Типы оснований: Типы фундаментов и области их применения — SGround.ru – 22. Основания. Классификация оснований. Грунт и их строительные свойства.

22. Основания. Классификация оснований. Грунт и их строительные свойства.

Основанием считают слои грунта, залегающие ниже подошвы фундамента и в стороны от него, воспринимающие нагрузку от сооружения и влияющие на устойчивость фундамента и его перемещения. Проектирование оснований зданий и сооружений зависит от большого количества факторов, основными из которых являются: геологическое и гидрогеологическое строение грунта; климатические условия района строительства; конструкция сооружаемого здания и фундамента; характер нагрузок, действующих на грунт основания, и т.д. Основания под фундаменты зданий и сооружений бывают естественными и искусственными.

Грунты — это любой вид горной породы или почвы, а также твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека. Вид и свойства грунтов характеризуют размеры и форма зерен (частиц), их прочность, расположение и взаимосвязь. По совокупности признаков грунты делятся на группы, типы, виды и разновидности (см. ГОСТ 25100-82, СНиП).

По характеру структурных связей грунты подразделяют на два класса: скальные и нескальные. Скальные грунты характеризуются высокой прочностью связей между зернами, залегают в виде сплошного или трещиноватого массива (граниты, известняки и др.). Такие грунты разрабатывают только после предварительного рыхления. Нескальные грунты делятся на связные и несвязные.

Различают следующие основные виды грунтов: песок, супесь, суглинок, глина, лёссовый грунт, торф, гравий, растительный грунт, различные скальные и уплотненные грунты.

При выборе методов производства земляных работ необходимо учитывать следующие основные характеристики грунтов: плотность; влажность, липкость, разрыхлённость, сцепление, угол естественного откоса, сложность (трудоёмкость) разработки

.

Естественными основаниями называют грунты, которые в условиях природного залегания обладают достаточной несущей способностью, чтобы выдержать нагрузку от возводимого здания или сооружения. Естественные основания не требуют дополнительных инженерных мероприятий по упрочнению грунта; их устройство заключается в разработке котлована на расчетную глубину заложения фундамента  здания  или  сооружения.

Скальные грунты представляют собой залежи изверженных, осадочных и метаморфических горных пород (граниты, известняки, кварциты и др.). Они обладают большой плотностью, водоустойчивостью и являются прочным основанием для любого вида сооружений. К нескальным грунтам относятся крупнообломочные, песчаные и глинистые грунты.

Крупнообломочные грунты (щебень, гравий, галька) представляют собой куски, образовавшиеся в результате разрушения скальных пород, с размерами частиц более 2 мм.

Песчаные грунты представляют собой частицы горных пород крупностью 0,1…2 мм. Пески крупностью 0,25…2 мм обладают значительной водонепроницаемостью и поэтому при замерзании не вспучиваются. Прочность и надежность песчаных оснований зависят от плотности и мощности залегающего слоя песка: чем больше мощность залегания и равномерней плотность слоя песка, тем прочнее основание.

Глинистые грунты : тонкодисперсные частицы чешуйчатой формы размером менее 0,005 мм. Сухое глинистое основание может выдерживать большие нагрузки от массы зданий и сооружений.

Супесчаные грунты представляют собой смесь песка и глинистых частиц в количестве 3…10 %. Суглинистые грунты состоят из песка и содержат 10…30 % глинистых частиц. Эти виды грунтов могут использоваться в качестве естественных оснований (если они не подвержены увлажнению). По своей прочности и несущей способности они уступают песчаным и сухим глинистым грунтам. (плывуны)

Лёссовые грунты это частицы пылеватых суглинков со сравнительно постоянным гранулометрическим составом. Лёссовые грунты в сухом состоянии могут служить надежным основанием. (просадочные)

Все вышеперечисленные грунты имеют неплохую несущую спос-ть в сухом состоянии.

Искусственными основаниями называют грунты, которые по механическим свойствам в своем природном состоянии не могут выдерживать нагрузки от зданий и сооружений. Поэтому для упрочнения слабых грунтов необходимо выполнять различные инженерные мероприятия. К слабым относятся грунты с органическими примесями и насыпные грунты. Грунты с органическими примесями включают: растительный грунт, ил, торф, болотный грунт. Насыпные грунты образуются искусственно при засыпке оврагов, прудов, мест свалки. Перечисленные грунты неоднородны по своему составу, рыхлые, обладают значительной и неравномерной сжимаемостью. Поэтому в качестве оснований их используют только после укрепления уплотнением, цементацией, силикатизацией, битумизацией или термическим способом.

Виды оснований. Классификация оснований

Основанием принято считать некую основополагающую материальную структуру (поверхность), на которой в будущем будут установлены (смонтированы, нанесены) какие-либо строения, их составляющие, технические приспособления, инженерные конструкции и пр. Видов оснований великое множество, и все они разнятся по применению, то есть по тому, что на них будет размещено в процессе строительства (монтажа) инженерных или технических сооружений (приспособлений).

Разновидности оснований в архитектуре

В строительстве каждый сегмент работ по возведению здания базируется на своем основании. Самыми значимыми здесь являются:

1. Под фундамент. Перед строительством любого архитектурного сооружения специалисты тщательно исследуют грунт, на котором этому сооружению придется стоять долгие годы. И именно от того, какими качествами будет обладать грунт, будет зависеть выбор фундамента, на котором это здание будет возводиться.
2. Под трубы канализации и прочие инженерные сооружения. Чаще всего это все тот же грунт, на котором будет возводиться строение.
3. Под несущие стены. После возведения фундамента он автоматически является основанием под несущие стены строения.
4. Под полы. Основанием для полов первого этажа может служить перекрытие цокольного этажа, для последующих этажей – потолочные перекрытия предыдущих этажей.
5. Под кровлю. В большинстве случаев им являются несущие стены строения.
6. Под штукатурку. В качестве него выступают внутренние и внешние площади несущих стен и межкомнатных перегородок.

Говоря простыми словами, несмотря на то, что находится перед вами, оно всегда держится на чем-то, что и является его основанием. А теперь поговорим о разновидностях оснований в архитектуре более подробно.

Основания под фундамент

Разновидностей фундаментов множество, и это неспроста. Каждый из фундаментов рассчитан на свою основу. Виды оснований под фундаменты различаются по степени их:

• несущей способности;
• сжатия;
• пучинистости;
• вымываемости и растворимости под воздействием грунтовых вод;
• промерзания;
• просадки и предрасположенности к оползням.

Именно на основании перечисленных факторов и выбирается тип фундамента, на котором будет воздвигаться строение. Типы грунтов, то есть оснований под строения, подразделяются на:

• Хрящевой – отлично подходящий для возведения строения на мелкозаглубленном ленточном фундаменте. Его состав – глина и песок с примесями щебня. Он почти не вымывается и дает малую осадку.
• Песчаный – подходит для любых ленточных фундаментов, в том числе и блочных. Песок – превосходное основание, отлично трамбующееся и пропускающее влагу. Все это делает его плотным и надежным, поэтому будущее здание на такой основе можно возводить и на столбчатом фундаменте.
• Скалистый – самый крепкий и надежный из всех. Подойдет для любых типов фундамента.
• Глинистый – самый пучинистый грунт. Для такого в самый раз будет ленточный или плитный фундамент.
• Болотистый – никакой тип фундамента, кроме свайного, здесь не подойдет. Желательно использовать винтовые сваи.
• Торфяной – тоже слабоватый грунт. На таких неустойчивых и плавающих основаниях лучше всего будет остановиться на плитном фундаменте.

Основания под трубопроводы

В зависимости от разновидностей грунта виды оснований под трубопроводы подразделяются на:

1. Песчаные.
2. Бетонные.
3. Железобетонные.

В случае со скальными, супесчаными, суглинистыми и сухими глинистыми почвами основание под трубы прокладывают 15-сантиметровой песчаной, хорошо утрамбованной постелью.

Если грунт высокопластичен, как в случае с некоторыми разновидностями глинистых и суглинистых разновидностей, постоянно в избытке пропитанных влагой, понадобится обязательная укладка бетонных плит и стула (угол охвата 135°).

Прокладка трубопроводов в свеженасыпных грунтах, равно как в грунтах с ожидаемой и непредсказуемой осадкой, требует заделку основания из железобетонных подушек.

Основания под несущие стены

Виды оснований под несущие стены напрямую зависят от конструктивных особенностей фундамента, поскольку, по сути, он и служит им основой. В зависимости от его разновидностей, а также от веса здания, несущие стены начинают возводиться:

• в случае с ленточным фундаментом – непосредственно на стены (ребра) самого ленточного фундамента;
• в случае с плитным – на плиту;
• в случае со столбчатым или свайным фундаментом монтируется ростверк, и стены возводятся уже на него.

Виды оснований под брусчатку могут быть бетонными (железобетонный ростверк) или металлическими. Многие и вовсе возводят деревянный свайный фундамент с деревянным же ростверком.

Основания под полы

Видов оснований под полы бывает множество, но все они сводятся к схеме следующего характера:

1. Утрамбованный грунт, на который распределена прослойка из гравийно-песчаной смеси, также тщательно утрамбованная.
2. Черновая бетонная основа небольшой ширины.
3. Слой паро-, гидро- и теплоизоляции. В качестве пароизоляции используются специальные жидкие резины, диффузные мембраны или полиэтиленовая пленка. Многие на этом этапе выбирают строительный толь. В роли теплоизоляции в большинстве случаев выступает пенополистирол, хотя многие опять же могут довольствоваться слоем керамзита. Гидроизоляция – тот же полиэтилен или полипропилен.
4. Железобетонная стяжка, которая послужит основанием для основного полового покрытия.

Основания под кровлю

Виды оснований под кровлю напрямую зависят от того, будет ли жилым чердачный этаж, и от видов кровельного материала. В случае если на чердаке будут расположены жилые помещения, крыша должна быть более качественно утеплена и изнутри обустроена так, чтобы служить основанием для внутренней отделки.

В зависимости от упомянутых факторов виды оснований могут быть выполнены с висячими или наслонными стропилами. В первом случае облегченная конструкция может состоять из затяжки, стропил и ригеля. В более прочной конструкции вместо ригеля может быть использована стойка-брус с подкосами.

Конструкция основания крыши с наслонными стропилами не обходится без мауэрлатов, лежня, прогона, стойки-бруса и опять же стропил. Более сложная конструкция подразумевает дополнительное усиление ригелем и подкосами. Для укладки кровельного материала, в зависимости от его разновидности, стропила оснащаются обрешеткой. В случае рулонных разновидностей кровельного материала вместо стропил может быть использована доска, набитая вплотную друг к дружке.

Вариант под штукатурку: разновидности

Видов оснований под штукатурку бывает несколько. Все они разнятся в зависимости от материалов и структуры поверхностей, на которые она будет наноситься.

Основные разновидности оснований:

• Поверхность стены, покрытая специальной грунтовкой. Существуют разные виды грунтовок, подходящие как для бетонных, так и для деревянных поверхностей. Все они усиливают сцепление штукатурной смеси с материалом стены или стенного покрытия.
• Поверхность стены, в которой часто сделаны специальные засечки, увеличивающие сцепление штукатурки с материалом этой поверхности. На шероховатый кирпич штукатурка всегда схватывается хорошо. Если же кладка выполнена из гладкого кирпича либо штукатурка будет наноситься на ровную бетонную поверхность, существует большой риск того, что она попросту отслоится от стены и обрушится. Именно для этого и нужны насечки. Они имеют вид продолговатых борозд, глубиной до 0,5 см, выполненных как можно чаще по всей площади стены.
• Поверхность стены, оснащенная армированной сеткой. Сетка, посаженная на дюбели, удержит штукатурку на любой поверхности. Если штукатурка будет наноситься на окрашенные стены, следует применить оба варианта – и засечки, и армированную сетку.
• Поверхность стены, оснащенная тростниковым матом. Такой вид основания используют в домах с саманными, деревянными стенами или перегородками. Тростниковый мат надежно удержит штукатурку на любой из подобных поверхностей.

Заключение

Существуют еще множество разновидностей оснований, например, основание под шпаклевку, под покраску, под обои, но все они базируются на том же принципе – улучшить сцепление отделочных материалов с поверхностью. Кто желает ознакомиться с подготовкой стен к оклеиванию обоев, может посмотреть следующее видео.

Как видно из материала статьи, архитектура не терпит простоты. Все компоненты строения должны быть не только тщательно подогнаны по размеру, но и хорошо скреплены между собой. А поможет это сделать тщательная и правильная подготовка оснований.

Основания: классификация и химические свойства

Основания (гидроксиды) – сложные вещества, молекулы которых в своём составе имеют одну или несколько гидрокси-групп OH. Чаще всего основания состоят из атома металла и группы OH. Например, NaOH – гидроксид натрия, Ca(OH)₂ – гидроксид кальция и др.

Существует основание – гидроксид аммония, в котором гидрокси-группа присоединена не к металлу, а к иону NH₄⁺ (катиону аммония). Гидроксид аммония образуется при растворении аммиака в воде  (реакции присоединения воды к аммиаку):

NH₃ + H₂O = NH₄OH (гидроксид аммония).

Валентность гирокси-группы – 1. Число гидроксильных групп в молекуле основания зависит от валентности металла и равно ей. Например, NaOH, LiOH, Al (OH)

3, Ca(OH)₂,  Fe(OH)₃ и т.д.

Все основания – твёрдые вещества, которые имеют различную окраску. Некоторые основания хорошо растворимы в воде (NaOH, KOH и др.). Однако большинство из них в воде не растворяются.

Растворимые в воде основания называются щелочами. Растворы щелочей «мыльные», скользкие на ощупь и довольно едкие. К щелочам относят гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов (KOH, LiOH, RbOH, NaOH, CsOH, Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, Ba(OH)₂ и др.). Остальные являются нерастворимыми.

Нерастворимые основания – это амфотерные гидроксиды, которые при взаимодействии с кислотами выступают как основания, а со щёлочью ведут себя, как кислоты.

Разные основания отличаются разной способностью отщеплять гидрокси-группы, поэтому признаку они делятся на сильные и слабые основания.

Сильные основания	Слабые основания
NaOH гидроксид натрия (едкий  натр)  KOH гидроксид калия (едкое кали)  LiOH гидроксид лития  Ba(OH)2 гидроксид бария  Ca(OH)2 гидроксид кальция (гашеная известь)	Mg(OH)2 гидроксид магния  Fe(OH)2 гидроксид железа (II)  Zn(OH)2 гидроксид цинка  NH4OH гидроксид аммония  Fe(OH)3 гидроксид железа (III)  и т.д. (большинство гидроксидов  металлов)

Сильные основания в водных растворах легко отдают свои гидрокси-группы, а слабые – нет.

Химические свойства оснований

Химические свойства оснований характеризуются отношением их к кислотам, ангидридам кислот и солям.

1.  Действуют на индикаторы. Индикаторы  меняют свою окраску в зависимости от взаимодействия с разными химическими веществами. В нейтральных растворах – они имеют одну окраску, в растворах кислот – другую. При взаимодействии с основаниями они меняют свою окраску: индикатор метиловый оранжевый окрашивается в жёлтый цвет, индикатор лакмус – в синий цвет, а фенолфталеин становится цвета фуксии.

2. Взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием соли и воды:

2NaOH + SiO₂ → Na₂SiO₃ + H₂O.

3. Вступают в реакцию с кислотами, образуя соль и воду. Реакция взаимодействия основания с кислотой называется реакцией нейтрализации, так как после её окончания среда становится нейтральной:

2KOH + H₂SO₄  → K

2SO₄ + 2H₂O.

4. Реагируют с солями, образуя новые соль и основание:

2NaOH + CuSO₄ → Cu(OH)₂ + Na₂SO_4.

5. Способны при нагревании разлагаться на воду и основной оксид:

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O.

Остались вопросы? Хотите знать больше об основаниях?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь.
Первый урок – бесплатно!

Зарегистрироваться

© blog.tutoronline.ru, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Фундаменты и их типы: характеристика и область применения

Фундаменты и их разновидности подбираются в зависимости от типа возводимого на них строения. Каждый тип основания имеет свои не только конструктивные особенности, но и нюансы применения. Факторами выбора того или иного фундамента служат:

Содержание статьи

• Характеристики грунта, а именно его несущая способность. Другими словами, возможность выдерживать определенные нагрузки.

Различают грунты: скалистые/каменистые (не изменяют характеристик под влиянием влаги, перемены температурного режима), песчаные (относятся к слабопромерзаемым, хорошо трамбуются, уплотняются), глинистые (глубоко промерзают и вспучиваются, могут разжижаться при обильном увлажнении), торфяные (осушенные болота, водоемы), суглинки, супеси (смесь частиц глины и песка, их поведение зависит от баланса этих компонентов), хрящеватые (смесь глины, песка и мелкого камня, достаточно надежные).

• Глубина промерзания – во многом зависит от типа грунта. Ведь чем больше его насыщение водой, тем сильнее пучение. Такие подвижки грунта (в частности весной) могут выталкивать фундамент, оказывать воздействие на его разрыв в горизонтальном и вертикальном направлении.
• Тип возводимого строения – его вес (стены, перекрытия), статические/динамические нагрузки, другие особенности, например наличие подвала, погреба.
• Грунтовые воды – от их уровня зависит глубина заложения фундамента (определяется инженерно-геологическими исследованиями, такими как бурение скважин).

Теперь зная об особенностях выбора основания для дома, можно перейти к основным типам фундаментов.

Фундаменты и их типы

Следует отметить, что для возведения частного дома, традиционно рассматривают четыре основных типа оснований:

• Столбчатое.
• Ленточное.
• Свайное.
• Плитное.

Столбчатый фундамент

Устройство такого основания, представляет собой систему бутовых, каменных или кирпичных столбов. Опоры возводятся с шагом примерно 1,2 до 2,5 метра под наиболее ответственными точками сосредоточения нагрузо

Типы фундаментов и область их применения

Фундамент является конструктивным элементом любого сооружения, который передает нагрузку от вышележащих элементов на грунты основания. Различные типы фундаментов используются в зависимости от ряда факторов, среди которых можно выделить состав грунта, уровень залегания воды, бюджет на строительство и прочее. Поэтому перед владельцем частного дома или другого сооружения встает вопрос, какой вид несущей конструкции лучше выбрать? Чтобы не ошибиться в выборе, следует хотя бы кратко знать, что собой представляет данное основание.

Ленточные фундаменты

Ленточный фундамент является достаточно надежным и долговечным решением в плане обустройства несущих конструкций. Данное основание в основном подводят под дома с тяжелыми стенами (бетонными, каменными или кирпичными) или перекрытиями. Его необходимо закладывать под все наружные и капитальные внутренние стены. Ленточный фундамент просто незаменим в случае, если под домом имеются подвалы, теплые подполы, гаражи или цокольный этаж. Для данного основания характерны большие объемы земляных работ и используемых материалов, значительный вес и трудоемкость возведения. Но, несмотря на это, ленточные фундаменты довольно часто используются, в основном благодаря простоте технологии.

Различают монолитные и сборные ленточные фундаменты. При сооружении первого типа на дне котлована необходимо выставить опалубку, арматуру и листы теплоизоляции, после чего между стенками опалубки заливается бетон. Чтобы снизить теплопотери, в данное основание рекомендуется заложить утеплитель (керамзит, пенопласт, минераловатные плиты). Второй же тип основания, как правило, состоит из крупных фундаментных бетонных или железобетонных блоков. Основными преимуществами монолитных ленточных фундаментов считаются прочность и надежность, к тому же они могут использоваться для здания любой формы. А к преимуществам фундаментов из железобетонных блоков можно отнести простоту сооружения и значительное сокращение сроков возведения. Однако ленточные фундаменты довольно массивны, не экономичны и трудоемки, а основания из железобетонных блоков еще и менее практичны (пропускают воду в местах соединения) и пригодны только для зданий простых форм (при сложных архитектурных формах блоки приходится обрезать).

Столбчатые фундаменты

На данный момент столбчатый фундамент является самым экономичным среди других видов несущих конструкций. Такое основание лучше всего подходит для постройки зданий на земельных участках, где наблюдается глубокое промерзание земли (особенно это касается пучинистой почвы). Однако фундаменты столбчатого типа имеют определенные недостатки, которые ограничивают область их применения. Например, на подвижных грунтах данное основание можно поставить лишь в комплексе с ростверком из железобетона. В результате такая конструкция будет противодействовать боковым сдвигам. Также столбовой фундамент не подойдет при строительстве на слабонесущем грунте, и если здание отличается внушительной массой. Кроме того, при возникающем цоколе (продолжение общей конструкции) довольно сложно заполнить пространство между грунтом, столбами и стенками.

Если вес стеновых конструкций достаточно мал, то в этом случае столбы оставляют далеко позади и ленту, и монолит. Основание обойдется Вам примерно в два раза дешевле, к тому же снижается трудоемкость работ.

При возведении столбчатого основания несущие элементы нужно монтировать на расстоянии 1,2-2,5 м. В данном процессе очень важно, чтобы местоположение изделий соответствовало местам, куда оказываются самые большие нагрузки. Поверх столбов необходимо ставить обвязочные балки. Сечения столбов, как правило, зависит от материала, из которого они изготовлены. Максимально допустимое значение для плиточного бут составляет 40 см, для натурального камня — 60 см, а для кирпича — 38 см. Главными преимуществами столбчатых фундаментов считаются легкость возведения и небольшая цена. А к недостаткам можно отнести плохую стойкость в грунтах, для которых характерна подвижность в плоскости горизонтального типа, ограничения при большом весе постройки, также не стоит забывать и о трудоемкости обустройства цокольного участка.

Свайные фундаменты

Свайные фундаменты состоят из отдельных свай, перекрытых сверху бетонной или железобетонной плитой или балкой. Такое основание в частном строительстве встречается крайне редко, так как оно является очень трудоемким и дорогим в выполнении. Свайное основание, как правило, применяется в случаях, когда на слабый грунт нужно передать большие нагрузки. Нагрузка от здания при этом будет передаваться на более плотные грунты, которые залегают на глубине.

Сваи бывают деревянными, железобетонными, стальными и комбинированными. А по методу изготовления и погружения в грунт различают забивные (опускаются в грунт в готовом виде) и набивные (изготовляемые непосредственно в грунте) сваи. По типу поведения в грунте бывают висячие сваи, которые используются при достаточно большой глубине залегания прочного грунта, и сваи-стойки, имеющие под собой прочный грунт и передающие на него давление. Наиболее экономичными считаются деревянные сваи, однако во влажном грунте они быстро гниют. Железобетонные сваи несколько дороже, но они более долговечны и способны выдерживать большие нагрузки. Итак, свайные фундаменты дают меньшую усадку, экономичны, мене трудоемки (при их возведении значительно уменьшается объем земляных работ), к тому же их можно возводить на грунтах, обладающих низкой несущей способностью. Главный недостаток этого основания заключается в необходимости использования специальной техники.

Плитные фундаменты

Плитные фундаменты в основном используются при грунтах с низкой несущей способностью и значительных нагрузках на фундамент, также при необходимости уменьшения вероятности неравномерных осадок зданий и сооружений. Данное основание перераспределяет нагрузки на грунт так, что давление на участках со слабыми грунтами снижается, а участки с грунтами более высокой несущей способности дополнительно нагружаются. Еще фундамент плитного типа возводят под технологическое оборудование, что дает дополнительные возможности перестановки оборудования при модернизации производства без реконструкции существующих фундаментов.

В зависимости от технологических особенностей вышерасположенного сооружения, могут выполняться различные виды плитных фундаментов, например, монолитные железобетонные балочные фундаменты, монолитные железобетонные своды и сплошные плиты, а также массивные блоки и коробчатые конструкции. Сплошной плитный фундамент является наиболее простой конструкцией. В этом случае нужно будет забетонировать монолитную железобетонную плиту с унифицированным армированием, которая имеет одинаковую толщину по всей поверхности. Следует помнить, что производиться лишь локальное утолщение плиты, в местах установки колонн каркаса, нужные для восприятия усилий продавливания. В местах утолщений, как правило, устанавливают блоки анкерных болтов, на которые в дальнейшем монтируются стальные колонны каркаса. Крепление технологического оборудования можно выполнить с помощью самозаанкеривающихся болтов, которые устанавливаются в предварительно пробуренный по месту клюз.

Итак, сооружение фундамента плитного типа оправдано в малоэтажном строительстве при небольшой и простой форме здания. Основными преимуществами данного основания считаются простота сооружения, возможность выполнения в тяжелых пучинистых, подвижных и просадочных грунтах, а также высокая надежность при мелкой заглубленности и экономичность в специфических условиях. Однако такие фундаменты достаточно дороги из-за большого расхода бетона и металла на арматуру.

Помимо описанных, в строительстве используются и некоторые другие типы оснований, в данной статье мы рассмотрели наиболее распространенные и подходящие для частного застройщика. При выборе определенного типа фундамента нужно помнить, что главное не разновидность несущей конструкции и даже не деньги. Любая основа должна справляться со своими функциями и способствовать продлению долговечности постройки.  

Основание (химия) — Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Основание.

Основание — химическое соединение, способное образовывать ковалентную связь с протоном (основание Брёнстеда) либо с вакантной орбиталью другого химического соединения (основание Льюиса)^[1]. В узком смысле под основаниями понимают осно́вные гидроксиды — сложные вещества, при диссоциации которых в водных растворах отщепляется только один вид анионов — гидроксид-ионы OH^−[2].

Частным случаем оснований являются щёлочи — гидроксиды щелочных, щелочноземельных металлов, а также некоторых других элементов, например, таллия. Реакции оснований с кислотами называют реакциями нейтрализации.

Понятие основания сформировалось в XVII веке и было впервые введено в химию французским химиком Гийомом Франсуа Руэлем в 1754 году. Он отметил, что кислоты, известные в те времена как летучие жидкости (например, уксусная или соляная кислоты), превращаются в кристаллические соли только в сочетании с конкретными веществами. Руэль предположил, что эти вещества служат «основаниями» для образования солей в твёрдой форме^[3].

Единая теория кислот и оснований была впервые представлена шведским физикохимиком С. Аррениусом в 1887 году. В рамках своей теории Аррениус определял кислоту как вещество, при диссоциации которого образуются протоны H⁺, а основание — как вещество, дающее при диссоциации гидроксид-ионы OH^−[4]. Теория Аррениуса, однако, имела свои недостатки — например, она не учитывала влияние растворителя на кислотно-основное равновесие, а также была неприменима к неводным растворам^[5].

В 1924 году Э. Франклином была создана сольвентная теория, согласно которой основание определялось как соединение, которое при диссоциации увеличивает число тех же анионов, которые образуются при диссоциации растворителя^[4].

С 1923 года основание стали определять в рамках теорий Брёнстеда — Лоури и Льюиса, которые широко применяются и в настоящее время.

Основание в теории Брёнстеда — Лоури[править | править код]

В протонной теории кислот и оснований, выдвинутой в 1923 г. независимо датским учёным Й. Брёнстедом и английским учёным Т. Лоури, основанием Брёнстеда называется соединение или ион, способный принимать (отщеплять) протон от кислоты^[6]. Соответственно, кислота Брёнстеда является донором протонов, а взаимодействие кислоты с основанием сводится к передаче протона. При реакции основания Брёнстеда B с кислотой, например, с водой, основание превращается в сопряжённую кислоту BH⁺, а кислота становится сопряжённым основанием^[4]:

B+h3O⇌BH++OH−.{\displaystyle {\mathsf {B+H_{2}O}}\rightleftharpoons {\mathsf {BH^{+}+OH^{-}}}.}

Основание в теории Льюиса[править | править код]

Согласно электронной теории, предложенной в 1923 году американским физикохимиком Г. Льюисом, основание — это вещество, способное отдавать электронную пару на образование связи с кислотой Льюиса^[7]. Основаниями Льюиса могут быть амины R₃N, спирты ROH, простые эфиры ROR, тиолы RSH, тиоэфиры RSR, анионы, соединения с π-связями^[8]. В зависимости от орбитали, на которой расположена участвующая в реакции пара электронов, основания Льюиса подразделяют на n-, σ- и π-типы — электронные пары для этих типов расположены соответственно на несвязывающих, σ- и π-орбиталях^[4].

Понятия основания в теориях Льюиса и Брёнстеда — Лоури совпадают: согласно обеим теориям основания отдают пару электронов на образование связи. Разница заключается лишь в том, куда расходуется эта электронная пара. Основания Брёнстеда за её счёт образуют связь с протоном, а основания Льюиса — с любыми частицами, имеющими вакантную орбиталь. Таким образом, существенные различия этих теорий касаются понятия кислоты, а не основания^[8][4].

AlCl3+Cl−⇌AlCl4−{\displaystyle {\mathsf {AlCl_{3}+Cl^{-}}}\rightleftharpoons {\mathsf {AlCl_{4}^{-}}}}

BF3+(C2H5)2O⇌BF3⋅(C2H5)2O{\displaystyle {\mathsf {BF_{3}+(C_{2}H_{5})_{2}O}}\rightleftharpoons {\mathsf {BF_{3}\cdot (C_{2}H_{5})_{2}O}}}

Теория Льюиса не предусматривает количественной оценки способности оснований реагировать с кислотами Льюиса. Однако, для качественной оценки широко применяется принцип жёстких и мягких кислот и оснований Пирсона (принцип ЖМКО), согласно которому жёсткие кислоты предпочтительно реагируют с жёсткими основаниями, а мягкие кислоты — с мягкими основаниями. По Пирсону, жёсткими основаниями являются основания, донорный центр которых обладает низкой поляризуемостью и высокой электроотрицательностью^[9][10]. Напротив, мягкими основаниями являются донорные частицы с высокой поляризуемостью и низкой электроотрицательностью^[10]. Жёсткие и мягкие кислоты обладают такими же свойствами как жёсткие и мягкие основания соответственно с той разницей, что они являются акцепторными частицами^[11].

Классификация оснований и кислот в рамках принципа ЖМКО^[8][12]

Жёсткие основания	Промежуточные основания	Мягкие основания
OH−, RO−, F−, Cl−, RCOO−, NO3−, NH3, RNH2, H2O, ROH, SO42−, CO32−, R2O, NR2−, NH2−	Br−, C6H5NH2, NO2−, C5H5N	RS−, RSH, I−, H−, R3C−, алкены, C6H6, R3P, (RO)3P
Жёсткие кислоты	Промежуточные кислоты	Мягкие кислоты
H+, Li+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Al3+, Cr3+, Fe3+, BF3, B(OR)3, AlR3, AlCl3, SO3, BF3, RCO+, CO2, RSO2+	Cu2+, Fe2+, Zn2+, SO2, R3C+, C6H5+, NO+	Ag+, Cu+, Hg2+, RS+, I+, Br+, Pb2+, BH3, карбены

Критерий ЖМКО не имеет количественных параметров, однако основания Льюиса можно приблизительно расположить в ряды по их льюисовской основности. Например, мягкость оснований убывает в следующих рядах^[8]:

I−>Br−>Cl−>F−,{\displaystyle {\mathsf {I^{-}>Br^{-}>Cl^{-}>F^{-}}},}

Ch4−>Nh3−>OH−>F−.{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}^{-}>NH_{2}^{-}>OH^{-}>F^{-}}}.}

Основание в общей теории Усановича[править | править код]

В общей теории кислот и оснований, созданной М. И. Усановичем в 1939 году, основание определено как вещество, отдающее анионы (или электроны) и принимающие катионы. Таким образом, в рамках теории Усановича в понятие основания входят как основания Брёнстеда, так и основания Льюиса, а также восстановители^[5]. Кроме того, само понятие основности, как и кислотности, в общей теории Усановича рассматривается как функция вещества, проявление которой зависит не от самого вещества, а от его партнёра по реакции^[13].

Количественное описание силы оснований[править | править код]

Теория Брёнстеда — Лоури позволяет количественно оценить силу оснований, то есть их способность отщеплять протон от кислот. Это принято делать при помощи константы основности K_b — константы равновесия реакции основания с кислотой сравнения, в качестве которой выбрана вода. Чем выше константа основности, тем выше сила основания и тем больше его способность отщеплять протон^[8]. Часто константу основности выражают в виде показателя константы основности pK_b. Например, для аммиака как основания Брёнстеда можно записать^[4][14]:

Nh4+h3O⇌Nh5++OH−{\displaystyle {\mathsf {NH_{3}+H_{2}O}}\rightleftharpoons {\mathsf {NH_{4}^{+}+OH^{-}}}}

Kb=[Nh5+]⋅[OH−][Nh4]=1,79⋅10−5;{\displaystyle K_{b}={\frac {[{\mathsf {NH_{4}^{+}}}]\cdot [{\mathsf {OH^{-}}}]}{[{\mathsf {NH_{3}}}]}}=1{,}79\cdot 10^{-5};}

 pKb=−log⁡Ka=4,75.{\displaystyle \ \mathrm {p} K_{b}=-\log K_{a}=4{,}75.}

Для многоосновных оснований используют несколько значений констант диссоциации K_b1, K_b2 и т. д. Например, фосфат-ион может протонироваться трижды:

PO43−+h3O⇌HPO42−+OH−;Kb1=[HPO42−]⋅[OH−][PO43−]=2,10⋅10−2;{\displaystyle {\mathsf {PO_{4}^{3-}+H_{2}O}}\rightleftharpoons {\mathsf {HPO_{4}^{2-}+OH^{-}}};K_{\mathrm {b1} }={\frac {[{\mathsf {HPO_{4}^{2-}}}]\cdot [{\mathsf {OH^{-}}}]}{[{\mathsf {PO_{4}^{3-}}}]}}=2{,}10\cdot 10^{-2};}

HPO42−+h3O⇌h3PO4−+OH−;Kb2=[h3PO4−]⋅[OH−][HPO42−]=1,58⋅10−7;{\displaystyle {\mathsf {HPO_{4}^{2-}+H_{2}O}}\rightleftharpoons {\mathsf {H_{2}PO_{4}^{-}+OH^{-}}};K_{\mathrm {b2} }={\frac {[{\mathsf {H_{2}PO_{4}^{-}}}]\cdot [{\mathsf {OH^{-}}}]}{[{\mathsf {HPO_{4}^{2-}}}]}}=1{,}58\cdot 10^{-7};}

h3PO4−+h3O⇌h4PO4+OH−;Kb3=[h4PO4]⋅[OH−][h3PO4−]=1,32⋅10−12.{\displaystyle {\mathsf {H_{2}PO_{4}^{-}+H_{2}O}}\rightleftharpoons {\mathsf {H_{3}PO_{4}+OH^{-}}};K_{\mathrm {b3} }={\frac {[{\mathsf {H_{3}PO_{4}}}]\cdot [{\mathsf {OH^{-}}}]}{[{\mathsf {H_{2}PO_{4}^{-}}}]}}=1{,}32\cdot 10^{-12}.}

Силу основания можно также охарактеризовать константой кислотности его сопряжённой кислоты K_a (BH⁺), причём произведение константы основности K_b на константу K_a (BH⁺) равно ионному произведению воды для водных растворов^[14] и константе автопротолиза растворителя в общем случае^[8].

Ka(Nh5+)=[Nh4]⋅[H+][Nh5+]=5,62⋅10−10;{\displaystyle K_{a}\mathrm {(NH_{4}^{+})} ={\frac {[{\mathsf {NH_{3}}}]\cdot [{\mathsf {H^{+}}}]}{[{\mathsf {NH_{4}^{+}}}]}}=5{,}62\cdot 10^{-10};}

Ka(Nh5+)⋅Kb(Nh4)=Kw=1⋅10−14;{\displaystyle {K_{a}\mathrm {(NH_{4}^{+})} }\cdot {K_{b}\mathrm {(NH_{3})} }=K_{w}=1\cdot 10^{-14};}

pKa(Nh5+)+pKb(Nh4)=pKw=14{\displaystyle {\mathrm {p} K_{a}\mathrm {(NH_{4}^{+})} }+{\mathrm {p} K_{b}\mathrm {(NH_{3})} }=\mathrm {p} K_{w}=14}

Из последнего уравнения также следует, что сила основания тем выше, чем ниже кислотность сопряжённой ему кислоты. Например, вода является слабой кислотой и при отщеплении протона превращается в сильное основание — гидроксид-ион OH^−[8].

Значения pK_b некоторых оснований и pK_a их сопряжённых кислот в разбавленных водных растворах^[4]

Формула основания	Формула сопряжённой кислоты	pKb	pKa (BH+)	Формула основания	Формула сопряжённой кислоты	pKb	pKa (BH+)
ClO4−	HClO4	19 ± 0,5	−5 ± 0,5	HPO42−	H2PO4−	6,80	7,20
HSO4−	H2SO4	16,8 ± 0,5	−2,8 ± 0,5	ClO−	HClO	6,75	7,25
H2O	H3O+	15,74	−1,74	H2BO3−	H3BO3	4,76	9,24
NO3−	HNO3	15,32	−1,32	NH3	NH4+	4,75	9,25
HOOC-COO−	(COOH)2	12,74	1,26	CN−	HCN	4,78	9,22
HSO3−	H2SO3	12,08	1,92	CO32−	HCO3−	3,67	10,33
SO42−	HSO4−	12,04	1,96	HOO−	H2O2	11,62	3,38
H2PO4−	H3PO4	11,88	2,12	PO43−	HPO42−	1,68	12,32
F−	HF	10,86	3,14	OH−	H2O	−1,74	15,74
NO2−	HNO2	10,65	3,35	NH2−	NH3 (ж.)	−19	33
CH3COO−	CH3COOH	9,24	4,76	H−	H2	−24,6	38,6
SH−	H2S	6,95	7,05	СH3−	СH4	~−44	~58

Влияние растворителя[править | править код]

На кислотно-основное равновесие значительное влияние оказывает растворитель. В частности, для водных растворов было обнаружено, что все основания с константами основности pK_b < 0 имеют одинаковые свойства (например, pH растворов). Объясняется это тем, что такие основания в воде практически нацело превращаются в гидроксид-ион OH⁻, который является единственным основанием в растворе. Так, все основания с pK_b < 0 (амид натрия NaNH₂, гидрид натрия NaH и др.) дают эквивалентное количество гидроксид-ионов в водных растворах, выравниваясь между собой по силе. Данное явление получило название нивелирующего эффекта растворителя. Аналогичным образом, в водных растворах выравниваются по силе и очень слабые основания с pK_b > 14^[15][16].

Основания с pK_b от 0 до 14 в воде частично протонированы и находятся в равновесии с сопряжённой кислотой, а их свойства в растворе зависят от значения pK_b. В этом случае говорят о дифференцирующем эффекте растворителя. Интервал pK_b, в котором основания дифференцированы по силе, равен показателю константы автопротолиза растворителя. Для разных растворителей этот интервал различен (14 для воды, 19 для этанола, 33 для аммиака и т. д.), соответственно, и набор дифференцированных и нивелированных оснований для них разный^[17].

В растворителях, обладающих выраженными кислотными свойствами, все основания становятся более сильными и большее число оснований нивелируется по силе. Например, уксусная кислота уравнивает большинство известных оснований по силе со своим сопряжённым основанием — ацетат-ионом CH₃COO⁻. Напротив, основные растворители (аммиак) служат дифференцирующими растворителями для оснований^[18].

Влияние строения основания[править | править код]

Существует несколько факторов, которые определяют относительную силу органических и неорганических оснований и которые связаны с их строением. Часто несколько факторов действуют одновременно, поэтому трудно предсказать их суммарное влияние. Среди наиболее значимых можно выделить следующие факторы.

• Индуктивный эффект (эффект поля). При повышении доступности электронной пары основания его сила возрастает. По этой причине введение электронодонорных заместителей в основание способствует проявлению им основных свойств. Например, введение алкильных заместителей в молекулу аммиака приводит к более сильным основаниям, чем сам аммиак^[19]. Напротив, введение акцепторных заместителей в молекулу понижает силу основания^[8].

• Мезомерный эффект (резонансный эффект). Электронодонорные и электроноакцепторные заместители оказывают положительное и отрицательное влияние на силу основания соответственно также через систему сопряжения. В таком случае говорят о мезомерном эффекте. Данный эффект приводит к тем же последствиям, что и индуктивный: различается лишь механизм их действия. Так, пара-нитроанилин является более слабым основанием, чем анилин (pK_b равны 12,89 и 9,40 соответственно) из-за акцепторного влияния нитрогруппы, которая снижает доступность электронной пары азота аминогруппы^[20].

Эффект сопряжения проявляется также в том случае, если электронная пара основания находится в системе сопряжения, например, с ароматической системой или двойной связью. В таком случае основания имеют более низкую силу. Например, амиды и анилины являются гораздо более слабыми основаниями, чем амины^[19].

• Корреляция с расположением атомов в периодической системе. Чем выше электроотрицательность основного элемента, тем ниже основная сила основания. Так, сила основания понижается при движении по периоду периодической системы слева направо. Также основность понижается при переходе по группе сверху вниз, что связано с увеличением радиуса основного атома и, следовательно, меньшей плотностью отрицательного заряда на нём, что в итоге снижает силу связывания положительно заряженного протона^[20].

Ch4−>Nh3−>OH−>F−;{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}^{-}>NH_{2}^{-}>OH^{-}>F^{-};}}}

Nh4>Ph4>Ash4{\displaystyle {\mathsf {NH_{3}>PH_{3}>AsH_{3}}}}

• Гибридизация. Сила органических оснований понижается, если основный атом связан с другим атомом кратными связями. Так, при переходе от аминов к иминам и нитрилам основность уменьшается. Это объясняется тем, что электронная пара в этих соединениях располагается на sp³-, sp²— и sp-гибридных орбиталях атома азота соответственно, то есть в данном ряду электронная пара приближается по характеру к s-электронам, приближаясь к атомному ядру и становясь менее доступной^[19].

RCh3Nh3>RCH=NH>RC≡N{\displaystyle {\mathsf {RCH_{2}NH_{2}>RCH{=}NH>{RC}{\equiv }{N}}}}

Супероснования[править | править код]

1. ↑ ^{1 2} С одной стороны, наличие третьей алкильной группы в триметиламине и триэтиламине должно увеличивать их основность. С другой стороны, с добавлением третьего заместителя резко уменьшается способность сопряжённых кислот (CH₃)₃NH⁺ и (C₂H₅)₃NH⁺ к гидратации, что уменьшает их устойчивость и суммарно понижает основность аминов.

1. ↑ IUPAC Gold Book — base (неопр.). Дата обращения 18 апреля 2013. Архивировано 30 апреля 2013 года.
2. ↑ Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия. Неорганическая химия. Органическая химия. 9 класс. — 13-е изд. — М.: Просвещение, 2009. — С. 10. — ISBN 978-5-09-021-625-8.
3. ↑ William B. Jensen, The Origin of the Term Base, Journal of Chemical Éducation • 1130 Vol. 83 No. 8 août 2006
4. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7} Химическая энциклопедия / Под ред. И. Л. Кнунянца. — М: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 2. — С. 393—395. — ISBN 5-85270-039-8.
5. ↑ ^{1 2} Золотов Ю. А., Дорохова Е. Н., Фадеева В. И. и др. Основы аналитической химии. Книга 1. Общие вопросы. Методы разделения / Под ред. Ю. А. Золотова. — 2-е изд., перераб. и доп. — М: Высшая школа, 1999. — С. 118. — ISBN 5-06-003558-1.
6. ↑ IUPAC Gold Book — Brønsted base (неопр.). Дата обращения 18 апреля 2013. Архивировано 30 апреля 2013 года.
7. ↑ IUPAC Gold Book — Lewis base (неопр.). Дата обращения 18 апреля 2013. Архивировано 30 апреля 2013 года.
8. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7 8} Москва В. В. Понятие кислоты и основания в органической химии // Соросовский образовательный журнал. — 1996. — № 12. — С. 33—40.
9. ↑ IUPAC Gold Book — hard base (неопр.). Дата обращения 18 апреля 2013. Архивировано 30 апреля 2013 года.
10. ↑ ^{1 2} Химическая энциклопедия, 1992, т. 2, с. 145.
11. ↑ IUPAC Gold Book — hard acid (неопр.). Дата обращения 18 апреля 2013. Архивировано 30 апреля 2013 года.
12. ↑ Золотов и др., 1999, с. 152.
13. ↑ Кусаинова К. М. Нет ни кислот, ни оснований! Об одной полузабытой теории и её творце // Химия и жизнь. — 2004. — № 6. — С. 40—44.
14. ↑ ^{1 2} Рабинович В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник. — Изд. 2-е, испр. и доп. — Ленинград: Химия, 1978. — С. 232—236.
15. ↑ Реутов О. А., Курц А. Л., Бутин К. П. Органическая химия. — 3-е изд. — М: Бином. Лаборатория знаний, 2010. — Т. 1. — С. 40. — ISBN 978-5-94774-614-9.
16. ↑ Неорганическая химия / Под ред. Ю. Д. Третьякова. — М: Академия, 2004. — Т. 1. — С. 89—94. — ISBN 5-7695-1446-9.
17. ↑ Золотов и др., 1999, с. 123—125.
18. ↑ Танганов Б. Б. Химические методы анализа. — Улан-Удэ: Издательство ВСГТУ, 2005. — С. 8—14. — ISBN 5-89230-037-4.
19. ↑ ^{1 2 3 4} Сайкс П. Механизмы реакций в органической химии = A Guidebook to Mechanism in Organic Chemistry / Под ред. Я. М. Варшавского. — 3-е изд.. — М: Химия, 1977. — С. 82—91.
20. ↑ ^{1 2} Марч Дж. Органическая химия. Реакции, механизмы и структура. Т. 1 / Пер. с англ. З. Е. Самойловой, под ред. И. П. Белецкой. — М: Мир, 1987. — С. 340—346.

3.3. Выбор типа основания и фундаментов

При проектировании оснований и фундаментов необходимо стремиться к максимальному использованию прочностных и деформационных свойств грунтов и материала фундаментов, достижению минимальной стоимости, материалоемкости и трудоемкости. Выбор основания производится в зависимости от инженерно-геологических условий строительной площадки и конструктивных особенностей проектируемого сооружения. Грунты основания должны обеспечивать надежную работу конструкций при минимальных объемах работ по устройству фундаментов и сроках их выполнения. Не рекомендуется использовать в качестве основания илы, торфы, рыхлые песчаные и текучепластичные пылевато-глинистые грунты.

При свайных фундаментах грунты основания должны позволять максимально использовать прочность материалов свай при их минимальном сечении и длине, а также минимальном заглублении подошвы ростверка.

Принятые конструкции фундаментов должны быть технологичны при производстве работ.

3.4. Определение нагрузок, действующих на фундаменты сооружения

Нагрузки и воздействия на основания, передаваемые фундаментами сооружений, устанавливаются расчетом исходя из рассмотрения совместной работы сооружения и основания.

Расчет оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) должен производиться на основное сочетание нагрузок. Расчет по первой группе предельных состояний (по несущей способности) — на основное сочетание, а при наличии особых нагрузок и воздействий — на основное и особое сочетание.

Коэффициент надежности по нагрузке γ_f принимают при расчете оснований:

• по первой группе предельных состояний — по СНиП 2.01.07-85* [2];

• по второй группе предельных состояний — равным единице.

Вертикальные и горизонтальные нагрузки от надземных частей сооружения определяются отдельно в соответствии со схемой сооружения. Для этого на схеме здания или сооружения выделяют несущие элементы, грузовые площади и приложенные к ним нагрузки. Грузовую площадь стен здания, в которых имеются оконные проемы, целесообразно принимать длиной, равной расстоянию между осями проемов. Для торцевых и внутренних стен без оконных проемов за расчетную длину принимается один метр стены.

При расчете фундаментов зданий или сооружений, в которых имеются подвалы или заглубленные помещения, необходимо учитывать моменты, которые возникают от горизонтального давления грунта и его веса на уступах фундаментов.

В расчетах оснований необходимо учитывать нагрузки от складируемого материала и оборудования, размещенных вблизи фундаментов на отмостках и полах, устраиваемых непосредственно на грунте. На поверхности грунта принимается равномерно распределенная нагрузка интенсивностью q = 10 кН/м². Нагрузку на полы промышленных зданий принимают в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85* [2]. Суммарные нагрузки на обрез фундамента рекомендуется определять с точностью до 1 кН.

В задании на курсовое проектирование (см. приложение Б) приведена нагрузка для расчета по второй группе предельных состояний без учета полезной нагрузки на пол и нагрузки на поверхность грунта.