Фундамент под колонну, мачту или опору: что из ДБН В.2.1-10 нужно знать проектировщику металлоконструкций

Кто что передаёт на стыке

Нормы распределяют ответственность просто. Проектировщик оснований и фундаментов выбирает тип, глубину заложения и размеры фундамента по результатам изысканий и по нагрузкам, которые ему передали. Проектировщик металлоконструкции отвечает за то, что стоит над фундаментом, и за данные, из которых фундамент рассчитывают. Ошибка в этих данных превращается в фундамент, не рассчитанный на реальную опору.

Мы изготавливаем опоры, мачты, колонны, стальные сваи-оболочки, анкерные клетки и закладные и разрабатываем чертежи КМ и КМД. Проект фундамента выполняем по отдельному заказу за отдельную плату, но чаще всего лишь передаём нагрузки на фундамент, а проектирует его заказчик или его проектировщик оснований и фундаментов. Наша часть стыка — исходные данные и анкерный узел.

Нагрузки на уровне опорной плиты

Опора передаёт основанию не только вес. Проектировщику фундамента нужны три составляющие: продольная сила, изгибающий момент и поперечная сила. У колонны каркаса они появляются от покрытия, кранов и ветра, у мачты или башни в основном от ветра на конструкцию и оборудование, у опоры ЛЭП ещё и от проводов, тросов и гололёда. Почему именно момент чаще всего определяет размер фундамента, объясняет статья о фундаментах мачт, башен и опор ЛЭП.

Нормы требуют рассчитывать фундамент по двум группам предельных состояний: по несущей способности основания и по деформациям. Для каждой группы берут своё сочетание нагрузок, поэтому передавайте оба набора, а не одно «расчётное» число. Обозначайте и длительность: снеговую нагрузку и нагрузку на перекрытия при расчёте по деформациям учитывают как длительные, а по несущей способности как кратковременные. Нагрузки от подвижного подъёмно-транспортного оборудования в обоих случаях кратковременные.

Виды нагрузок и воздействий берут по нормам нагрузок (ДБН В.1.2-2:2006). Для опор ЛЭП нормы фундаментов отсылают к правилам устройства электроустановок: нагрузки от проводов, тросов и линейной арматуры и их сочетания определяют по ним (см. нагрузки на воздушные линии). Фундамент опоры ЛЭП проверяют для всех режимов работы линии, а динамическое действие порывов ветра на конструкцию опоры учитывают только в проверке по несущей способности основания.

Что ещё проверяет проектировщик фундамента опоры

Для опор ЛЭП, открытых распределительных устройств, ветроэнергоустановок и антенных сооружений связи в ДБН есть отдельный раздел. По деформациям проверяют среднее, краевое и угловое давления, давление на кровлю слабого слоя грунта, осадку и крен, горизонтальные силы на уровне верха фундамента и угол поворота стойки на уровне земли. По несущей способности проверяют прочность и устойчивость основания, сдвиг по подошве и по слабому слою. Саму конструкцию фундамента рассчитывают по нормам железобетона: продавливание плитной части, изгиб, образование и раскрытие трещин.

Опоры ЛЭП по характеру нагрузки делят на промежуточные, анкерные и угловые. В зависимости от направления составляющей нагрузки фундаменты либо опрокидываются, либо выдёргиваются. Для выдёргиваемых фундаментов коэффициент надёжности по назначению разный для промежуточных, анкерных, угловых и специальных опор. Поэтому в исходных данных всегда указывайте тип опоры и схему крепления.

Предельные деформации: крен, осадка, разность осадок

Расчёт по деформациям ставит фундаменту одно условие: расчётная совместная деформация основания и сооружения не должна превышать предельную. Предельные значения задают нормы проектирования самого сооружения, правила эксплуатации оборудования или задание на проектирование. Если там ничего не сказано, а конструкция специально не рассчитана на усилия от неравномерных осадок, допускается брать значения из рекомендуемого приложения к ДБН.

Отсюда практический вывод: допустимый крен мачты, башни или ряда опор должен прийти от нас или от изготовителя оборудования, а не быть угаданным в проекте фундамента. В таблице порядок величин из прежней редакции норм (2009 г.) для сооружений, ближайших к нашему ассортименту. Действующие значения сверяйте с ДБН В.2.1-10:2018: они могут отличаться.

Для опор ЛЭП относительную разность осадок считают на базе L: это расстояние между осями блоков фундамента в направлении горизонтальных нагрузок, а у опор с оттяжками расстояние между осями сжатого фундамента и анкера. Если основание сложено горизонтальными слоями грунта, выдержанными по толщине, нормы допускают увеличить предельные осадки на 20 %. Значения рекомендуемые и действуют, когда задание не устанавливает других.

Что значит крен 0,002

Крен 0,002 — это два миллиметра на метр высоты. На мачте высотой 30 м отклонение верха только от крена фундамента составляет 60 мм, а к нему добавляется прогиб самой конструкции под ветром. Для антенн допуск может быть жёстче нормативного, и его задаёт изготовитель оборудования (см. башни связи).

Для шарнирных систем и жёстких сооружений башенного типа нормы допускают не устанавливать предельные деформации по условию прочности и трещиностойкости конструкции: усилий от неравномерных осадок в них не возникает. Это не отменяет ограничения крена по условию эксплуатации, то есть вертикальности антенны, светильника или стойки.

Момент, эксцентриситет и отрыв подошвы

Крен фундамента считают с учётом эксцентриситета нагрузки, то есть момента на уровне подошвы, влияния соседних фундаментов и неравномерной сжимаемости основания. Учитывают и заглубление фундамента, жёсткость надфундаментной конструкции и то, что наклон сам увеличивает эксцентриситет: опора, уже немного наклонившаяся, нагружает основание ещё неравномернее. В водонасыщенных глинистых грунтах дополнительно считают крен от ползучести скелета грунта, то есть он нарастает со временем.

Размеры внецентренно нагруженных фундаментов колонн производственных зданий, в том числе с мостовыми кранами, и сооружений башенного типа подбирают так, чтобы эпюра давления была трапециевидной. Треугольную эпюру, когда край подошвы отрывается от грунта, допускают только с обоснованием. С проектировщиком фундамента об этом договариваются до выпуска чертежей КМД: допущенный отрыв меняет расчётный крен, который мы получим обратно.

Изыскания: что вносят в задание и что должно быть в отчёте

Нормы не допускают проектировать основания и фундаменты без достаточного инженерного обоснования. Задание на изыскания должно содержать сведения о конструктивных решениях объекта, предполагаемых типах и глубине заложения фундаментов и нагрузках на них. То есть исполнители изысканий получают это от проектировщика фундамента, а тот от нас: где стоит каждая опора, какая она и с какими нагрузками. Скважина за пределами площадки опоры мало что скажет о грунте под ней.

Результаты изысканий должны дать всё, по чему выбирают тип и глубину фундамента: разрез со слабыми прослойками, свойства грунтов в пределах деформируемой зоны, уровень подземных вод вместе с прогнозом его изменений (верховодка, сезонные колебания, техногенные изменения), агрессивность воды и грунта и глубину промерзания. Глубину заложения определяют с учётом нагрузок, глубины фундаментов соседних объектов и коммуникаций, рельефа, грунтовых условий и промерзания. Нормативную глубину промерзания берут как среднее из годовых максимумов по наблюдениям не менее чем за 10 лет.

Отдельно нормы выделяют сложные условия: слабые связные грунты с модулем деформации менее 5 МПа, лёссовые, набухающие, пучинистые и насыпные грунты, подрабатываемые территории, оползни, карст и сейсмоопасные районы. На пучинистых грунтах фундамент проверяют на касательные силы морозного пучения, действующие вдоль его боковой поверхности. Если площадка попадает в эти условия, скажите об этом в задании на опору: высота, оборудование и допустимый крен могут изменить выбор типа фундамента.

Агрессивность среды касается и наших деталей: стальные анкеры и закладная в агрессивном грунте или воде нуждаются в защите, которую определяет проект. Общие подходы есть в статье о защите от коррозии.

Анкерный узел: где нормы молчат

Об анкерных болтах, закладных и кондукторах ДБН не говорит: это предмет проекта опоры и чертежей фундамента. Из общих требований к узлу применимо такое: предельные деформации основания выбирают так, чтобы не было расстройства соединений и изменения проектных положений конструкций. То есть крен или осадку не компенсируют подгонкой фланца, их закладывают в допуск на фундамент. Приложение к нормам о мерах против влияния деформаций основания прямо упоминает приспособления для выравнивания конструкций. Для опоры это выравнивающие гайки под фланцем, которые предусматривают в узле заранее.

До изготовления закладной с проектировщиком фундамента согласовывают:

• схему и диаметр анкеров по чертежу фланца опоры;
• марку стали, длину заделки в бетон и способ анкеровки, которые следуют из расчёта фундамента;
• отметку верха бетона и высоту выступа анкеров над ним;
• допуски на положение анкеров и способ контроля, который записывают в исполнительную схему.

Допуски и контроль разобраны в статьях о фундаментных закладных и анкерных болтах. Закладную изготавливаем мы, а размеры фундамента, бетон и армирование — предмет проекта фундамента.

Новая опора на существующем фундаменте

Если опору ставят на готовый фундамент, анкеров, совпавших по схеме, мало. Нормы для реконструкции требуют обследовать состояние несущего слоя грунта, тип, конструкцию и состояние фундаментов и оценить их несущую способность и деформативность с учётом физического износа, а выводы подтвердить поверочными расчётами. Новые нагрузки от опоры сравнивают с теми, на которые фундамент был рассчитан: продольная сила, момент, поперечная сила и допустимый крен.

Обследование существующих металлоконструкций мы выполняем как отдельную услугу: техническое обследование. Состояние и несущую способность самого фундамента оценивают в составе обследования оснований.

Наша часть стыка и что прислать

Мы изготавливаем металлоконструкции по чертежам заказчика, разрабатываем чертежи КМ и КМД, изготавливаем опоры, мачты, анкерные клетки и закладные: проектирование КМ и КМД, изготовление металлоконструкций. Для опор нашего ряда нагрузки в основании приведены в каталоге (для башен связи на странице Башни связи), для индивидуальных конструкций они следуют из расчёта КМ. Монтаж выполняет партнёрская строительная компания.

Чтобы согласовать стык, пришлите:

• тип и высоту опоры или чертёж;
• оборудование на опоре и место строительства;
• требования к крену от изготовителя оборудования, если они есть;
• отчёт изысканий, если он уже выполнен;
• сведения о фундаменте, если он готов или запроектирован: чертежи, схему анкеров.

Нормативы и действительность

Статья опирается на ДБН В.2.1-10:2018 «Основания и фундаменты зданий и сооружений. Основные положения» (по открытым данным действует с 1 января 2019 года и заменил редакцию 2009 года) и на ДБН В.1.2-2:2006 «Нагрузки и воздействия». Значения предельных деформаций в таблице приведены по редакции 2009 года как порядок величин. В действующей редакции их, а также нумерацию разделов и приложений нужно сверить.

Действительность и действующая редакция каждого из названных документов требуют проверки перед ссылкой в проекте. Статья не заменяет проект оснований и фундаментов и не является расчётом: параметры фундамента определяет только проектировщик по результатам изысканий.