При отсутствии агрессивных грунтовых вод железобетонный фундамент, находящийся в земле, не подвергается коррозии и долговечен. Это обстоятельство привело к широкому применению железобетона в качестве материала для фундаментов, чему способствует также относительно высокая прочность железобетона (по сравнению с бетоном или бутовой кладкой) и возможность воспринятая им растягивающих усилий.
В силу этого железобетонные фундаменты получаются значительно более легкими, чем бетонные или бутовые. В случае необходимости (при относительно слабых грунтах) сплошных фундаментов железобетонную конструкцию следует рассматривать как единственно рациональное решение.
Отдельные фундаменты под колонны могут быть весьма разнообразными по конструкции и применяемому материалу в зависимости от величины нагрузки, характера ее приложения (эксцентричность), допускаемого напряжения на грунт и конъюнктурных условий.
При грунтах средней (2,0—3,5 кг /см2) и высокой (4,0—5,0 кг /см2) прочности и небольшом эксцентриситете рекомендуется применять массивные бутовые или бетонные фундаменты.
В массивных фундаментах высота назначается таким образом, чтобы при требуемой площади основания обеспечить минимальный угол распространения давления, принятый для данного материала. В этом случае предполагают, что фундамент на изгиб не работает (растягивающие напряжения отсутствуют), и расчет ограничивается определением размеров основания.
Для бетонных фундаментов (рис. 33) угол распространения давления а ~ 56°, что соответствует откосу 1,5 : 1. Бетонные фундаменты не армируются понизу. В некоторых случаях укладывается арматура сверху фундамента под колонной. Бетон применяется марки R28 = 90 кг /см2; наружные поверхности фундамента могут быть выполнены в виде плоскости или ступеней. Последний тип хотя и требует несколько большего расхода бетона, имеет преимущество в виде простоты производства работ.
В тех же условиях более рациональным является бетонный фундамент при устройстве железобетонного подколонника (рис. 34). Наличие подколонника дает возможность применять для всей массы фундамента материал пониженного качества, как то: бетон марки R28 = 65 — 45 кг/см2 или бутобетон.
При этом принимают tga = 1,75 : 1.
Точно так же устраиваются фундаменты из бута, где угол распространения давления a = 63°30' (tga = 2:1). Высота каждой ступени из бутовой кладки должна быть не менее 40 см для обеспечения хорошего качества работы. Размеры, подошвы подколонника определяют в зависимости от допускаемого напряжения на материал фундамента. Высота подколонника назначается из условия а = 45°.
Снизу подколонник армируется конструктивно сеткой из стержня диаметром 8—10 мм с шагом 20 см. В случае значительного эксцентриситета внешней силы при средних и слабых грунтах рекомендуется переходить к применению железобетонных фундаментов.
Железобетонные фундаменты имеют значительно меньшую высоту и во многих случаях экономичнее бетонных или бутовых. Сплошные (безреберные) железобетонные фундаменты могут быть пирамидальными (рис. 36) или ступенчатыми (рис. 37).
Плоский фундамент (рис. 35) требует сравнительно небольшого расхода бетона, но невыгоден как по количеству арматуры, так и в особенности по ее сложности. Чтобы избежать применения косых стержней и хомутов, увеличивают общую высоту фундамента, назначая ее из условий продавливания по периметру колонны. Армирование ограничивается нижней сеткой.
Наибольшее распространение в практике строительства получили фундаменты ступенчатого типа (рис. 37), которые требуют сравнительно небольшого расхода материалов при простоте производства работ. Количество ступеней такого фундамента зависит от его высоты и равно 1—3.
Ребристые фундаменты (рис. 38) значительно легче описанных выше, но в виду сложности выполнения применяются редко. Фундаменты под сборные колонны выполняются из железобетона пирамидальными или ступенчатыми с устройством «стакана», куда устанавливается колонна с последующей заливкой швов (рис. 38а).
В случае сравнительно частого расположения колонн, значительной нагрузки или слабых грунтов фундаменты проектируют ленточными (рис. 39), перекрестно-ленточными (рис. 40) или сплошными плитными (рис. 41).
Ленточные фундаменты под колонны могут быть в поперечном сечении тавровыми (рис. 39) или трапецоида льными. На один фундамент опираются две или более колонн. Край фундамента должен быть выпущен в виде консоли для достижения одинакового напряжения на грунт на краях и в середине. В случае невозможности устройства консоли под крайней колонной следует устраивать уширение (рис. 42).
Ленточный фундамент работает, как балка, лежащая на сплошном упругом основании. Нагрузка от колонн принимается приложенной в виде сосредоточенных грузов и моментов. Метод расчета ленточных фундаментов зависит от параметра λ = α l, где
Здесь l — половина длины ленты, b — ширина ленты, Ко — коэффициент постели. При λ < 0,50 фундамент рассматривают как жесткую балку и напряжения на грунт определяют, как для массивных фундаментов. Армирование ленточных фундаментов в продольном направлении аналогично армированию неразрезных балок (рис. 43).
В поперечном направлении консольные выступы армируются на усилия, вызываемые отпором грунта, но во всяком случае диаметр не менее 10 мм через 20 см. Если площадь опирания на грунт ленточных фундаментов оказывается недостаточной, то переходят к перекрестным ленточным фундаментам, конструкция которых в основном аналогична вышеописанным.
Наконец при особо слабых грунтах или при концентрации большой нагрузки на сравнительно небольшой площади (башни, силосы и пр.) применяют фундаменты в виде сплошной плиты. Конструктивно сплошной железобетонный фундамент напоминает опрокинутое перекрытие — ребристое (рис. 41) или безбалочное (рис. 44).
Под железобетонными фундаментами следует устраивать увеличенный защитный слой (подготовку), толщина которого выбирается в зависимости от влажности грунта: для сухих грунтов 3—4 см, для влажных 4—6 см и мокрых 10 см. Железобетонные фундаменты могут применяться также и для сплошных стен при слабых грунтах. Здесь в железобетоне выполняется только нижняя часть фундамента для возможности передачи нагрузки на большую площадь при малой высоте. Кроме того железобетонные фундаменты применяются для подпорных стен, набережных, силосов и других сооружений.
