Сейсмостійкий фундамент

Изобретение относится к строительству, в частности, возведению фундаментов в сейсмических районах. Известны конструкции фундаментов [1]. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 02.02.01-83). -НИИОСП им. Герсеванова Госстроя СССР. - М., Стройиздат. - 1986. - С. 246, - рис. 51 "Фундаменты в вытрамбованных котлованах"). Фундамент представляет собой собственно тело фундамента, образованное из жесткого материала, например бетона, уплотненного в предварительно вытрамбованном котловане. Для увеличения несущей способности фундамента в его дно втрамбовывают жесткий материал, например щебень. Недостатком аналога является то, что при работе на сейсмические нагрузки, фундамент передает на вышележащие конструкции здания горизонтальную составляющую без демпфирования. Наиболее близким устройством-прототипом является сейсмостойкий фундамент [2], по выт. св. СССР №1236064, кл. Ε 02 D 27/34, опубл. Бюл. № 21, 1986, с целью повышения сейсмической устойчивости, фундамент состоит из горизонтальных плит, разделенных слоем из упругого материала и расположенных по их периметру двух рядов наклонных плит, один из которых примыкает к горизонтальным плитам, при этом нижняя горизонтальная плита снабжена жестко присоединенными к ней вертикальными сваями, заглубленными в грунт основания. Общими признаками с заявляемым объектом являются сваи, нагрузка на которые передается горизонтальным элементом (плитой), к которой они присоединены верхними концами. Недостатком прототипа является значительный расход железобетона, обусловленный необходимостью изготовления двух плит под всю площадь здания и по его периметру. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования сейсмостойкого фундамента, в котором путем введения новых конструктивных элементов обеспечивается демпфирование сейсмических нагрузок. Поставленная задача решается тем, что в сейсмостойком фундаменте, включающем вертикальную сваю, верхним концом соединенную с вышележащими несущими конструкциями здания, согласно изобретению дополнительно содержатся вытрамбованный котлован с расширением из вытрамбованного жесткого материала, например щебня, в нижней части и заполнение из пористого материала, например раствора на вспученном перлите, при этом вертикальная свая размещена по центру вытрамбованного котлована, ее верхний конец соединен с вышележащими несущими конструкциями заделкой, ее нижний конец оперт на расширение из втрамбованного жесткого материала, а заполнение из пористого материала размещено в пространстве между боковыми поверхностями вытрамбованного котлована и вертикальной сваи. Сущность изобретения заключается в изменении схемы работы вертикальной сваи. В прототипе демпфирование горизонтальной составляющей сейсмических нагрузок происходит за счет того, что между двумя железобетонными плитами размещен упругий материал и такое же конструктивное решение принято для наклонных плит по периметру здания. Вертикальные сваи жестко заделаны в нижнюю плиту. Однако снижения воздействия сейсмических сил на здание можно достичь при значительно меньшем расходе материалов и затрат на возведение фундаментов за счет того, что вертикальные сваи разместить в вытрамбованных в гр унте котлованах, при этом нижним концом сваи опереть на расширение из втрамбованного жесткого материала, а верхний конец свай заделать в вышележащие конструкции здания, например ростверк. Пространство между боковыми поверхностями вытрамбованного котлована и свай должно быть заполнено пористым материалом, не изменяющим существенно своих физико-механических свойств на протяжении всего срока эксплуатации здания, т.е. 50-100 лет. Такая конструкция в несколько раз экономичнее конструкции прототипа за счет отсутствия железобетонных плит и принципиально иной схемы работы вертикальных свай. Для заявляемого устройства при сейсмическом воздействии демпфирование горизонтальных составляющих сейсмической нагрузки произойдет за счет поворота свай на нижних концах и смятия пористого материала заполнения с дальнейшим уплотнением грунта стенок вытрамбованных котлованов. Разрушение и уплотнение материала заполнения и уплотнение грунта позволяет эффективно демпфировать энергию сейсмических воздействий для ее самой опасной составляющей - горизонтальной. В случае превышения расчетных значений вертикальных нагрузок, нижние концы вертикальных свай войдут в уплотненную зону втрамбованного жесткого материала расширения, для чего при проектировании и возведении фундаментов назначают такие материалы расширения, у которых предел прочности на смятие под нижним концом свай был бы меньше напряжений, возникающих при превышении расчетных значений вертикальной составляющей сейсмических нагрузок. На фиг. 1 изображен вертикальный срез фундамента; на фиг. 2 - расчетная схема фундамента на действие сейсмических нагрузок. Заявляемый фундамент (фиг. 1) состоит из вертикальной сваи 1, которая может иметь как форму параллелепипеда, так и цилиндра, размещенной в центре вытрамбованного котлована 2 конической формы. В дне вытрамбованного котлована 2 путем периодической засыпки жесткого материала, например щебня, с одновременным трамбованием образовано расширение 3, на которое оперт нижний конец вертикальной сваи 1. Верхний конец вертикальной сваи 1 заделан в вышележащие конструкции 4 здания, например ростверк. Пространство между боковыми поверхностями вытрамбованного котлована и вертикальной сваи заполнено пористым материалом 5. Позицией 6 обозначена уплотненная зона вытрамбованного котлована 2. Фундамент работает следующим образом. Нагрузка от здания или сооружения передается на ростверк 4, а от ростверка через сваю 1 на расширение 3 из втрамбованного жесткого материала, через которое, в свою очередь на грунт основания. На фиг. 2 изображена эпюра напряжений Uг, возникающих в гр унте основания под расширением 3, от эксплуатационных нагрузок. При колебаниях грунта, вследствие инерции, возникают горизонтальные и вертикальные усилия. Демпфирование горизонтальных сил происходит в результате разрушения и уплотнения пористого материала 5, заполняющего пространство между боковыми поверхностями вытрамбованного котлована и вертикальной сваи, и за счет дополнительного уплотнения грунта боковых поверхностей вытрамбованного котлована. Горизонтальный сдвиг на величину Δ при этом относительно среднего положения будет происходить за счет поворота сваи 1 относительно нижней точки опоры на расширении 3 из втрамбованного жесткого материала. В расчетной схеме нижний конец сваи 1 принят шарнирным (фиг. 2). Эпюры напряжений Uбок по боковым поверхностям вытрамбованного котлована изображены на фиг. 2. Величина демпфирования определяется расчетом, на основании которого принимают конкретные конструкции в зависимости от районирования по сейсмической шкале и совокупности других геотехнических факторов. Примером конкретного выполнения может служить сейсмостойкий фундамент многоэтажного жилого дома, имеющего железобетонный монолитный ростверк поперечным сечением 500Ь χ (400+1000)h мм с расстоянием между осями фундаментов 3000 мм, сваями сечением 300x300 мм длиной 5000 мм, размещенными в вытрамбованных котлованах, в нижних частях которых образованы расширения из гранитного щебня, а заполнение пространства между боковыми поверхностями вытрамбованного котлована и вертикальной сваи выполнено из цементно-перлитного раствора с пределом прочности на сжатие 1,5 МПа. Благодаря демпфирующим свойствам фундамент снижает на порядок сейсмические нагрузки на вышележащие конструкции. Эффективность устройства сейсмостойкого фундамента заключается в снижении расхода материалов и трудоемкости возведения.