Фундамент будівлі, споруди

1 Фундамент будівлі, споруди містить у собі опорні елементи, заглиблені у фунт порожнини, що відкриті по ЗОВНІШНІХ поверхнях фундаменту та сполучення, відрізняються тим, що порожнини розміщено на вертикальних зовнішніх поверхнях опорних елементів 2 Фундамент будівлі, споруди no n 1 відрізняється тим, що бічні грані порожнин виконано криволінійними 3. Фундамент будівлі, споруди по п 1 відрізняється тим, що бічні грані порожнин покрито антифрикційним шаром 4 Фундамент будівлі, споруди по п.1 відрізняється тим, що на обвідних поверхнях опорних елементів поміж порожнинами та фунтом розміщено гнучкий розділовий шар обмеженої міцності. Винахід відноситься до галузі будівництва та призначений для використання у фундаментобудуванні в 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 переривчасних фундаментів" - М Будівельне видавництво, 1986 р. сторінка 29) 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 епюри за рахунок існуючих порожнин t переміщення у ці порожнини фунту відбувається тільки після повного формування фаничних ядер жорсткості Решітчасті фундаменти також не пристосовані до зниження навантажень від контактуючого фунту в умовах розвитку змушених горизонтальних переміщень фунтового масиву. З відомих технічних рішень найбільш близьким до запропонованого винаходу є блочні фундаменти, обладнані на опорних консолях вирізами, наприклад, криволінійними (див авторське свідоцтво № 1036845 по М кл. E02D27/01). В умовах виявлення вимушених нерівномірних вертикальних деформацій самих основ жорсткість опорних консолей по довжині блоку використовується неефективно, що при параболічній епюрі опору викликає перенапругу окремих виступаючих ділянок Максимальні напруження під подошвою блочних фундаментів через можливий розвиток в умовах перевантажень надмірних осідань слщ обмежувати, що зменшує повноту використання несучих здібностей грунтів основ. При вимушених горизонтальних деформаціях основ, котрі завжди супровідні вертикальним деформаціям, навантаження від фунту, який переміщується по дотичних та фронтальних бічних поверхнях, знижені бути не можуть. Завданням винаходу є удосконалення фундаменту будівлі, споруди за рахунок сполучень розпірок у рівні фундаменту, які фіксують положення фундаменту при зсуваючих навантаженнях Фунту та контактних поверхонь з порожнинами по бічному рівні, що дозволяє знизити сипи тертя та контактуючі напруження. На відміну від прототипу, у якого порожнини розміщуються у горизонтальній площині, запропонований фундамент будівлі, споруди має сполучення та порожнини на бічних поверхнях, бічні фзні котрих криволінійні, покриті антифрикційним шаром і частково заповнені фунтом. Поставлене завдання вирішується за рахунок того, що фундамент будівлі, споруди містить у собі опорні елементи, заглиблені у фунт порожнини, що відкриті по зовнішніх поверхнях фундамен 34885 ту, та сполученнями Згідно з винаходом порожнини розміщено на вертикапьних зовнішніх поверхнях опорних елементів. Завдяки розміщенню порожнин на вертикальних1 зовнішніх поверхнях опорних елементів досягається зниження контактних напружень на бічних поверхнях фундаменту за рахунок повного використання розвинених на них сил тертя та утворення рівномірного ущільнення грунту з високим рівнем тиску усіх конгактнуючйх з грунтом призматичних ділянок фундаменту. Задля плавного сприйняття деформаційних дій від основи бічні грані порожнин виконано криволінійними Задля зниження діючих сип тертя бічні грані порожнин покриті антифрикційним шаром Задля ущільнення грунту основи у приопорних та опорних ділянках на обвідних поверхнях опорних елементів між порожнинами та грунтом розміщено гнучкий розподільний шар обмеженої МІЦНОСТІ. Заявлений винахід ілюструється малюнками, де на фіг 1 зображено фундамент каркасної1 будівлі, споруди без підвалу, розріз (фрагмент), на фіг 2 - фрагмент э фіг V, на фіг 3 - перетин Б-Б 3 фіг 2. Запропонований фундамент будівлі, споруди включає опорні елементи 1, розміщені у грунті 2, які мають сполучення 3 і забезпечені порожнинами 4, виконані криволінійними з основами 5 та бічними гранями 6. Бічні грані 6 порожнин 4 складають фактичні бічні поверхні опорних елементів 1 Грані 6 утворюють ребра 7 у площині основ 5, які становлять обгинаючу поверхню опорних елементів 1. На обгинаючих вертикальних поверхнях опорних елементів 1 між фунтом 2 та пірамідальними порожнинами 4 розмістився гнучкий шар 8 Грунт 2, упроваджений у порожнини 4, контактує з бічними поверхнями опорних елементів 1 по опорних призматичних ділянках 9 бічних граней 6 порожнин 4 На поверхні опорних елементів 1 виконано антифрикційний шар 10, який розміщено на бічній поверхні фундаменту 11 Заявлений винахід реалізує себе таким чином Відносно вертикально збудованих обгинаючих площин опорних елементів 1 фундаменту 11 будівлі, споруди, діючі навантаження у звичайних інженерно-геолопчних умовах будівництва являють СОбОЮ аКТИВНИЙ біЧНИЙ ТИСК фунту ЗВОрОТНьоі засипки, діючий одночасно з усіх боків Пр'и цьому фундамент 11 знаходиться у стійкому рівноважному стані, а площі опорних призматичних ділянок 9 пропорційні за глибиною величинам ординат бічного тиску із розрахунку досягнення на контакті таких граничних опорів грунту 2. при яких витримується його статичний рівноважний стан. В умовах виявлення дій вимушених горизонтальних зміщень основи звичайні навантаження по фронтові переміщень грунту 2 трансформуються у ло. бовий пасивний тиск, а за напрямком переміщень Фунту зумовлюють бічне тертя, причому в усіх випадках прикладають до окремих опорних елементів 1 кососиметрично і за величиною значно більше звичайного активного тиску грунту 2 При цьому зростання контактного тиску на опорних призматичних ділянках 9 вище фаничних значень у статиці неможливий і також призводить до того, що грунт 2, який насувається на контакті, пластично руйнується і вільно переміщується у порожнини 4, до тих пір, поки виявляються деформаційні дії Після цього контактний тиск знижується до початкового рівня, тобто фактичні зовнішні поверхні фундаменту будівлі, споруди зумовлюють роботу конструкції' з постійним опором. З аналізу приведених формул випливає, що крім навантажуючих силових і деформаційних факторів (N, S), деякі вихідні дані з відносно незалежною свободою вибору (Н, f) і системи визначаючих геометричних коефіцієнтів (к, І, п, т ) , основні параметри (h, S, а, V, R), які визначають габарити, форму, міцність матеріалу і армування фундаменту 11 будівлі, споруди, виявляються змінними, взаємно залежними та зв'язаними величинами, що принципово відрізняє запропонований фундамент 11 від прототипу Так, для знаходження об'єма порожнин користуються такою формулою: .. 2 1 N Н [k (5 + h ) - h ] n R ( H - 6 - h ) [1+(coscc + f sin a)] R= 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 - гпибина впровадження грунту в порожнини; 5 - абсолютна величина вимушеного зміщення грунту основи у розглянутій точці, S - фактична контактна площа опорних призматичних ділянок, k - коефіцієнт запасу по контактній площі, який враховує можливі зміни розрахункових силових навантажень; f - коефіцієнт тертя між грунтом 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; a - кут, утворений обгинаючою площиною опорних елементів та дотичною площиною, що проведена до поверхні призматичних ділянок на висоті h Так, якщо у прототипі площа S задається як вихідна інформація, а обчислення R виявляється самостійною незалежною операцією, то у даному випадку кінцевий результат виявляється спільним рішенням зведених формул. Якщо у прототипі облік параметру f виявляється необов'язковим рішенням, то у даному випадку конструкція фундаменту 11 без обліку цього фактору неможлива, тобто у процесі роботи фундаменту 11 параметр f 34885 виникає автоматично відповідно до природи взаємодіючих матеріалів Глибина упровадження грунту 2 у порожнини 4п відповідає визначеній контактній площі опорних призматичних ділпнок 9 S і сталому граничному опору грунту 2 основи R, при яких спостерігається стійкий стан статичної рівноваги Слід зауважити, що для бокових площин опорних елементів 1 фундаменту 11 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" f R S 1+ cos a + sin а f 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 грунтом та опорними призматичними ділянками," a - кут, утворений обгинаючого площиною опорних елементів та дотичною площиною, що проведена до поверхні призматичних ділянок на висоті h; m - коефіцієнт переведення контактних тисків у 0 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 Криволінійність бічних граней 6 пірамідальних порожнин л необхідна для розширення можливостей регулювання площин опорних призматичних ділянок 9 ЗОВНІШНІХ площин опопних елементів 1 у різних співвідношеннях залежно від конкретних фіЗИКО-МЄХРНІЧНИХ властивостей грунтів основи Тобто зміна площин опорних призматичних ділянок 9 може йти як за ЛІНІЙНИМ, так і за будь-яким нелінійним законом, який зростає або зменшується. Антифрикційний шар 10 на бічних гранях 6 пірамідальних порожнин 4 призначений, з одного боку, для зменшення сил лобового опору, що особливо необхідно для захисту фундаментів 11, стоять окремо, або фундаментальних мурів від вимушених горизонтальних переміщень грунту 2 основи. Слід зауважити, що у аналогах запровадження антифрикційного шару 10 на лобових поверхнях опорних елементів 1 відносно напрямку горизонтальних переміщень фунту 2 ніяк не знижує лобових навантажень, які виникають у той час, як у запропонованому рішенні лобові навантаження знижуються до відомо низької межі за рахунок раціонального розкладу сил бічних граней 6 порожнин 4, завдяки їх пірамідальній (пірамідально-циліндричній) формі відповідно до коефіцієнта тертя антифрикційного шару 10, який забезпечує вільне переміщення грунту 2 у глибину порожнин 4 і віддалення його від напружених опорних призматичних ділянок 9 Роздільний гнучкий шар 8 обмеженої міцності, призначений дня забезпечення на початкових стадіях навантаження попереднього обтиснення пухкотіпого верхнього шару грунту 2 основи, для забезпечення зберігання порожнин 4 на бічних ЗОВНІШНІХ поверхнях опорних елементів 1 у період здійснення зворотньої засипки грунту 2, а також у ряді випадків для конструктивної' організації антифрикційного шару 10 У залежності від типу фундаменту 11 будівлі, споруди, діючих навантажень та вимушених величин нерівномірних деформацій грунту 2, пірамідальні порожнини 4 влаштовуються на зовнішніх вертикальних поверхнях опорних елементів 1 На вертикальних поверхнях пірамідальні порожнини 4 можуть влаштовуватись з чотирьох, двох, або з однієї сторони Крім того, пірамідапьні порожнини 4 можуть бути різної гпибини, замкненими або відкритими, розімкнутими Бічні грані 6 пірамідапьних порожнин 4 можуть мати криволінійність. яка описується згідно з будь-яким законом, можуть мати по глибині порожнин циліндричні ділянки, а поверхні бічних граней б можуть бути шорсткими, із будь-якою заданою структурою мікронерівностей або гладкими Ребра 7 бічних граней 6 у випадку їх колоципіндричної криволінійності можуть бути виродженими Основи 5 пірамідальних порожнин 4 можуть мати форми ІЗ різною кількістю сторін, які торкаються одна одної Антифрикційний шар 10 може бути виконаний у вигляді мастивних, розчинних сумішей або комплексних складів, наприклад, бітумінїзованих емалей, а також у вигляді листових або плівкових матеріалів Антифрикційний шар 10 може бути виконаний на бічних гранях 6 по всій поверхні цілком або частково Розділовий гнучкий шар 8 може бути виконаний у вигляді матеріалу, який самознищується у часі, наприклад негнилостійкий будівельний картон, або у вигляді плівкового піддатливого матеріалу низької міцності, що розтягається під впливом масиву грунту, який переміщується Розділовий гнучкий шар 8 може виконувати функцію антифрикційного шару 10 Крім цього, антифрикційний шар 10 при виготовленні опорних елементів 1 може виконувати функцію конструктивної' формотворної опалубки У початковий період возведения будівлі, споруди, тобто коли зовнішнє нормальне навантаження має мінімальне або "нульове" значення, фактична контактна ппоща S опорних призматичних ділянок 9 та глибина h упровадження грунту 2 у порожнині 4 також мінімальні, а фактичний тиск на контакті за величиною наближається до несучої властивості основи при даному ступені ущільнений грунту У процесі зведення будівлі, споруди навантаження N пропорційно зростає, а разом з цим збільшується і глибина упровадження h. і фактична контактна ппоща S опорних елементів 1. Причому фактичний тиск на контакті є при даному ступені ущільнення грунту 2 під опорними призма 34885 точними ділянками 9 параметром, близьким за величиною до граничної несучої властивості основи. На розрахункове повне навантаження N за вищезгаданими формулами геометричні параметри опорних елементів 1 фундаменту 11 будівлі, споруди підбираються таким чином, щоб прийнятому коефіцієнтові запасу К, заданого параметром h та S, відповідала гранична несуча властивість основи R. У цьому положенні всі опорні елементи 1 фундаменту 11 будівлі, споруди займають стійкий сган статичної рівноваги Тобто можливий приріст додаткових осідань (збільшення глибини впровадження п), пов'язаний з можливими коливаннями розрахункорих нормальних навантажень N, вельми незначний і знаходиться за деформаційними критеріями нерівномірностей переміщень у межах значень, дозволених за технічними та санітарними нормами-. Описаний стан характерний і для бічних поверхонь опорних елементів 1 фундаменту 11 будівлі, споруди Тут замість зовнішнього нормального навантаження є бічний тиск грунту 2 зворотньої' записки, коливання якого за величиною в конкретних зонах зовсім незначне Таким чином, і в цьому випадку пропорційно ординатам бічного тиску формуються контактні площі опорних призматичних діпянок 9, на яких з'являються контактні тиски, які наближуються до несучої властивості основи при даному ступені ущільнення фунту 2. У порівнянні з прототипом, заявлений фундамент 11 будівлі, споруди забезпечує зниження його матеріалоємності та навантаження від контактуючого грунту 2 на його поверхні. Причому зниження витрат бетону опорних елементів 1 Іде не тільки за рахунок утворення порожнин 4, а також за рахунок зниження а конструкції внутрішніх зусиль та зменшення габаритів самих елементів згідно з аналогами, тобто в межах поданого фундаменту 11 заощаджується не тільки бетон, а й арматурна сталь. Запропонований фундамент 11 відрізняється високою надійністю експлуататації усієї будівлі, споруди в критичній ситуації неперебаченого аварійного зростання силового навантаження, пояснюється самою роботою конструкцій, тобто Із збільшенням навантаження опорні площі призматичних ділянок 9 увесь час зростають, а так як при цьому об'єм порожнин 4 рано чи пізно буде цілком заповнений грунтом 2, то, напевно, що опорна площа фундаменту 11 значно зросте, а середній тиск при цьому зменшиться при досягнутому ступені ущільнення Однак після цього фундамент 11 не зможе працювати в системі самоурегулювання контактних тисків Фіг. 1 3488b Фіг. 2 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03 Фіг. З