунт по бокам неглубокого фундамента помогает предотвратить разрушение. Когда происходит разрушение, вы замечаете, что грунт по бокам фундамента выталкивается в сторону и выпячивается. Дополнительное присутствие и вес почвы на стороне помогает предотвратить это.)
  • Что произойдет, если мелкозаглубленный фундамент углубится в почву? (Ответ: он был бы даже прочнее, потому что для разрушения пришлось бы сместить больше грунта в сторону фундамента. В этом случае для разрушения потребовалось бы большее опорное давление.)
  • Почему глубокий фундамент становится все труднее вдавить в почву по мере его углубления? (Ответ: площадь поверхности глубокого фундамента увеличивается по мере его углубления в почву. То есть, чем глубже он уходит, тем большая часть фундамента соприкасается с почвой.Таким образом, увеличивается трение между глубинным фундаментом и грунтом и усилие, необходимое для его преодоления, становится больше.)
  • Если бы мост должен был быть размещен на глубоком фундаменте, используемом в этом упражнении, какой глубины должен был быть глубокий фундамент? (Ответ: Глубокий фундамент необходимо разместить на глубину твердого грунта или, в данном случае, слоя камня/галечника. )
  • Какие еще факторы могут учитывать инженеры при проектировании фундамента? (Ответ: Влияние грунта на осадку; наличие более двух оснований мостов для распределения веса/сил может по-разному воздействовать на грунт; разные типы грунтов могут вести себя по-разному.)

Математическое приложение : Раздайте каждой команде лист по математике фундаментов, и попросите членов группы работать вместе, чтобы рассчитать опорное давление, которое оказывает фундамент в различных сценариях грунта, и допустимую несущую способность, которой может противостоять грунт. Попросите членов команды проверить работу друг друга. Просмотрите ответы, чтобы оценить их мастерство в предмете.

Советы по устранению неполадок

Если учащимся трудно визуализировать слои почвы, вы можете заменить одну сторону коробки прозрачным материалом, чтобы помочь им увидеть слои почвы.Или начертите на доске простой профиль почвы (см. рис. 3). Или заполните прозрачный пластиковый контейнер репрезентативными слоями, чтобы они могли видеть порядок. Или пусть учащиеся приготовят картонные коробки, чтобы они видели, как слои высыпаются.

При проверке фундамента некоторые ученики могут не приложить достаточного усилия. Призовите их относительно сильно надавить на фундамент, чтобы создать «провал» и, в случае глубокого фундамента, достичь скальной породы.

Расширения деятельности

Добавьте изюминку в это упражнение, поставив одну из коробок с землей на ручную шлифовальную машину.Для каждого теста моделей фундамента включите ручную шлифовальную машину, чтобы имитировать землетрясение. Попросите учащихся записать свои наблюдения за тем, что происходит с каждым фундаментом во время имитации землетрясения.

Предложите командам студентов изучить историю Пизанской башни в Интернете и рассказать классу о многочисленных усилиях по выпрямлению и стабилизации Пизанской башни за последние 800 лет. Попросите их описать первоначальный фундамент и состояние почвы для башни. Попросите их включить то, что они узнали о фондах, выдерживающих давление и осадку, в свои исследования и отчеты.Начните с просмотра Википедии, NOVA Online (см. раздел «Дополнительная мультимедийная поддержка») и веб-сайтов Пизанской башни.

Масштабирование активности

  • Для младших классов заполните рабочий лист вместе, всем классом.
  • В старших классах попросите группы учащихся подготовить свои картонные коробки со слоями почвы, а учащиеся должны индивидуально заполнить рабочий лист.
  • Предложите учащимся с углубленным изучением математики заполнить рабочий лист по математике.

Дополнительная мультимедийная поддержка

Найдите отличный дополнительный материал о Пизанской башне на веб-сайте PBS, связанном с фильмом NOVA «Падение Пизанской башни» 1999 года, в котором рассказывается, почему знаменитая башня еще не рухнула, и исследуются многочисленные усилия, предпринятые для сохранения этого средневекового сокровища. . См. панораму Пизы, интервью с экспертом по почвам и историю вмешательств на веб-сайте NOVA Online: http://www.pbs.org/wgbh/nova/pisa/

использованная литература

Словарь.com. Издательская группа Лексико, ООО. По состоянию на 9 октября 2007 г. (Источник некоторых словарных определений с некоторой адаптацией) http://www.dictionary.com

Гамбино, Франческо, и Морабито, Фиорелла. Историческая справка о Пизанской башне. Перевод Гэри Фейерштейна, 17 марта 1998 г. Пизанский университет.

Пизанская башня.Последнее изменение: 2 мая 2007 г. Википедия, бесплатная энциклопедия. По состоянию на 2 мая 2007 г. http://en.wikipedia.org/wiki/Tower_of_pisa

Авторские права

© 2006 Регенты Университета Колорадо.

Авторы

Джонатан С. Гуд; Джо Фридрихсен; Натали Мах; Денали Ландер; Дениз В. Карлсон; Малинда Шефер Зарске

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж Колорадского университета в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы цифровой библиотеки было разработано в рамках гранта Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), U.