Пирог плитного фундамента: с утеплителем, особенности и толщина

Описание строительства фундамента монолитной плиты

Оглавление

• 1 Конструкция плитного фундамента
• 2 Технология изготовления фундаментной плиты
  • 2.1 Разметка
  • 2.2 Подготовка
  • 2.3 Гидроизоляция подошвы
  • 2.4 Теплоизоляция
  • 2.5 Армирование, опалубка
  • 2.6 Заливка, гидроизоляция

Самым надежным основанием для жилища традиционно является фундамент монолитная плита малозаглубленного типа. Она обладает многократным прочностным запасом, равномерно распределяет нагрузки, практически не имеет ограничений по грунтам, этажности, конфигурации несущих стен.

Конструкция плитного фундамента

Послойный «пирог» монолитной плиты для фундамента коттеджа имеет структуру:

• подушка – слой песка + слой щебня либо слой смеси ПГС в зависимости от типа грунта
• подготовка – бетонная стяжка для усиления фундамента, защиты гидроизоляционного ковра от порывов щебенкой
• гидроизоляция – 2 – 3 слоя рулонного материала на стекловолоконной основе с нахлестом 15 см
• утеплитель – экструдированный пенополистирол (2 слоя по 10 см)
• армопояс – две арматурных сетки (ячейки 15 х 15 см) из прутков 12 – 16 мм
• бетон – толщина 10 см,
• гидроизоляция – боковых стенок, верхней площадки

Схема дополняется дренажным кольцом по периметру, отмосткой с нижним слоем утеплителя, узлами ввода коммуникаций. Для усиления плиты часто используются ребра жесткости, расположенные по периметру подошвы, через каждые 3 м вдоль короткой стороны здания. Теплоизоляция необходима для сохранения геотермального тепла:

• глинистый грунт не замерзает
• отсутствуют силы пучения

Без утеплителя допускается заливка плит исключительно на песчаных почвах. В этом материале силы пучения отсутствуют по умолчанию, он обладает дренирующими свойствами, нижняя гидроизоляция в этом случае так же не обязательна.

Технология изготовления фундаментной плиты

При выборе монолитного плитного основания для кирпичного, каркасного, срубового коттеджа необходимо учесть:

• отсутствие подвального этажа
• дублирование узлов ввода коммуникаций
• заливка за один прием

При нарушении любого пункта снижается ресурс, ремонтопригодность здания, качество проживания. Плиты глубокого заложения очень редко используются для проектов с цокольным этажом на насыпных грунтах.

Разметка

Для плитного основания используется неглубокий котлован, так как заливка по плодородному слою (обычно чернозем) запрещена. Для этого необходимо произвести стандартную разметку – шнуры по колышкам по периметру коттеджа. При этом необходимо учесть контур котлована:

• наружные плоскости стен + толщина опалубки
• ширина отмостки + диаметр дренажных труб

Поэтому котлован получается больше периметра здания на 1 – 1,5 м. Шнуры натягиваются по внешнему периметру, осям несущих стен с обязательным контролем диагоналей (должны быть одинаковыми). Глубина выработки складывается из толщины утеплителя (20 см), бетонной подготовки (5 см), подушки из нерудных материалов (40 см).

Подготовка

Вынутый на предыдущем этапе плодородный слой необходимо заменить 20 см слоем пролитого водой, утрамбованного песка, 20 см щебня 10/20, уплотненного виброплитой. По периметру отмостки необходимо изготовить траншеи с общим уклоном в сторону подземной емкости на глубину 40 см. В них укладывается геотекстиль, засыпается щебень (10 см), монтируются дрены (перфорированная раструбная 11 см труба), засыпаемые очередными 10 см щебня.

После чего по внешнему периметру стен монтируется опалубка, заливается 5 см бетонная стяжка. Армировать ее не обязательно, этот импровизированный стол необходим исключительно для ровной укладки гидроизоляции. Для повышения качества плиты бетон необходимо виброуплотнить.

Гидроизоляция подошвы

Укладывать рулонные материалы на бетонную подготовку можно на третьи сутки (в нормальных условиях). К этому времени стяжка наберет 50% прочности для хождения по ней без образования трещин, отслаивания бетона.

Ленты укладываются внахлест, приклеиваются к бетону, швы герметизируются мастикой. Для нормальной изоляции достаточно 2 – 3 слоя гидроизоляции. Ковер должен выступать за периметр бетонной подготовки на 30 см с каждой стороны, чтобы после заливке его можно было завернуть на боковые стенки, верхнюю плоскость плиты.

Теплоизоляция

В технологии «шведской» плиты УШФ утеплитель используется по умолчанию. Специалисты рекомендуют использовать теплоизоляцию для любых фундаментных плит для компенсации сил пучения. Технология утепления следующая:

• первый слой 10 см пенополистирольных плит укладывается поверх гидроизоляции сплошным слоем с заполнением швов монтажной пеной
• в гладких плитах второй слой полностью аналогичен предыдущему, швы необходимо сместить в пол листа, чтобы избежать мостиков холода
• если необходимы ребра жесткости на подошве монолитной конструкции, верхний слой укладывается с промежутками (отступ по периметру 40 см + полосы такой же ширины через 3 м перпендикулярно длинной стороне фундамента)

При использовании бюджетного пенопласта ПСБ-С резко снижается ресурс теплоизоляции. Поэтому, лучше увеличить смету строительства, чем подвергать опасности основание жилища. Рекомендуется применять пенополистирол производителей Стирэкс, Пеноплэкс, Технониколь, Техноплекс, URSA марки XPS.

Армирование, опалубка

Технология армирования стандартная для плит, работающих на изгиб + сжатие.

• вязка сеток из прутков – продольные стыки с перехлестом 30 см, защитный слой 15 мм минимум, ячейка 15 х 15 см либо 20 х 20 см
• изготовление хомутов – сгибаются в виде квадратов, треугольников
• укладка I пояса – сетка размещается на бетонных прокладках высотой 15 – 30 мм, размером 10 х 10 см
• укладка II пояса – на нижнюю карту расставляют хомуты, на которые облокачивают верхнюю сетку

Защитным слоем для арматуры является расстояние от стенки опалубки до края металлопроката, заливаемое бетоном. Сетки не должны выступать над поверхностью плиты, по торцам, укладываться на теплоизоляцию без прокладок.

Ребра жесткости армируются отдельно по аналогии с ленточными фундаментами, ростверками. Четыре продольных прутка (два снизу, 2 сверху) связываются перемычками или хомутами. Защитный слой арматуры в ребрах жесткости точно такой же, как и для плиты.

Опалубка плиты состоит из фанерных, дощатых щитов по периметру. Ее высота должна быть на 5 – 3 см выше проектного уровня, заливка по краю бортика не рекомендуется. Щиты подпираются к стенам котлована или в землю укосинами, зафиксированными от смещениями колышками (внизу), саморезами (на щитах).

Для утепления торцов внутрь опалубки часто устанавливаются листы пенополистирола. При толщине XPS 10 см утеплитель является самостоятельной опалубкой, подпирают его обычно стеновыми блоками, кирпичом. Под отмосткой так же размещается пенополистирол, защищающий подошву от бокового промерзания – 0,7 – 1 м от опалубки наружу на уровне первого слоя утеплителя плиты.

Заливка, гидроизоляция

Для гарантированного заполнения опалубки товарным бетоном обычно заказывают миксеры. При небольших объемах раствор замешивают на стройплощадке. В любом случае необходимо выполнить требования:

• сброс с высоты не больше 0,5 м
• равномерное наполнение со всех сторон
• использование глубинных, поверхностных вибраторов
• подогрев кабелем, паром зимой
• увлажнение в течение трех дней летом (опилки поливаются из лейки)

После трехдневного набора прочности (около 50%) по плите возможно хождение.

Таким образом, выбор монолитной плиты оправдан для тяжелых зданий на пучнистых, рыхлых грунтах. Увеличивается расход арматуры, бетона, снижаются объемы земляных/отделочных работ, так как плита является одновременно полом по грунту.

что это такое, конструкция пирога под дом, чертеж, план, схема в разрезе, отзывы и обсуждение, что делать, если появились трещины

Большинство практикующих строителей относят плитный фундамент к наиболее прочным, надежным и долговечным силовым конструкциям под жилые дома, хозяйственные постройки и промышленные объекты.

В чем особенность конструкции представленного типа основания, как выглядит плита на чертеже и в разрезе, нюансы устройства и заглубления – будет рассмотрено в текущей статье.

Содержание

• 1 Плитное основание — что это такое?
• 2 Конструкция и схема правильного пирога плитного основания под дом
  • 2.1 Нужен ли щебень?
• 3 Фундаментные чертежи и планы в разрезе
• 4 Особенности устройства монолита на грунте
• 5 Заглубление
• 6 Трещины и другие проблемы
• 7 Отзывы
• 8 Заключение

Плитное основание — что это такое?

Основу фундамента данного типа составляет железобетонный монолит, изготовленный методом заливки бетона под площадью основания проектируемого сооружения. В процессе бетонирования плиту армируют силовым каркасом, представляющим собой связанные в единую схему стальные арматурные прутки.

За счет того, что фундамент является сплошной конструкцией, он может равномерно подниматься и опускаться при подвижках почвенных масс, расположенных по ним. За счет этого качества основание получило название «плавающая плита».

Устойчивость фундамента к вспучиванию грунта, а также его способность противостоять деформирующим нагрузкам обуславливают широкую сферу применения, в том числе на участках с переувлажненными, рыхлыми и нестабильными грунтами и глубоко расположенной точкой промерзания.

Чтобы готовая силовая конструкция гарантировано целостность здания, и в процессе ее эксплуатации отсутствовал риск растрескивания или повреждения, строительство и проектирование основания должно проводиться строго в соответствии с действующими нормами по СНиП и СП, а именно:

• СНиП 2.02.01-83 – основания зданий;
• СП 50-101-2004 – проектирование и устройство фундаментов различных сооружений;
• СП 63.13330.2018 –строительство железобетонных конструкций.

Конструкция и схема правильного пирога плитного основания под дом

Классический «пирог» плитного основания состоит из следующих слоев:

1. Подушка из нерудных материалов – песка, щебня, песчано-гравийной смеси.
2. Бетонная стяжка для усиления конструкции и обеспечения идеально ровной поверхности.
3. Несколько слоев рулонного гидроизоляционного материала.
4. Один или два слоя утеплителя (чаще всего экструдированного пенополистирола).
5. Армирующий каркас из одной сетки или двух связанных в пространстве поясов, изготовленных стальной рифленой арматуры.
6. Непосредственно слой бетонной плиты толщиной 0,1–0,4 м.
7. Слой гидроизолятора, нанесенный на затвердевшую плиту.

Схема дополняется дренажным кольцом по периметру и отмосткой с подложкой из утеплителя. Как правило, чтобы исключить смешивание нерудных материалов подушки с землей, дно грунта укрывают геосинтетической тканью.

Когда строительство дома ведется на участках с песчаным грунтом, а в регионе наблюдается теплый климат, то иногда строители исключают из «пирога» слой утеплителя.

Нужен ли щебень?

Подушка под плитным фундаментом может состоять только из уплотненной песчаной прослойки и подбетонки, но большинство практикующих строителей добавляют в «пирог» слой щебня средней фракции.

Этот материал характеризуется морозостойкостью (F15 до F400) и повышенным сопротивлением к силам морозного пучения, поэтому в разы уменьшает риск возможных деформаций в фундаменте при температурных перепадах. Щебенку укладывают слоем до 20 см на уплотненный песок. Нерудный материал орошают водой и тщательно уплотняют виброплитой.

Фундаментные чертежи и планы в разрезе

Графические документы, составляемые при проектировании плитного фундамента, представляют собой планы и чертежи, которые дают подробную информацию о планируемом объекте, а именно:

• габаритах;
• форме;
• осях;
• размерах слоев;
• схеме армирования;
• вариантах тепло- и гидроизоляции;
• схемах закладки инженерных коммуникаций.

Ниже представлены примерные планы плитного основания:

Вид сверху:

В разрезе:

Схемы армирования дают полное представление о способе соединения силовой конструкции, диаметрах задействованных прутков, шаге между ними.

Например, на схеме ниже отображена схема армокаркаса, где:

1. Арматурные стержни класса А3, диаметром 12-16 мм, шаг – 200 мм.
2. Арматурные стержни А3 диаметром 8 мм, размер ячейки 400х400 мм.
3. Защитный слой бетона толщиной 35 мм.

План коммуникаций помимо общей схемы должен в обязательном порядке отражать все диаметры инженерных линий, чтобы давать представление о размерах вводных отверстий для строителей:

Особенности устройства монолита на грунте

«Плавающие» плиты, возводимые над нулевым уровнем земли, могут использоваться для различных типов грунта, но наиболее эффективны на почве, которая характеризуется особой склонностью к пучению при минусовых температурах, а также на болотистой местности.

Например, глинистая почва за счет своей сыпучести и пластичности относится к самым тяжелым типам пород для строительства фундаментов, поэтому для таких условий предпочтительно использование фундамента «плавающая плита».

Устройство силовой конструкции плиты начинается с разметки участка и рытья котлована на глубину, которая будет соответствовать толщине подошвы из нерудных материалов, как правило, речь идет о совместном использовании песка и щебня. Большинство практикующих строителей используют традиционную комбинацию слоем: 20 см песка и 20 см щебенки.

Если фундамент строится на глине, то параметры нерудной подушки должны быть больше самой плиты как минимум на 20 см с каждой стороны. Только так можно обеспечить достаточную степень монументальности строения.

В обязательном порядке сверху подушки укладывают слой гидроизолятора:

1. рубероида;
2. несколько слоев полиэтилена и/ или экструдированного пенополистирола;
3. который одновременно выполняет функцию теплизолятора.

Затем строители приступают к монтажу опалубки, вязке арматурного каркаса и непосредственно бетонированию.

Заглубление

Степень заглубления основания в зависимости от типа почвы можно узнать в СП 50-101-2004 таблица 12.2.

Кроме «плавающих» монолитов, различают другие типы фундамента:

1. Мелкозаглубленная плитная конструкция . Плита мелкого заложения используется при строительстве сооружений в один или несколько этажей на относительно стабильных грунтах с глубоким расположением подземных источников. Котлован под конструкцию роется на глубину 0,7–1 м. Далее схема строительства аналогична предыдущей методике.
2. Заглубленный плитный фундамент с ребрами жесткости – позволяет сэкономить на расходе строительных материалов в том случае, если гидрогеологические и проектные условия предопределяют закладку плиты большой толщины. Строительство фундамента заключается в обустройстве траншей для железобетонных лент, на которые в дальнейшем будет опираться монолитная плита толщиной 0,25–0,4 м.
3. Плитная конструкция, построенная по шведской или финской технологии, совмещенная с системой монтажа «теплого пола» в доме. Для шведских плит вначале снимают слой плодородной почвы, а затем роют траншеи под ленты, которые будут выполнять функцию ребер жесткости. Когда ленточный контур затвердеет, кладут листы теплоизолятора, устраивают опалубку, монтируют армокаркас, совмещенный с системой труб для «теплого пола», а затем делают бетонную стяжку.

Для финской плиты роют один котлован на глубину ленточного железобетонного основания, после затвердевания которого делают обратную засыпку внутреннего пространства нерудным материалом. Под железобетонной плитой размещают листы теплоизолятора. В данном случае систему труб для «теплого пола» монтируют на этапе чистовой отделки напольного покрытия.

Трещины и другие проблемы

Трещины и другие деформации плитного фундамента могут появиться сразу после строительства или в процессе эксплуатации по таким причинам:

• Нарушена технология строительства;
• Неправильно рассчитаны проектные нагрузки на фундамент;
• Не исследованы гидрогеологические особенности участка;
• Изменилась геология местности, например, поднялся уровень грунтовых вод из-за большого количества выпавших осадков и т.д.

Трещиной допустимого размера считается щель, ширина которой не превышает 0,4 мм. В этом случае застройщик должен проследить за ее динамикой. Если дефект не распространяется, то его можно устранить с помощью песчано-цементного раствора мелкодисперсного состава.

Необходимо применять более сложные и дорогостоящие способы ремонта при распространении трещин, возникновении сети щелей, если они распространились на стены дома: 

• бурение наклонных отверстий в основании и закачка через них скрепляющих растворов;
• монтаж дополнительного основания с большим заглублением и площадью опоры.

Сложным ремонтом плитных фундаментов занимаются специализированные компании. Перед работой необходимо заново просчитать нагрузки и исследовать геологию, чтобы выбрать подходящий способ реконструкции плиты.

Отзывы

Часто индивидуальные застройщики пренебрегают правилами строительства силовых конструкций и в результате появляются дефекты в плитах, причины которых были рассмотрены в предыдущем разделе.

Частный вариант нарушения методики – заливка раствора в опалубочное пространство не через лотки, как сказано в нормативах, а с одного угла с последующим распределением лопатой по всей плоскости.

В этом случае меняется соотношение жидких и твердых компонентов в растворе, и плита теряет свою прочность.

Нарушается консистенция бетона и в том случае, если были перерывы в заливке бетона. Мелкие трещинки могут появиться уже через полчаса–час после заливки. Чтобы удалить дефекты, нужно заново пройтись по поверхности виброплитой.

Монолитный плитный фундамент и его устройство начинающие строители ищут советов и обсуждают на форуме:

1. О том, в каких случаях стоит включать щебень в «пирог» подушки, можно прочитать на форуме.
2. Рассуждения частных застройщиков о том, какой должна быть минимальная глубина закладывания плитного основания тут.
3. Участники форумов обсуждают варианты ремонта трещин, которые появились в плитном фундаменте в процессе эксплуатации – тут и тут.

Заключение

Существуют различные варианты конструкции монолитной плиты, каждый из которых эффективен в тех или иных проектных условиях. Чтобы построить надежное основание под дом, нужно проанализировать сразу несколько вариантов.

В случае индивидуального строительства целесообразно обсудить выбор со специалистом или доверить проектирование экспертам, ведь, как видно из изложенного материала, малейшие ошибки в строительстве могут привести к дорогостоящему ремонту и даже необратимым последствиям.

Рецепт белого листового торта | Марта Стюарт

Галерея

Basic White Sheet Cake

Реклама

Ингредиенты

• 18 столовых ложек (2 1/4 палочки) несоленого сливочного масла, размягченного, плюс еще немного для сковороды и решетки
• 4 1/2 чашки просеянной муки для выпечки (не самоподнимающейся), плюс еще немного для формы
• 2 столовые ложки разрыхлителя
• 3/4 чайной ложки поваренной соли
• 2 1/4 стакана сахарного песка
• 1 1/2 стакана молока
• 1 1/2 столовой ложки чистого ванильного экстракта
• 7 больших яичных белков
• Сахарная глазурь для белых кондитеров
• 6 унций полусладкого шоколада, мелко нарезанного

Проезд

• Шаг 1

  Разогрейте духовку до 350 градусов. Смажьте маслом противень размером 17 на 12 на 1 дюйм с бортиками. Застелите дно пергаментом, смажьте пергаментом и посыпьте мукой, стряхнув излишки; отложить.

  Реклама

• Шаг 2

  Просейте муку, разрыхлитель и соль в миску среднего размера и отложите в сторону. Взбейте масло в миске с электрической смесью, снабженной насадкой-лопаткой, пока оно не станет кремовым. Непрерывной струйкой добавьте сахар в масло и продолжайте взбивать, пока масло не станет легким и воздушным, около 3 минут. Уменьшите скорость до низкой и добавьте сухие ингредиенты попеременно с молоком и ванилью в три приема, начиная и заканчивая сухими ингредиентами; будьте осторожны, чтобы не перепутать. Отложите тесто в сторону.

• Шаг 3

  В средней металлической миске или чистой чаше электрического миксера взбейте яичные белки до образования жестких пиков. Добавьте одну треть яичных белков в тесто, пока они не смешаются. Добавьте оставшиеся белки в два захода. Вылейте тесто в подготовленную форму и разровняйте металлической лопаткой. Выпекайте, пока тестер, вставленный ближе к центру, не будет выходить чистым, а пирог не будет пружинить при легком нажатии в центре, около 30 минут. Дайте форме остыть в течение 15 минут на решетке, прежде чем вынимать ее из формы. Ослабьте края с помощью небольшой металлической лопаточки или ножа для очистки овощей и переверните на смазанную жиром решетку. Чтобы слой не расщеплялся, еще раз переверните, чтобы верх был вверху. Полностью остудите перед сборкой торта или заверните его в воздухонепроницаемую упаковку, чтобы заморозить торт на потом. Пока этот слой остывает, повторите шаги со второй партией ингредиентов для второго слоя торта.

• Шаг 4

  Для сборки обрежьте верх каждого слоя, чтобы они были плоскими. Положите один корж на сервировочное блюдо. Отложите, накрыв, 1 чашку глазури для окрашивания. Смажьте верх слоя торта 1/4-дюймовым слоем глазури и накройте вторым слоем торта. Заморозьте торт, используя оставшуюся глазурь. Холодный пирог.

• Шаг 5 №

  Поместите шоколад в термостойкую миску, поставленную на кастрюлю с едва кипящей водой. Перемешайте, используя пластиковую лопатку, пока смесь не растает. Снимите миску с огня и дайте остыть примерно 15 минут, пока она не перестанет быть теплой, но все еще будет жидкой. Сверните пергаментный треугольник в плотный конус. Заполнить наполовину растопленным шоколадом. Скатывайте верхнюю часть конуса, как будто скатываете тюбик зубной пасты. Избегайте переполнения, потому что будет сложнее выдавливать украшения. Удалите торт из холодильника; используя острые кухонные ножницы, вырежьте очень маленькое отверстие в кончике наполненного конуса. Нанесите желаемое украшение шоколадом; отложите на 10 минут, чтобы установить. Покрасьте оставшуюся чашку глазури, если хотите; узоры труб на торте.

Применение структурной инженерии в дизайне тортов — Инженерная школа USC Viterbi

14 декабря 2010 г. 11 ноября 2017 г.

Об авторе: Лиза Окамото

Лиза Окамото была старшеклассницей, изучавшей гражданское строительство. Она надеется профессионально работать в инженерно-строительной фирме. Она любит печь торты и все вкусное.

Торты редко представляют собой миниатюрные здания, но на самом деле они управляются той же физикой, что и дома и офисы. Таким образом, многослойные торты подвержены строительным нагрузкам и нуждаются в системе поддержки, которая выдержит вес различных слоев. У них много общих структурных элементов с современными небоскребами, таких как фундаменты и колонны. Когда торт падает, это напоминает катастрофу обрушения здания, хотя и без экстремальных последствий.

Введение

Многие из нас могут с легкостью назвать себя экспертами по уничтожению тортов. Мы просто видим, разрезаем и едим сладкое кондитерское изделие. Мало кто задумывается о том, что нужно для создания восхитительного десерта, не говоря уже о его структурных аспектах. В простом домашнем однослойном торте может быть не слишком много сложности, но профессионально сделанные торты могут быть более четырех футов в высоту и принимать форму чего угодно, от замка Хогвартс до коробки с мелками [1]. Эти сложные конструкции тортов требуют прочной системы поддержки, чтобы предотвратить их разрушение или разрушение. Может показаться странным думать о них таким образом, но торты можно рассматривать как миниатюрные здания в их структурных элементах.

Если сравнить конструкции многоярусного пирога и здания, можно увидеть два важных сходства: важность фундамента и использование колонн. Оба эти элемента используются для облегчения нагрузки конструкции и обеспечения ее устойчивости. Еще одним общим фактором между тортами и зданиями является то, что они оба уязвимы к структурным дефектам, которые могут привести к полному разрушению.

Фундамент

Несмотря на то, что его практически невозможно обнаружить как в конструкции здания, так и в конструкции пирога, фундамент является наиболее важным элементом конструкции. Это нижний слой всего проекта, и в конечном итоге он будет нести большую часть нагрузки. Строить строение без фундамента — все равно, что строить карточный домик: малейшее нарушение может привести к полному обрушению.

Irivine Geotechnical

Рис. 1. Фундаменты рассчитаны на малые нагрузки, обычно встречающиеся в жилищном строительстве.

Существует три основных типа структурных фундаментов: фундаменты, маты и сваи. Фундаменты (рис. 1) представляют собой секции бетона, которые неглубоко заглублены в землю и находятся под самым нижним слоем здания. Они рассчитаны на достаточно небольшие нагрузки, порядка нескольких сотен тонн, и применяются в основном в жилищном строительстве [2]. Если строение намного больше дома, фундамент необходимо модернизировать до мата (рис. 2). Это мелкозаглубленный фундамент, который охватывает большую площадь и обычно состоит из арматурного каркаса, заполненного бетоном. С матом нагрузка распределяется на большую площадь. Без него большая сосредоточенная нагрузка приведет к значительной осадке грунта под ним, что может сделать конструкцию неустойчивой и уязвимой для обрушения [3].

Самым прочным из трех стилей является свайный фундамент, который может быть рассчитан на нагрузку до двух миллионов фунтов [3]. Сваи представляют собой колонны, которые либо забиваются, либо бурятся в землю до тех пор, пока они не достигнут коренной породы или более прочного грунта. Они используются для очень больших общих нагрузок, порядка нескольких миллионов фунтов, или для конструкций, построенных на мягком и легко сжимаемом грунте, таком как глина. Большинство небоскребов используют свайные фундаменты, потому что эти конструкции добавляют чрезвычайно большие нагрузки на довольно небольшие площади [4]. Сваи снимают нагрузку конструкции с верхнего слоя почвы и передают ее на коренную породу или более прочный грунт, который можно найти на много метров ниже поверхности. Некоторой нагрузке также противодействует фрикционное взаимодействие между сваей и грунтом. Когда свая вбивается в землю, создается направленная вверх сила трения, помогающая удерживать сваю на месте [5].

Irvine Geotechnical

Рис. 2: Фундамент из матов используется, когда нагрузки намного превышают нагрузки, создаваемые домом. В отличие от фундаментного фундамента, мат распределяет нагрузки на гораздо большую площадь.

Несмотря на преимущества фундамента и мата, в большинстве тортов используется свайный фундамент. Для свайного фундамента принципы те же, что и при строительном проектировании, но материалы и размеры другие. Думайте о пироге как о легко сжимаемой почве, а о доске, на которой лежит пирог, как о фундаменте [6]. Вместо больших стальных или бетонных колонн в пирогах используют деревянные или пластмассовые стержни [7]. Эти дюбели передают нагрузку от верхних слоев пирога прямо на нижнюю доску вместо того, чтобы позволить нижнему слою пирога нести нагрузку и рисковать отказом (см. Мультимедиа).

Колонны

Колонны использовались при проектировании зданий на протяжении тысячелетий; до сих пор сохранились свидетельства того, как они поддерживали постройки Римской империи [8] (рис. 3). В конструкции здания колонны используются в качестве дополнительной опоры, поэтому стены не должны нести всю нагрузку верхних этажей. Они очень похожи на сваи тем, что их цель состоит в передаче нагрузки из одного места в другое, но, в отличие от свай, колонны предназначены для перемещения нагрузки с одного уровня на уровень ниже него, а не на коренную породу. Каждый уровень колонн передает нагрузку на уровень ниже, пока нагрузка, наконец, не будет возложена на сваи и не перенесена на коренную породу. Как и в случае со сваями, диаметр колонны зависит от нагрузки, которую она должна нести. Нижние уровни здания, скорее всего, будут иметь более крупные колонны, чем верхние.

Orientalist/Wikimedi​a Commons

Рисунок 3: Колонны использовались со времен Римской империи. Эти конструкции обеспечивают дополнительную поддержку стен, распределяя нагрузку здания от одной точки к другой.

В дизайне торта колонны, по большей части, являются единственной структурной опорой, помимо самого торта. Столбцы наиболее очевидно используются, когда они разделяют ярусы торта. Но есть и внутренние тортовые колонны в виде дюбелей [7]. Эти дюбели отличаются от упомянутых ранее свайных дюбелей тем, что они не передают нагрузку непосредственно на основание и не должны нести вес всего пирога.

Разрушение

Разрушение конструкции определяется как «разрушение или разрушение под нагрузкой» [9]. Двумя основными формами разрушения, общими как для зданий, так и для тортов, являются осадка и обрушение. Осадка происходит, когда грунт под конструкцией уплотняется, сдвигая ранее ровную поверхность таким образом, что здание или пирог оседают [3]. Разрушение происходит, когда компонент полностью выходит из строя, и часть или вся конструкция внезапно падает.

Населенный пункт

Alkarex Malin äger/Wikimedia Commons

Рисунок 4: Пизанская башня получила свое название из-за неравномерного уплотнения почвы, которое вызывает «наклон» на 3,8 градуса, как показано на рисунке.

Одним из лучших примеров поселения является Пизанская башня. Строительство башни началось в 1173 году, и вскоре после этого она начала наклоняться. Наклон значительно ухудшился за последние восемь столетий и в настоящее время составляет 3,8 градуса [10] (рис. 4). Наклон вызван неравномерным уплотнением почвы под башней. Причиной большинства наклонов зданий и осадки грунта является недостаточный или слабый фундамент, что может произойти либо тогда, когда инженер перегружает фундамент до такой степени, что он не может выдержать вес конструкции, либо фундамент сделан неровно и одна сторона фундамент прочнее другого [3]. Если бы строители Пизанской башни использовали сваи вместо матового фундамента, на более слабый грунт было бы очень мало усилий, и наклон был бы почти устранен [11].

Урегулирование чрезвычайно распространено в пироге, создавая проблемы даже для опытных профессионалов. Если штифты торта обрезаны слишком коротко, вес верхних слоев торта будет передан нижнему слою торта вместо штифтов, что вызовет осадку и создаст впечатление опускающихся ярусов торта [7]. Если дюбели обрезаны неравномерно, одна сторона торта, скорее всего, утонет больше, чем другая, что придаст ему наклон, как у Пизанской башни.

На рис. 5 показана интерактивная анимация, в которой сравниваются фундаменты зданий и пироги, а также моделируется, что происходит дальше, когда происходит оседание.

Morton/Illumin

Рисунок​ 5: Интерактивное сравнение строительного и пирогового фундаментов. (Вспышка)

Обрушение

Наихудший возможный сценарий для любой конструкции — обрушение. Для этого должен полностью выйти из строя хотя бы один элемент конструкции. При проектировании зданий инженеры используют факторы безопасности, чтобы гарантировать, что возможности системы поддержки превышают потребности. Например, коэффициент запаса прочности, равный трем, гарантирует, что компонент сможет выдержать нагрузку, в три раза превышающую расчетную [3]. Если здание действительно полностью рухнуло, это означает, что в оценке возможностей здания произошел серьезный просчет или произошло непредвиденное событие, такое как землетрясение высокой магнитуды (рис. 6).

Хотя конечный результат обрушения пирога и здания может выглядеть одинаково, их причины очень разные. В отличие от зданий, торты почти всегда рушатся из-за непосредственного вмешательства человека; либо кто-то натыкается на торт, либо срывает необходимый конструктивный элемент, например, колонну. Несмотря на схожие методы изготовления, торты редко разрушаются из-за структурных несоответствий, потому что обычно они не служат достаточно долго, чтобы разрушиться. В отличие от зданий, торты рассчитаны только на несколько часов. Если бы ожидалось, что они прослужат намного дольше, вероятно, они подверглись бы значительной деформации и, возможно, разрушились бы.

H.G. Wilshire/Wikimedia Commons

Рисунок 6: Разрушение колонны нанесло серьезный ущерб шоссе. Эти структурные обрушения намного страшнее испорченного торта.

Заключение

Хотя вы, вероятно, не увидите курс проектирования тортов, предлагаемый в инженерном отделе в ближайшее время, это интересное применение основных концепций структурной инженерии. Колонны и фундаменты так же важны для строительства тортов, как и для строительства безопасных жилых зданий. Инженерные принципы можно найти в создании практически любого объекта. Важно понимать, что инженерия — это больше, чем просто строительство мостов, схем и двигателей, и что ее концепции можно применять новыми и интересными способами для воплощения в жизнь идей воображения.

Каталожные номера

• • [1] «Торт Гарри Поттера». Асус тортов.  Продовольственная сеть. Балтимор, Мэриленд. Телевидение: 24 января 2008 г.
  .
  • [2] Тим Картер. «Фундамент дома и опоры». Спросите строителя — ресурс по благоустройству дома.  Интернет: http://www.askthebui​lder.com/B10_House_F​oundations_Footings.​shtml, 02 ноября 2010 г.
  .
  • [3] Браджа Дас. Принципы проектирования фундаментов , 7-е изд. Стэнфорд: Cenage Learning, 2010.
  • [4] В. Г. К. Флеминг. Сваебойная техника , 3-е изд. Лондон: Тейлор и Фрэнсис, 2009.
  .
  • [5] Тер-Мартиросян З.Г., Дин Кванг Нам, Нгуен Нам. «Взаимодействие свайных фундаментов с грунтом». Механика грунтов и проектирование фундаментов , 44.2, стр. 39-47, 2007.
  • [6] Р. Ф. Крейг. Механика грунтов Крейга , 7-е изд. Лондон: Спон, 2004.
  .
  • [7] Сара Филлипс. «Торты собирают ярусами». Домашняя страница Baking911.com. Интернет: http://www.baking911​.com/cakes/assemble_tiers.htm, 13 октября 2010 г.
  • [8] «Римская архитектура». История UNRV.  Интернет: http://www.unrv.com/​culture/architecture​.php, 2011 г.
  .
  • [9] «Неудача — определение и многое другое из бесплатного словаря Merriam-Webster». Мерриам-Вебстер Онлайн. Интернет: http://www.merriam-w​ebster.com/dictionar​y/failure. 02 ноя 2010.
  • [10] «Знаменитая достопримечательность по-новому опирается на жизнь: Пизанская башня укреплена». Нью-Йорк Ньюс – NY Daily News. Интернет: http://www.nydailyne​ws.com/news/national​/2008/05/28/2008-05-​28_famed_landmark_ha​s_a_new_lean_on_life​_le. html, 28 мая 2008 г. [02 ноября 2010 г.].
  • [11] Паоло Хайнигер. «Падающая Пизанская башня.» Scientific American , стр. 62-67, декабрь 1995 г.
  • [12] «Торты, вдохновленные архитектурой». Свадьба Марты Стюарт.  Интернет: http://www.marthaste​wartweddings.com/226​875/architecturally-​inspired-cakes-moder​n [13 октября 2010 г.].
  • [13] «Инженер: Крах Hyatt неизбежен». Boston Globe , 5-е изд. 24 июля 1981 г.
  • [14] Давид Шапроньер. «Изготовление свадебного торта». Suite101.com: Интернет-журнал и сеть писателей. Интернет: http://www.suite101.com/content/constructing-a-wedding-cake-​a260772, 13 июля 2010 г. [14 октября 2010 г.].
  • [15] «Конструкция дюбельного стержня». Празднуйте вместе с Wilton — создавайте красивые торты, печенье, кексы и конфеты Wilton с помощью техники декорирования Wilton.  Интернет: http://www.wilton.co​m/cakes/tiered-cakes​/dowel-rod-construct​ion.cfm, [03 декабря 2010 г.].
  • [16] Николай К.