Проблема расчета и проектирования фундаментов глубокого заложения актуальна для многих инженерных сооружений, так как мы часто и часто возводим здания на слабых грунтах. Свайный фундамент — это популярный тип фундамента глубокого заложения, используемый для передачи нагрузки надстройки на грунт и несущие слои. В этом контексте точное предсказание осадки свай и правильная оценка несущей способности свай являются фундаментальным аспектом проектирования фундаментов глубокого заложения. Это может быть сложной задачей для проектировщика в случае сложного взаимодействия сваи с грунтом или в ситуациях, связанных с процессом консолидации.
Моделирование свай — это прежде всего трехмерная задача.
Из-за трехмерного характера геометрии свай и возможной поперечной составляющей расчетной нагрузки большинство расчетов свайных фундаментов следует выполнять в PLAXIS 3D. В идеале сами сваи будут представлены объемными элементами. Это гарантирует наиболее точное представление физической проблемы, особенно в отношении взаимодействия грунт-конструкция.
Рисунок 1: 3D-модель простого свайного плота
В таких 3D-моделях сваи моделируются физически, а взаимодействие между грунтом и конструкцией учитывается с помощью элементов поверхностного интерфейса с соответствующим поведением кулоновского трения. Результаты по сваям в первую очередь будут представлены в виде напряжений, которые впоследствии можно будет интегрировать в структурные силы в среде постобработки PLAXIS Output:
-
Путем прямого интегрирования напряжений с помощью инструмента Structural Forces in Volume Piles или
Рисунок 2: Изгибающий момент в простой модели свайного ростверка
Объемный подход также требует использования относительно небольших элементов, неявно обусловленных относительно большой гибкостью самого элемента сваи и, как следствие, большим количеством элементов. Этот подход может найти некоторые ограничения. Необходимо будет учитывать большое количество свай, а увеличение количества элементов (по мере увеличения количества моделируемых свай) в какой-то момент может стать просто нецелесообразным.
Сваи как закладные балки, или как эффективно бороться с большим количеством свай
Встроенная балка — это особая функция PLAXIS 3D. Эта функция была разработана для упрощенного моделирования поведения свай. Встроенная балка особенно полезна в случаях большого количества свай, которые необходимо учитывать в модели PLAXIS 3D. В этом подходе свая представлена балочными элементами, а взаимодействие грунта и сваи вдоль ствола сваи и на острие сваи описывается специальными элементами сопряжения, построенными на основе межузловых нелинейных связующих пружин.
Генерация линейных балочных элементов дает возможность моделировать сваи как конструктивные элементы с заданными свойствами материала. Это экономит большое количество элементов, необходимых в процессе, по сравнению с объемными стопками, заполняемыми элементами тетраэдров. Другим явным преимуществом использования закладных элементов балки PLAXIS является то, что создание соединительных пружин (для взаимодействия грунт-свая) не требует соединения узлов сетки между линиями, поддерживающими элементы сваи/балки, и окружающим объемом грунта. И линии свай, и объем грунта могут быть объединены в сетку независимо друг от друга. Расчетное ядро PLAXIS 3D автоматически находит точки пересечения между элементами балочной сваи и гранями элементов грунта, вводя в этих точках так называемые «виртуальные» узлы, в которых можно вычислить относительное смещение между узлами сетки грунта и узлами сваи. Упрощение как описания геометрии, так и процесса построения сетки позволяет без труда учитывать сотни свай.
Рисунок 3: Использование трехмерной закладной балки для моделирования множества свай
Пользовательский ввод встроенного луча делится на:
-
Свойства балки для сваи : Жесткость и вес материала, а также форма и размеры поперечного сечения
Рис. 4. Определение свойств 3D закладной балки для моделирования свай
Результаты, обеспечиваемые встроенными лучами, содержат:
Рисунок 5: Доступные результаты для встроенных балок в PLAXIS 3D
А как же 2D?
В рамках анализа PLAXIS 2D можно анализировать сваи, нагруженные в осевом направлении, в предположении осесимметричных условий. Такие модели очень экономичны с вычислительной точки зрения, но их можно использовать только в случае осевой нагрузки, поскольку любое рассмотрение боковой нагрузки не будет соответствовать условиям осесимметричности и, следовательно, потребует надлежащей трехмерной модели.
Рисунок 6: Осесимметричная модель осевой нагрузки сваи в PLAXIS 2D
Представленная ранее функция встроенной балки также доступна для плоских 2D-деформаций, но ее можно использовать только для анализа рядов свай (рядов, выходящих за пределы плоскости моделирования). Двумерный характер анализа плоской деформации не позволяет рассматривать отдельный погребенный объект (который можно было бы рассмотреть только в трехмерной модели). Таким образом, неявно требуется, чтобы любая двумерная встроенная балка представляла собой набор непрерывно расположенных свай в направлении вне плоскости со значением расстояния между сваями, не слишком большим по сравнению с диаметром сваи, так что среднее смещение грунта как это предусмотрено двухмерной сеткой грунта между сваями, остается приемлемым допущением.
Когда выполняется предположение о непрерывном расположении свай, 2D-модель PLAXIS показывает очень хорошее соответствие с эквивалентными 3D-моделями, но за долю вычислительных затрат.
PLAXIS 2D со встроенной балкой
PLAXIS 3D с объемным ворсом
Рисунок 8: Модель сваи в PLAXIS 2D по сравнению с моделью сваи в PLAXIS 3D
а) Боковое смещение
б) изгибающий момент
Рисунок 9: Сравнение моделей свай – PLAXIS 2D и PLAXIS 3D
Узнайте больше об этом событии здесь.
Откройте для себя серию PLAXIS Productivity Strategies, включающую блоги, сеансы LinkedIn Live и вебинары.
Изучите лучшие советы по повышению эффективности для решения ваших распространенных проблем.
Узнайте больше о PLAXIS with Virtuosity:
Ознакомьтесь с серией «От концепции до строительства», включая сессию PLAXIS, здесь.
Заинтересованы в моделях грунта PLAXIS? Найдите больше ресурсов здесь.
Хотите изучить специализированные модели материалов в PLAXIS 2D и 3D? Читайте здесь.
Получите доступ к новым обучающим видеороликам PLAXIS, чтобы узнать о преимуществах и преимуществах использования PLAXIS.
Чтобы узнать цену и количество ключей, включенных в подписку PLAXIS Virtuoso, посетите эту страницу.
Хотите узнать больше о том, что PLAXIS может сделать для вас? Не стесняйтесь обращаться к нашим геотехническим специалистам. Мы будем рады помочь.
Как починить фундамент пирса и балки? Понимание повреждений и ремонта
Я знаю, я знаю, это звучит как самый умный ответ, который вы когда-либо слышали в своей жизни. Но на самом деле есть много разных вещей, которые могут пойти не так с фундаментом из пирсов и балок.
Фундаменты на опорах и балках считаются более «примитивным» и старым стилем фундамента дома. Хотя во многих отношениях они более сложны и замысловаты, чем более новый и современный (но простой) фундамент из плиты на уровне грунта.
Поскольку они представляют собой многослойную и переплетенную структуру, при создании этого типа домашнего фундамента создается множество точек соприкосновения и поддержки. С каждой точкой контакта и поддержки также приходит точка потенциального отказа. Увлекательная штука, не так ли?
В Anchor Foundation Repair мы проверяем и ремонтируем фундаменты в долине Бразос уже более 35 лет. Мы отремонтировали изрядную долю фундаментов подпольного типа, таких как пирс и балка. Столбчатые и балочные фундаменты являются одними из наиболее распространенных типов фундаментов после плитного фундамента.
В этой статье мы рассмотрим, как устроены столбчатые и балочные фундаменты, как они могут выйти из строя и как их отремонтировать. К концу этого чтения вы увидите, что тип фундамента с опорой и балкой совсем не прост и примитивен, и лучше поймете, что нужно для их ремонта.
Как изготавливаются фундаменты для пирсов и балок?
Столбчатый и балочный фундамент – это один из видов фундамента для подполья. Фундаменты типа Crawlspace обычно встречаются в старых домах, построенных до 1950-х годов в районе долины Бразос, но все еще распространены в других районах штата и страны.
Этот тип фундамента характеризуется пространством между полом дома и землей размером примерно с таким, через которое может пролезть человек, отсюда и название пространства для ползания.
Фундаменты для опор и балок имеют пространство и воздух под домом, что упрощает доступ к сантехническим и электрическим системам в случае возникновения проблем. Этот тип фундамента может прослужить долгое время при хорошем дренаже и правильном периодическом обслуживании.
Важно иметь хорошее представление о том, как делается этот тип фундамента, в первую очередь, чтобы увидеть, как что-то может пойти не так, и как все исправить.
Как было сказано во введении, столбчато-балочный фундамент представляет собой многослойную конструкцию. Итак, давайте начнем с нуля о том, как складываются эти основы.
Слой 1: Пирсы и луч
В столбчато-балочном фундаменте он получил свое название от первых частей, которые соприкасаются с землей: опоры и балка.
Внешний периметр дома поддерживается «балкой» или короткой стеной из бетонных блоков, кирпича или чаще всего залитого бетона снаружи, которая уходит в землю примерно на 24 дюйма или меньше. Эта балка повторяет весь контур дома и обеспечивает непрерывную поддержку по всем внешним краям с помощью жесткого материала.
Под внутренней частью дома время от времени находятся стопки бетонных блоков, которые обеспечивают поддержку внутренних частей дома. Каждая стопка блоков (называемая пирсом) расположена равномерно и регулярно в виде сетки.
Луч проникает в землю по периметру, а штабели или опоры проникают или укладываются на землю по всей внутренней части дома, а между ними остается открытое воздушное пространство. Следующий слой фундамента возвышается над землей поверх этого массива опор и балки.
Уровень 2: основная система и подоконник
После раскладки простенков и бруса по периметру сверху укладывается формация из подоконных брусьев для следующего слоя. Основные подоконники поддерживают стены, а подоконники-шейкеры поддерживают пол. Это длинные деревянные доски размером 4 на 6 дюймов, уложенные поверх опор, идущих прямо от одной стороны балки по периметру дома к другой. Они укладываются поверх балки, а затем поверх штабелированных простенков по прямой линии.
Все подоконники-шейкеры идут в одном направлении по всему дому и соединяют все опоры подряд. Они также связывают балку вместе с приподнятыми опорами. Эта конструкция начинает процесс равномерного распределения веса дома по всем точкам соединения.
Слой 3: Балки пола
Балки пола укладываются поверх подоконников перпендикулярно, образуя перекрестную штриховку. Половые балки также представляют собой длинные 2-дюймовые деревянные доски, уложенные вертикально, и они обычно располагаются на расстоянии от 1 до 2 футов друг от друга и имеют толщину от 6 до 12 дюймов.
Балки пола собраны в другой массив распределения веса поверх подоконников. Балки крепятся к подоконникам и друг к другу, чтобы продолжать создавать переплетенные уровни соединения.
Балки служат промежуточным переходом от тяжелого подоконника к финишным слоям пола. Они расположены ближе друг к другу и позволяют установить черный пол рядом.
Время от времени между лагами делаются вентиляционные отверстия, чтобы обеспечить приток воздуха под фундамент. Это главная отличительная черта каркасно-щитового дома. Обнаружение этих случайных вентиляционных отверстий у земли по всем сторонам фундамента дома скажет вам, что это фундамент балочного типа.
Слой 4: Черный пол и пол
Поверх балок пола укладывается слой чернового пола толщиной ¾ дюйма, который прибивается к балкам пола, чтобы создать настоящую плоскую, прочную и непрерывную поверхность, по которой можно ходить. Это просто грубая древесина, поэтому она называется черновым полом.
Красивый пол, который вы на самом деле видите и по которому ходите внутри своего дома, уложен поверх черного пола.
Вся Энчилада
Теперь, когда мы прошлись по каждому слою опорно-балочного фундамента, вы можете увидеть, что он чем-то похож на организованную, аккуратно сложенную стопку «палочек для захвата».
Не уверен, что вы помните эту игру, когда вы были ребенком, но переместите одну палочку, и она может переместить все остальные палочки, потому что все они сложены друг на друга.
3 основные причины повреждения фундаментов опор и балок
Основными врагами фундаментов подполья в нашей области являются осадка, проблемы с влажностью и недостатки оригинальных методов строительства или материалов. Давайте взглянем на каждый из них, чтобы увидеть, как они однозначно влияют на опоры и балочные фундаменты.
1. Осадка фундамента из-за экспансивных глинистых грунтов
Как и в случае любого типа фундамента, проблемы возникают из-за наших обширных глинистых грунтов. Экспансивная глина расширяется при намокании и сжимается при высыхании. Эти силы более могущественны, чем вы думаете, и могут изменять структуру вашего фундамента с каждым сезоном и годом.
Как вы можете себе представить, любой толчок от земли или усадка и опускание грунта могут повлиять на конструкцию пирса и балочного фундамента. Это постоянное перемещение от сезона к сезону может привести к повреждению интерьера дома в виде трещин в стенах, перекосов дверей и других явных признаков осадки фундамента.
2. Влага под домом
Дом с опорой и балкой восприимчив к влаге из-за плохого дренажа и недостаточной вентиляции. Чрезмерная влажность под домом оказывает разрушительное воздействие на всю древесину, от подоконника до самого пола. Вода может привести к гниению, плесени или полному разрушению древесных материалов, из которых состоит фундамент вашего пирса и балки.
Любой кусок дерева под вашим домом, который скомпрометирован, может вызвать у вас проблемы с фундаментом. Из-за взаимосвязанного характера пирса и балочного фундамента один кусок плохой древесины может иметь комплексные негативные последствия для остальной части конструкции.
Наличие открытого подполья под вашим домом также сопряжено с проблемами дренажа. Несмотря на то, что в домах с опорами и балками есть вентиляционные отверстия для увеличения потока воздуха в подполье, они не могут обеспечить удаление стоячей воды из плохого дренажа.
Со временем дренаж может превратиться из эффективного в неэффективный и может вызвать длительные периоды влажности под вашим домом, что приведет к ухудшению состояния подполья.
3. Оригинальные методы строительства или материалы
Поскольку многие дома с опорами и балками были построены до 1950-х годов, тогда не только строительные нормы и правила были другими, но и используемые материалы могли просто устареть и ослабнуть.
Одной из уникальных проблем для опорно-балочного фундамента являются губчатые, упругие или волнистые полы американских горок. Есть дома с опорами и балками, которые были построены с балками пола, расположенными слишком далеко друг от друга, чтобы выдержать вес должным образом. Есть балки пола и подоконники, которые только что сломались или изношены в результате длительного использования.
Пирсы могут сломаться и должны быть заменены. Иногда опоры вращаются и оседают не так, как соседние, или они трескаются или ломаются. Бывают случаи, когда массива опор недостаточно, и их необходимо добавить на более близком расстоянии друг от друга, чтобы выдержать вес дома.
Все эти ситуации, как правило, проявляются со временем и могут вызвать проблемы для вашего пирса и балочного фундамента. Но все это можно исправить, о чем мы поговорим в следующем разделе, посвященном ремонту.
4 способа починить фундамент для пирса и балки
Одна из приятных особенностей этого типа фундамента заключается в том, что его ремонт, как правило, дешевле, чем обычный плитный фундамент.
Иногда это легко для подрядчики по ремонту фундамента для доступа и устранения проблем. Если они могут легко добраться до неисправных частей, их легко исправить с меньшими затратами, чем в случае проблемы с плитой на уровне фундамента.
Однако, если доступ к проблемным областям затруднен, устранение проблем с опорами и балочными фундаментами может быть сопряжено с повышенными трудностями, сложностью и, в конечном итоге, с затратами.
Мы рассмотрим некоторые средства ремонта в порядке от самого простого и дешевого до самого сложного/дорогостоящего.
1. Решайминг
Внесение небольших, но более частых корректировок в плотность прилегания всех ваших опорных и балочных частей фундамента — вот что такое замена прокладок. Иногда вещи просто немного расшатываются или испытывают небольшое движение, и все это можно исправить с помощью простой замены прокладок.
Этот процесс похож на профилактическое обслуживание дома с подпольем, но он проводится только в том случае, если дом содержится в хорошем рабочем состоянии и все вспомогательные материалы находятся в надлежащем месте для поддержки дома.
Прокладки представляют собой небольшие кусочки дерева, которые вставляются и забиваются между опорами и деревянными балками подоконника.
Заполнение зазоров между подоконником и осевшими опорными опорами вашего фундамента путем замены прокладок является рекомендуемой задачей технического обслуживания, которую следует выполнять каждые 3-5 лет. Выполняя это как регулярную проверку, вы сохраните фундамент пирса и балки в хорошей форме и предотвратите развитие более серьезных проблем.
Проект перепрофилирования дома из пирса и балки, вероятно, займет около одного дня или меньше и будет стоить от 1,200 до 1,800 долларов. Небольшая цена, если это означает предотвращение развития более крупных проблем.
2. Перестройка или добавление пирсов
Новый стек пирса
Иногда что-то случается с внутренними пирсами. Блоки могут деградировать или распадаться, или их изначально было недостаточно. Подрядчик по ремонту опор и балок может добавить больше опор, чтобы более равномерно поддерживать и распределять вес, а также сглаживать изгиб полов. Или просто отремонтируйте / замените все, что было повреждено с течением времени.
Этот тип ремонта может занять 2 дня или более (в зависимости от размера дома и простоты доступа к подполью) и стоить в среднем от 4,000 до 6,000 долларов, чтобы привести фундамент пирса и балки в рабочее состояние.
3. Замена дерева
Пороги и балки пола могут гнить, ломаться, деформироваться или изнашиваться, и их необходимо заменить новым материалом. Или, может быть, изначально в фундамент не было заложено достаточной поддержки, и необходимо добавить подоконники или балки. В зависимости от того, сколько древесины необходимо заменить, и доступа к проблемному участку, это может быть небольшая работа или капитальный ремонт и реконструкция.
Любая древесина под домом, которая нуждается в замене, всегда немного сложна. Как мы объяснили в части строительства этой статьи, каждый кусок дерева соединен с другим куском дерева. Поэтому, чтобы удалить участки поврежденной области, необходимо временно поддержать прилегающие области пространства для обхода, чтобы дом не рухнул.
Обширная работа по замене древесины может занять неделю или больше и стоить от 10,000 20,000 до XNUMX XNUMX долларов или больше. Этот вид ремонтного проекта имеет множество переменных и зависит от того, сколько деревянного материала необходимо заменить и где он находится.
4. Добавление опоры к балке
Во многих случаях осадка затрагивает только внутренние опорные области дома с опорой и балкой, потому что они находятся в наиболее уязвимой зоне и часто недостроены и недостаточно поддерживаются. Но на опорную балку по периметру также могут повлиять проблемы осадки и распределения веса.
В случае, когда балку по периметру необходимо вернуть на исходную высоту, необходимо использовать просверленные раструбные опоры или бетонные сваи, чтобы добавить необходимую поддержку оседлым участкам.
В зависимости от веса дома некоторые методы ремонта фундамента будут работать лучше, чем другие, для обеспечения долговечности. Количество необходимых опор, а также метод ремонта будут влиять на цену. Выбранный метод также повлияет на время, необходимое для завершения проекта. У нас есть статья, предлагающая более подробную информацию о методах ремонта плиты на уровне фундамента.
Должен ли я исправить свой фундамент или сначала сделать ремонт?
Мы знаем, что многие дома с опорами и балками старше и, возможно, построены до 1950 года. Вполне вероятно, что если вы живете в таком старом доме, как этот, вы также можете подумать о его реконструкции или обновлении. Как правило, сначала чините фундамент, а затем переделывайте его.
Если у вас есть какие-либо планы реконструкции в будущем, и вы знаете, что у вас есть некоторые проблемы с фундаментом в вашем доме с опорой и балкой, избавьте себя от многих головных болей и потраченных впустую денег, сначала позаботившись о проблемах с фундаментом!
Если вы переделываете до устранения проблем с фундаментом, вы рискуете повредить совершенно новую отделку, покраску и напольные материалы, если ваш дом продолжит оседать и станет нестабильным после реконструкции. Не рискуйте тратить свои с трудом заработанные деньги на реконструкцию.
Много раз мы оказывались в работе над опорно-балочным фундаментом именно по той причине, что владелец хочет, наконец, начать эту реконструкцию. Не забудьте включить все необходимые фундаментные работы в свой бюджет реконструкции.
Является ли то, что вы видите вокруг своего дома, настоящей проблемой, связанной с Фондом?
Теперь, когда вы знаете, сколько различных вещей может пойти не так с фундаментом из пирса и балки, вы, вероятно, захотите убедиться, что то, что вы видите вокруг своего дома, действительно является проблемой из-за оседания или износа вашего подполья, а не какого-либо другого типа. Проблема «старого дома».
После 35 с лишним лет работы в сфере ремонта фундамента в долине Бразос нас спрашивали о каждом домашнем симптоме на свете. Осмотрев десятки тысяч домов в этом районе, мы можем сказать, связаны ли признаки с фундаментом или с чем-то еще.
Все типы фундаментов имеют одинаковые признаки, если причиной является осадка фундамента. Есть также домашние симптомы, о которых нас часто спрашивают, но которые в конечном итоге не связаны с фондом. Проверьте это иллюстрированное руководство и статья о настоящих и ложных знаках чтобы быть вдвойне уверенным, что у вас есть проблема.
