Фундамент будівлі, споруди

1. Фундамент будівлі, споруди, включає опорні елементи, заглиблені у фунт, порожнини, які розкриті на ЗОВНІШНІХ поверхнях фундаменту, і відрізняються тим, що вони розміщені на горизонтальних зовнішніх поверхнях опорних елементів 2 Фундамент будівлі, споруди по п 1 відрізняється тим, що бічні грані порожнин виконано криволінійними Винахід відноситься до галузі будівництва та призначений для використання у фундаментобудуванні у звичайних умовах та при нерівномірних деформаціях основ Аналогом винаходу по своїй суті є решітчасті фундаменти, які мають порожнини на бічних поверхнях фундаменту (див книгу Фідарова М І "Проектування та зведення переривчастих фундаментів" - М Будівельне видавництво, 1986 р сторінка 19) У цих фундаментах ефективно використовується просторова робота за рахунок "арочного" ефекту по структурі фундаменту Проектування решітчастих фундаментів з підвищеним навантаженням основи відзначається зниженою надійністю, особливо в умовах виявлення нерівномірних деформацій самої основи, коли відбувається перерозподіл епюри опору з утворенням додатково напружених зон Після утворення в опорних елементах підвищеного опору спонтанна стабілізація усієї контактної епюрм за рахунок існуючих порожнин і переміщення у ці порожнини грунту відбувається тільки після повного формування граничних ядер жорсткості Решітчасті фундаменти також не пристосовані до зниження навантажень від контактуючого фунту в умовах розвитку змушених горизонтальних переміщень грунтового масиву З відомих технічних рішень найбільш близьким до запропонованого винаходу є фундаменти, що стоять окремо, які мають під підколонниками опорні залізобетонні балки, у центральній частині підошв яких улаштовані рифлені поверхні з виступами, повністю упроваджені у піщані підготування під дією власної ваги опорних блоків та вібропривантаження (див. авторське свідоцтво № 1008356 по М кл. E02D27/01) Дані фундаменти мають параболічну епюру відпору і при значних вертикальних навантаженнях і невеликих згинаючих моментах, що характерно для каркасних багатоповерхових будівель, які забезпечують більш повне використання несучої властивості основ, у центральній частині опорних блоків зі значною глибиною ущільненого ґрунтового ядра При значних моментах і невеликих вертикальних навантаженнях, що характерно для каркасних одноповерхових будівель, ефективність фундаментів знижується із-за неможливості передачі під консольними ділянками опорних блоків високих тисків на грунт основ крізь пухкі піщані підготовки Ще більш збільшує положення при нерівномірних вимушених вертикальних деформаціях основ коли від додаткових момечтних навантажень відбувається зміщення Від центру фундаменту параболічної епюри відпору та обумовлене цим перевантаження робочої арматури і бетону опорних блоків При вимушених горизонтальних деформаціях основ фундаменти не забезпечують можливість зниження навантажень від грунту, який зміщується ні по підошві опорних блоків, ні по бічних поверхнях опорних блоків і підколонників, розташованих як дотично, так і фронтально відносно напрямку вектора переміщень грунту Завданням винаходу є удосконалення фундаменту Оудівлі, споруди за рахунок контактних поверхонь з порожнинами по підошві фундаменту, які зумовлюють активне залучання до роботи ділянок основи ("арочний" ефект), що дозволяє знизити матеріалоємкість фундаменту будови, споруди та знизити навантаження від контактуючого фунту на його поверхні На відміну від прототипу, у якого основу фундаменту виконано без порожнин, а замість них CD 00 CO CO зг 34886 виконано підготовку фунту по усій площі у вигляді рифленої поверхні, запропонований фундамент будови, споруди має порожнини, виконані у вигляді пірамід, які розміщені своїми основами на зовнішніх поверхнях опорних елементів. Конструкція фундаменту дозволяє плавно сприймати деформації та максимально використовувати властивості основ Поставлене завдання вирішується за рахунок того, що фундамент будови, споруди містить у собі опорні елементи, заглиблені у грунт порожнини Згідно винаходу порожнини розміщені на горизонтальній зовнішній поверхні опорних елементів Цим досягається мінімальна площа контакту з грунтом по опорних призматичних ділянках при максимальному використанні несучої властивості основи, ефективно втягнутої у просторову роботу у двох напрямках, як за рахунок "арочного" ефекту, так і за рахунок симетричної' раціональної дії сил по похилих поверхнях упроваджених у грунт призматичних ділянок. Задпя плавного сприйняття деформаційних дій від основи, бічні грані порожнин виконані криволінійними. Заявлений винахід ілюструється малюнками, де на фіг 1 зображено фундамент безкаркасноі будівлі з підвалом, розріз, на фіг 2 - фрагмент з фіг. 1. на фіг. З - перетин А-А з фіг. 2. Запропонований фундамент будівлі, споруди включає опорні елементи 1, розміщені у Фунті 2. Грунт 2 упроваджений у пірамідальні порожнини 3 на глибину h і контактує з ніжними призматичними ділянками 4 бічних граней 5 пірамідальних порожнин 3 Опорні елементи 1 забезпечені порожнинами 3, які мають повну глибину Н і зроблені у вигляді пірамід з бічними гранями 5 та основами 5 Грані 5 утворюють ребра 7 у площині основ 6, які й складають обгинаючу поверхню опорних елементів фундаменту 8. Заявлений винахід реалізує себе таким чином, відносно горизонтально побудованих обгинаючих поверхонь опорних елементів 1 діючі навантаження у звичайних інженерно-геологічних умовах будівництва являють собою власну вагу будівлі, споруди з розташованими на ній корисними постійними та тимчасовими навантаженнями, відповідно розподіленими по всіх опорних елементах 1 пропорційно до жорсткості кістяку будівлі, споруди. До того ж, як правило, такий розподіл навантажень в значній мірі рівномірний, а коливання максимальних навантажень за рахунок їх тимчасової частини незначне. Тобто формування та навантаження опорних призматичних ділянок 4 іде в основному у період збудування будівлі, споруди. Далі у процесі експлуатації при можливому на практиці зниженні або виключенні дії тимчасового навантаження досягнутий ецЬект ущільнення грунту 2 при високому рівні тиску за рахунок просторового напруженого стану не знижується. В умовах виявлення змушених нерівномірних вертикальних зміщень основи раніше створений рівномірний розподіл вищезгаданих навантажень по усіх опорних елементах 1 різко порушується і проходить вельми нерівномірно, концентроване застосування ваги будівлі, споруди до окремих поверхонь опорних елементів 1. Очевидно, що перевантажені опорні елементи 1 у зв'язку з перенапругою основи вище граничного опору фунту 2 не можуть залишатися у статичній рівновазі І утискуються в основу, при цьому площа опорних призматичних ділянок 4 зростає, а напруга на грунт 2 знижується, що веде до зменшення та загасання процесу утискування у саморегулюючому режимі аж до повної зупинки опорних елементів 1. Причому за рахунок відбувшихся переміщень опорних елементів 1, які відбулися, початкова нерівномірність у застосуванні ваги будівлі, споруди до окремих поверхонь опорних елементів 1 чимало зменшується або цілком зникає. У цьому випадку контактні напруги або відповідають граничному опору грунту 2 основи, або нижче цього опору, за рахунок якого відбулося збільшення площі опорних призматичних ділянок 4. Таким чином, при обраному розташуванні порожнин 3 у вигляді пірамід з основою 6 на горизонтальній зовнішній поверхні олорних елементів фундаменту 8 будівлі, споруди фактичні площини контакту опорних призматичних ділянок 4 з грунтом 2 при навантаженні визначаються величинами діючих навантажень, причому контактні напруги відповідають граничному опору грунту 2 основи, а сам фундамент 8 постійно повертається у стан стійкої статичної рівноваги. При підвищенні силового навантаження відбувається впровадження опорних призматичних ділянок 4 до грунту 2 та збільшення контактної площі призматичних ділянок 4 до моменту утворення нового стійкого стану статичної рівноваги, при якому також досягається фаничний опір ущільненого грунту 2. З аналізу приведених формул випливає, що крім навантажуючих силових і деформаційних факторів (N, б), деякі вихідні дані з відносно незалежною свободою вибору (Н, f) і систем визначаючих геометричних коефіцієнтів (к, і, п, т ) , основні параметри (h, S, а, V, R), які визначають габарити, форму, міцність матеріалу і армування фундаменту 8 будівлі, споруди, виявляються змінними, взаємно залежними та зв'язаними величинами, що принципово відрізняє запропонований фундамент 8 від прототипу. Так, для знаходження об'єма порожнин користуються такою формулою; у _ R= 2 t N Н [k (5 + h)-h) n R ( Н - б - h ) [1 + (cosoc + f since)]' 2 N n S [1 + (cosa + f sina)] де V - об'єм порожнин; N - зовнішнє нормальне навантаження відносно обгинаючих поверхонь опорних елементів, яке діє або вертикально, або горизонтально; R - гранична несуча здібність основи, при якій встановлюється і зберігається статична рівновага фундаменту; Н - повна глибина порожнин; h - глибина впровадження фунту в порожнини; 6 -абсолютна величина вимушеного зміщення фунту основи у розглянутій точці; S - фактична контактна площа опорних призматичних ділянок; 34886 к - коефіцієнт запасу по контактній площі, який враховує можливі зміни розрахункових силових навантажень; f - коефіцієнт тертя між фунтом та опорними призматичними ділянками; І - узагальнений коефіцієнт обліку форми об'єму призматичних ділянок та їх площі проекції по обгинаючих поверхнях опорних елементів; п - коефіцієнт переведення контактних тисків у їх проекцію на нормальну вісь до обгинаючої поверхні опорних елементів; а - кут, утворений обгинаючою площиною опорних елементів та дотичною площиною, що проведена до поверхні призматичних ділянок на висоті h. Так, якщо у прототипа площа S задається як вихідна інформація, а обчислення R виявляється самостійною незалежною операцією, го у даному випадку кінцевий наслідок виявляється спільним рішенням зведених виразів Якщо в прототипі облік параметру f виявляється необов'язковим рішенням, то у даному випадку конструкція фундаменту 8 без обліку цього фактору неможлива, тобто у процесі роботи фундаменту 8 параметр f виникає автоматично відповідно до природи взаємодіючих матеріалів. Глибина упровадження фунту 2 у порожнини Зп відповідає визначеній контактній ппощі опорних призматичних ділянок 4 S і сталому граничному опору фунту 2 основи R, при яких спостерігається стійкий стан статичної рівноваги. Слід зауважити, що для бокових площин опорних елементів 1 фундаменту 8 будівлі, споруди, коливання навантажень не так суттєво для деформацій усього кістяка і більш відображується на змінах внутрішніх зусиль, які перешкоджають можливим деформаціям за напрямком. Необхідне зміцнення конструкцій за параметром Т залежить від прийнятого коефіцієнту запасу К і знаходиться за допомогою формули Т = f R S 1 + cos a + sin а —L_ де Т - сумарне горизонтальне навантаження, яке виникає по підошві фундаменту від зміщення грунту; R - гранична несуча здібність основи, при якій встановлюється і зберігається статична рівновага фундаменту; S - фактична контактна площа опорних призматичних ділянок; f - коефіцієнт тертя між фунтом та опорними призматичними ділянками; а - кут, утворений обгинаючою площиною опорних елементів та дотичною площиною, що проведена до поверхні призматичних ділянок на висоті п; m - коефіцієнт переведення контактних тисків у її проекцію на вісь, яка паралельна до обгинаючої поверхні опорних елементів. Для бічних площин опорних елементів 1 коефіцієнт запасу К приймається близьким до одиниці, а для нижніх площин опорних елементів 1 цей коефіцієнт значно вищий, чим й забезпечується висока надійність експлуатації будівлі, споруди. Характерною рисою фундаменту 8 є професивний розвиток безмежних осідань при підвищенні розрахункового тиску на основі до граничних значень, обумовлений тим, що ядро ущільнення під фундаментом 8 будівлі, споруди охоплює велику зону, кратну по глибині сторонам підошви фундаменту 8. На відміну від аналога в запропонованому рішенні підвищення розрахункового тиску впритул до гранично»' несучої здібності основ великих не викликає, так як ядра ущільнення формуються на нижній поверхні опорних елементів 1 кратно з розміром сторін основи пірсмідальних порожнин 3, що складають невелику величину від розмірів сторін підошви елементів та, отже, малу зону по глибині. При цьому за рахунок просторового характеру роботи ступінь ущільнення грунту 2 основи по опорних призматичних ділянках 4 значно вище, ніж у аналогу і, таким чином, несуча здібність основи використовується в більш повному ступені. Таким чином, при дії силових та деформаційних навантажень в розрахуковому діапазоні в описаному вище стані фундамент 8 будівлі, споруди може знаходитись увесь заданий термін його служби У процесі виявлення нерівномірних вертикальних переміщень над будівлею, спорудою на його окремих опорних елементах 1 навантаження зростає, але контактний тиск вище граничного зрости не може і, завдяки цьому, на ділянках йде інтенсивне впровадження опорних елементів 1 в грунт 2 основи При цьому силове навантаження знову перерозподіляється, на ділянках з великими та підвищеними переміщеннями опорних елементів 1 збільшується Таким чином, здійснюється процес саморегулювання контактних тисків по нижнім поверхням окремих елементів 1 з подальшими з цього результатами; згладжування на конструкціях нерівномірності деформацій грунту 2 основ, згладжування піків концентрації зусиль в надземних конструкціях. Причому в кінцевому підсумку, коли дія нерівномірних вертикальних переміщень основи закінчується, усі опорні елементи 1 фундаменту 8 займають за висотними відмітками новий стійкий стан статичної рівноваги, а розподілення силового навантаження по будівлі, споруді та контактних тисках на опорних призматичних ділянках бічних фаней 5 тяжіє до початкового стану з обліком поправок на ущільнення фунту 2 і зміною фактичних поверхонь опорних ділянок 4. При повторному виявленні нерівномірних вертикальних переміщень під будівлею, спорудою картина роботи окремих опорних елементів повторюється згідно з конкретною новою схемою перерозподілу навантажень. При цьому з кожним процесом в порожнинах 3 є вільні від фунту 2 оО ми. У порівнянні з прототипом, заявлений фундамент 8 будівлі, споруди забезпечує зниженні його матеріалоємкості та навантаження від контактуючого грунту 2 на його поверхні. Причому зниження витрат бетону опорних елементів 1 іде не тільки за рахунок утворення порожнин 3, а також за рахунок зниження в конструкції внутрішніх зусиль та зменшення габаритів самих елементів згідно з аналогами, тобто в межах поданого фундаменту 8 заощаджується не тільки бетон, а й арматурна сталь. 34886 Запропонований фундамент 8 відрізняється високою надійністю експлуатації усісі буд.влі споруди в критичній ситуації непередбаченого аварійного зростання силового навантаження, пояснюється самою роботою конструкцій тобто із збільшенням навантаження опорні площі призматичних ділянок 4 увесь час зростають а так як при цьому об'єм порожнин 3 рано чи пізно буде ціпком заповнений грунтом 2, то, напевно що опорна площа фундаменту 8 значно зросте, а середній тиск при цьому зменшиться, при досягнутому сту пені ущільнення Однак після цього фундамент 8 не зможе працювати в системі саморегулювання контактних тисків Запропонований фундамент 8 відрізняється раціональністю універсальністю використання не тільки в різних інженерно-геологічних умовах але і в різних конструктивних системах будівель, споруд, які відрізняються формою розмірами, епементами взаємодії з іншими конструкціями, функціональними якостями, системами і величинами навантаження ФІГ. 1 Фіг. З Фіг. 2 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122) 3 - 7 2 - 8 9 (03122) 2 - 5 7 - 0 3