На рис. 1-4 показаны четыре основных типа фундаментов: сплошной цокольный этаж, заглубленное подвальное помещение, заподлицо с подпольным пространством и плита на уровне грунта. Конечно, реальные дома могут включать в себя комбинации этих типов. Информацию о пятом типе фундамента — малозаглубленном или полубермовом — можно найти в Справочник по проектированию фундамента здания (Лабс и др., 1988).
Существует несколько строительных систем, из которых можно выбирать для каждого типа фундамента. Наиболее распространенные системы, монолитные бетонные и бетонные фундаментные стены, могут использоваться для всех четырех основных типов фундамента. Другие системы включают в себя сборные железобетонные фундаментные стены, каменные или бетонные опоры, монолитные бетонные сэндвич-панели и различные системы каменной кладки. Конструкция плиты на уровне земли со встроенной бетонной балкой на краю плиты распространена в климатических условиях с небольшой глубиной промерзания. В более холодном климате более распространены более глубокие монолитные бетонные стены и стены из бетонных блоков, хотя иногда можно использовать более мелкое основание в зависимости от типа почвы, состояния грунтовых вод и размещения изоляции.
Большинство типов фундаментов и строительных систем, описанных выше, могут быть спроектированы с учетом необходимых структурных, тепловых, радоновых, термитных и влаго- или водорегулирующих требований в любом климате. Факторы, влияющие на выбор типа фундамента и строительной системы, включают условия площадки, общий дизайн здания, климат и предпочтения местного рынка, а также стоимость строительства. Эти факторы обсуждаются ниже.
Условия сайта
Топография, расположение грунтовых вод, наличие радона, тип почвы и глубина залегания коренных пород могут повлиять на выбор типа фундамента. На ровной площадке можно использовать любой тип фундамента; однако наклонный участок часто требует использования подвала или подвального помещения. На более крутых склонах цокольный этаж сочетает в себе фундаментную стену цокольного этажа на стороне подъема, фундаментную плиту на склоне на стороне спуска и стены фундамента с частичным обвалованием на двух оставшихся сторонах.
Глубина грунтовых вод в пределах 8 футов от поверхности, скорее всего, сделает подвальное основание нежелательным. Понижение уровня грунтовых вод с помощью дренажа и откачки воды обычно не может быть оправдано, а гидроизоляция может быть неосуществимой или может быть слишком дорогостоящей. Уровень грунтовых вод у поверхности обычно ограничивает конструкцию плитой на уровне грунта или фундаментом с подпольем.
Наличие обширных глинистых грунтов на участке требует применения специальных методов, позволяющих избежать смещения фундамента и значительного повреждения конструкции. Часто здания, размещенные на участках с экспансивной глиной, требуют свайных фундаментов, доходящих до устойчивых слоев грунта или коренных пород. Точно так же участки с коренной породой у поверхности требуют специальных методов фундамента. Для достижения глубины промерзания не требуется дорогостоящая выемка грунта, а создание подвального помещения экономически нецелесообразно. В этих необычных условиях обширных глинистых грунтов или коренных пород у поверхности могут быть уместны специальные варианты типичных типов фундамента.
Общий дизайн здания
Тип фундамента и строительная система выбираются отчасти из-за факторов внешнего вида. Хотя это обычно не является основным эстетическим элементом, фундамент в основании здания может быть поднят над плоскостью земли, поэтому материалы стены фундамента могут повлиять на общий вид. У здания с плитным фундаментом мало видимого фундамента; однако стена фундамента подвального помещения или подвала может значительно варьироваться от минимального до полного обнажения выше уровня земли.
Предпочтительный тип фундамента зависит от климатического региона, хотя примеры большинства типов обычно можно найти в любом регионе. Одним из основных факторов, определяющих предпочтение фундамента, является влияние глубины промерзания на конструкцию фундамента. Влияние глубины промерзания в основном возникает из-за необходимости размещать фундаменты на большей глубине в более холодном климате. Это связано с тем, что вода расширяется при замерзании, и если это происходит под фундаментом, здание (или его части) может быть вытолкнуто на поверхность. Например, фундамент в южной Миннесоте должен находиться не менее чем на 42 дюйма ниже поверхности, в то время как в штатах, расположенных вдоль побережья Мексиканского залива, фундаменты вообще не должны выходить под поверхность, чтобы избежать повреждения конструкции от морозного пучения. Поскольку в северном климате требуется фундаментная стена, простирающаяся на значительную глубину, дополнительные затраты на создание подвального помещения намного меньше, поскольку в любом случае необходимо построить примерно половину стены подвала. В южном климате дополнительные первоначальные затраты на создание фундамента намного выше по сравнению с укладкой плиты на уровне грунта без значительной требуемой глубины фундамента.
Это историческое представление о том, что фундаменты должны простираться ниже естественной глубины промерзания, не совсем верно. Здания с очень мелким фундаментом можно использовать в холодном климате, если они должным образом изолированы (NAHB 2004).
Предпочтения местного рынка и стоимость строительства
Тип фундамента и строительная система также выбираются на основе стоимостных и рыночных факторов, которые варьируются в зависимости от региона или даже локально. Практически любой тип фундамента и строительную систему можно построить в любом месте в Соединенных Штатах. Однако относительные затраты, вероятно, будут отличаться. Эти затраты отражают местные затраты на материалы и рабочую силу, а также наличие определенных материалов и предпочтения местных подрядчиков. Например, в некоторых регионах есть много подрядчиков, специализирующихся на монолитных бетонных фундаментах. Поскольку у них есть конкретные формы и необходимый опыт работы с этой системой, а торги очень конкурентны, эта система может быть более рентабельной по сравнению с другими альтернативами. В других регионах доступность бетонных блоков для кладки больше, и есть много подрядчиков, специализирующихся на кладке фундаментных стен. В этих областях монолитная бетонная система может быть менее конкурентоспособной с экономической точки зрения, поскольку доступно меньше подрядчиков. Более субъективными факторами, влияющими на выбор проектировщиком типа фундамента и строительной системы, являются ожидания и предпочтения отдельных клиентов и покупателей жилья. Эти рыночные влияния основаны не только на стоимости, но и на местных традициях. Если люди в каком-то регионе ожидают подвалы, то их, как правило, предоставляют строители. Конечно, анализ экономической эффективности предоставления подвального помещения требует несколько субъективного суждения относительно стоимости подвального помещения. Эти более субъективные рыночные факторы и региональные предпочтения, как правило, увеличивают доступность материалов и подрядчиков для предпочтительных систем, что, в свою очередь, делает эти системы более экономичными.
Выбор материалов для фундамента: подсознательное решение?
[Примечание редактора: Роберт Риверсонг, строитель из Вермонта, продолжает свою серию из 10 статей, посвященных вопросам проектирования и строительства, которые он считает радикальными или «коренными» проблемами. Наслаждайтесь и, пожалуйста, поделитесь своими мыслями. – Тристан Робертс]
5. Основы – все начинается здесь: с чего начать?
С нуля
Мы проектируем дом изнутри и проектируем дом сверху вниз, но мы строим дом с нуля. Фундамент в буквальном смысле является основой для всего остального, а старожилы говорили, что дом хорош ровно настолько, насколько хорош его фундамент. Когда наши убежища были простыми, вроде бревенчатых хижин на американской границе, мы могли отметить свое место на земле четырьмя большими камнями и считать этого достаточным. Но сегодня мы многого ожидаем от фонда. По своей сути, фундамент должен соединять здание с землей, перенося гравитационные нагрузки, а также ветровые эффекты подъема и опрокидывания и сейсмические эффекты сдвига, скольжения и обрушения. Фундамент также должен противостоять боковому давлению грунта, гидравлическому давлению и морозному расширению, а также предотвращать проникновение воды, водяного пара и почвенного газа (радона). Также можно ожидать, что он будет содержать механические системы, создавать складские помещения или способствовать кондиционированию жилого пространства. И, с точки зрения дизайна, он создает «след» дома наверху, определяя его размер, форму и контуры.
Семиотика подвала
Помимо этих приземленных функций, подвал символически представляет нисхождение, бессознательное, прошлое, вещи, которые мы предпочли бы скрывать. Все, что мы строим, также воссоздает первичные архетипы сознания, но, за исключением тех, кто практикует древние искусства васту (индуизм), фэн-шуй (китайский язык) и сакральную геометрию (греческий язык), мы забыли о важности согласования пространства с местом, уравновешивание внутреннего с внешним, гармонизация видимого с невидимым.
«Мы резонируем с окружающей средой как на клеточном уровне, так и на уровне сознания. Создавая вокруг себя среду, которая поддерживает как наши внутренние, так и внешние чувства, мы можем укреплять, а не отчуждать наши человеческие связи с природой. Архитектура, используемая как средство воплощения принципов универсальной гармонии, может поддерживать нас, а не истощать, так что наши дома становятся нашими гаванями, а наши рабочие места поддерживают наше творчество».
– Джон Кох, Bacchus Marsh, Австралия
ПОДДЕРЖИВАЙТЕ НЕЗАВИСИМУЮ ОТЧЕТНОСТЬ В ОБЛАСТИ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ
BuildingGreen полагается на наших премиум-членов, а не на рекламодателей. Помогите сделать нашу работу возможной.
Посмотреть варианты членства »
Язык шаблонов
Фундамент также задает образец для остальной части конструкции. Если основная цель проектирования состоит в том, чтобы свести к минимуму экологический след здания, то мы должны рассмотреть вопрос об уменьшении воздействия на ландшафт и воздействия на ландшафт, включая разрушение участка, уничтожение деревьев, длину доступа, глубину раскопок, объем требуемой замены насыпи, изменения на участке. топография и влияние на эстетику и биотическое сообщество окружающей земли.
Качество площадки и почвы должно быть отражено в нашем определении соответствующего фундамента, включая такие элементы, как топография поверхностного дренажа, способность почвы просачиваться, сезонный уровень грунтовых вод, восприимчивость к морозному пучению, глубина и структура подпочвы, а также несущая способность почвы.
Литой в бетоне
Наконец, материалы фундамента должны быть доступными на местном уровне, экономически эффективными, долговечными и, в идеале, иметь низкий потенциал воплощенной энергии и глобального потепления, а также быть нетоксичными ни для жильцов, ни для окружающего биотического сообщества. Бетон, либо монолитный, либо сборный, либо в виде бетонных кладочных элементов (БКМ), является наиболее часто используемым материалом для фундамента, но также и вторым наиболее используемым веществом на земле (после воды), и он содержит экстраординарную воплощенную энергию ископаемого топлива, и главный фактор глобального потепления. Бетон имеет много преимуществ в качестве материала для фундамента, но его следует использовать как можно экономнее.
Креативные альтернативы
По этим причинам я предпочитал траншейные фундаменты из щебня (как у Фрэнка Ллойда Райта) или защищенные от мороза неглубокие балки. Значительное сокращение объемов земляных работ и бетона, которое позволяют эти системы, может оправдать использование изолированной бетонной плиты, если она имеет несколько назначений: чистовой пол (окрашивание смеси – наименее дорогой способ сделать это), источник лучистого тепла и аккумулирование солнечной тепловой массы. Я использую щебневую траншею на влажных или плохо дренированных участках и мелкозаглубленный фундамент с защитой от мороза (FPSF) на ровных участках с хорошо дренированными почвами. FPSF теперь принят в международном жилищном кодексе, а руководство по проектированию можно загрузить через Исследовательский центр NAHB (toolbase.org).
Когда мне нужно построить полноценный фундамент, например, цокольный этаж на участке с большим уклоном, я предпочитаю многочисленные преимущества изоляционной системы ThermoMass® (или CIC: бетон/изоляция/бетон), которая использовалась в течение 30 лет. лет в крупном коммерческом и промышленном применении (в том числе сборные и откидные) и в настоящее время предлагается (с бесплатной технической помощью и обучением) для монолитных жилых фундаментов. Эта система укладывает XPS толщиной от 1″ до 4″ по средней линии в бетонные опалубки, удерживая их на месте и привязывая к обеим бетонным нитям с помощью 120,000-дюймовых стержней из стекловолокна с пределом прочности на растяжение 12 8 фунтов на квадратный дюйм по центру. Это обеспечивает прочность полной 4-дюймовой бетонной стены, но с капиллярным и термическим разрывом, который защищен от ультрафиолета, насекомых, физических повреждений и воздействия огня. Он также предлагает почти такое же преимущество динамической тепловой массы, что и бетон с внешней изоляцией. Однако для заполнения XNUMX-дюймовых опалубок требуется бетононасос и специальная смесь.
Другие, менее традиционные варианты фундамента, которые доступны для рассмотрения, включают всепогодный деревянный фундамент (обработанные под давлением подоконники, каркас и фанера на основе из щебня), изолированные сборные железобетонные стены (которые требуют тяжелой транспортировки) и все более широкое распространение. популярные изолированные бетонные формы (ICF). Но последний помещает пену в наихудшее из возможных мест — как снаружи, так и внутри, где она уязвима для всех потенциальных опасностей — и обеспечивает небольшой динамический коэффициент тепловой массы.
Другие несколько более экологичные продукты ICF включают Rastra (переработанный пенополистирол/цемент), Faswall (дерево/цемент с вставками из минеральной ваты) и Durisol (дерево/цемент с вставками из минеральной ваты). можно резать и обрабатывать, как дерево, удерживать крепеж и делать хорошие подложки для лепнины или гипса. Минеральная вата, более доступная в Канаде, чем в США, также является более экологичным вариантом для изоляции фундамента на стенах из обычного монолитного бетона или CMU. Хотя он не предназначен для приложений с субплитами, он, по-видимому, используется в Европе для этой цели.
Защита от бури
Сегодня существует множество продуктов для гидроизоляции фундамента, но я предпочитаю наносимый кистью латексный герметик для кладки UGL Drylok из-за его простоты нанесения, бетонно-серого цвета и паропроницаемости. Как и все части тепловой оболочки (это следующая статья в этой серии), фундамент должен «дышать». На SFPF с экстерьером XPS я нанес шпателем 1/8″ поверхностного связующего цемента на ½″ аппаратной ткани для защиты и эстетики.
Создание основы
Таким образом, хотя подвал может представлять собой бессознательную область архетипического внутреннего святилища, «зеленое» строительство требует, чтобы мы не выбирали материалы и методы бессознательно. В качестве основы для всего, что над ним построено, фундамент должен закладывать основу для целей проектирования любого строительного проекта.
Изображения в порядке появления: Фундамент из бутовой траншеи Класс SFPF Балка Термомасса № 1 Термомасса № 2 Клей для поверхностного склеивания
авторское лево Роберта Риверсонга: может быть воспроизведено только с указанием авторства в некоммерческих целях
Роберт Риверсонг был пионером в строительстве сверхизолированных и пассивных солнечных батарей, инструктором по строительным наукам и гидротермальной инженерии, философом, проводником по дикой природе и фасилитатором обрядов перехода. С ним можно связаться в сети HouseWright (в) Ponds-Edge (точка). Некоторые из его работ можно увидеть на BuildItSolar.com (статья о его модифицированной системе ферм Ларсена), GreenHomeBuilding.com (подробнее о ферме Ларсена), GreenBuildingAdvisor.com (пример дома в Вермонте) и Transition Vermont ( фото).
