ФУНДАМЕНТ Российский патент 2001 года по МПК E02D27/34 E04H9/02 

Изобретение относится к области строительства, а именно к вопросу обеспечения сейсмостойких фундаментов сооружений, создаваемых на мягких грунтах.

Известны конструктивные решения фундаментов по защите сооружений от действия сейсмических нагрузок, возникающих в условиях землетрясения. Они содержат:
1) расчетные упругие связи, заменяющие взаимодействия фундамента с грунтом основания по вертикали и горизонту /1/;
2) расчеты ширины жесткой подошвы фундаментов только на вертикальную нагрузку с дополнительной проверкой на опрокидывание под действием момента и сдвиг фундамента по поверхности основания /2, 3/ с уменьшенной шириной подошвы до двух раз.

Недостатками этих устройств и расчетов /1, 2, 3/ являются:
1. Учет только упругих связей фундамента с грунтом основания в условиях действия сейсмики.

2. Использование начальных увеличенных размеров подошвы фундамента.

3. Не учитываются фактические параметры прочности и деформации грунтов, служащих основаниями фундаментов в условиях сейсмики.

4. Недостаточная надежность монолитных с жесткой подошвой фундаментов, опирающихся на грунтовое основание в условиях сейсмики.

Наиболее близким к заявляемому является жесткий фундамент (рис. 17.9) /2/ с увеличенными размерами подошвы, представляющий одно целое, расположенное на грунте; при действии внешней нагрузки отрывается от поверхности основания на одну треть ширины подошвы и более.

Недостатки ближайшего аналога заключаются в следующем:
1) быстрая разрушаемость грунтового основания вследствие образования грунтовых призм выпора, начинающихся под краями подошвы фундамента при его колебаниях при сейсме с амплитудой A_i, частотой ω_i в течение 20-40 с;
2) возникает уменьшенная опорная на грунт площадь фундамента до двух раз /2/;
3) отсутствует защита грунтового основания от возникновения пластических деформаций - смещений грунта, начинающихся под краями подошвы фундамента в плоскости действия момента при сейсме;
4) увеличение капитальных и эксплуатационных затрат при повторяющихся землетрясениях.

Задачей изобретения являются:
1. Повышение степени защиты грунтового основания сооружений от образования под подошвой жестких фундаментов увеличивающихся пластических деформаций основания в условиях сейсмики;
2. Повышение устойчивости и эксплуатационной пригодности сооружений;
3. Снижение капитальных и эксплуатационных затрат. Поставленная задача достигается тем, что предлагается для использования фундамент, обеспечивающий сейсмостойкость зданий при многократном действии сейсмики, который представляет собой:
1) секции жестких подушек, расположенных на поверхности грунтовых оснований и 2) разделенных воздушным промежутком; 3) снабженных симметричными, относительно вертикальной оси фундамента, пазами, 4) в которые входят выступы, созданные на торцах опорной части и 5) симметрично удаленные от вертикальной оси, проходящей через точки пересечения линии действия нормальной составляющей внешней нагрузки с горизонтальной линией, и среднюю точку воздушного промежутка.

В результате создания предлагаемого сейсмостойкого фундамента: 1) обеспечивается защита, в условиях действия сейсмики, грунтового основания от образования пластических деформаций под краями жестких подушек от действия внешних нагрузок; 2) моменты от внешних сил у возникающих при сейсме, вызывают в основаниях жестких подушек практически равномерно распределенные нормальные и касательные напряжения; 3) не возникают уменьшения опорной площади жестких подушек от действующих на грунт внешних нагрузок; 4) существенно уменьшаются капитальные и эксплуатационные затраты при повторяющихся землетрясениях.

Взаимодействие (работа) сейсмостойкого фундамента заключается в следующем.

В период действия землетрясения наряду с вертикальной N_i составляющей внешней нагрузки возникают и горизонтальные сейсмические силы инерции S_i, распределенные по высоте сооружения и подвальной стенки фундамента.

Горизонтальная составляющая нагрузки вызывает момент M_i = T_i•h_i, h_i - плечо силы T_i относительно точки 8 (фиг. 1); силы T_i, вызывающие момент M_i, отмечены двумя черточками. На сейсмостойкий фундамент будут действовать: нормальная сила N_i момент M_i и горизонтальная сила T_i.

Из изложенного следует, что:
1) нормальные равномерно распределенные напряжения в грунте (основании) под подошвой жестких подушек (например, для условий плоской задачи)

где h=1 пм; A=1/2(B-b)•h;
2) касательные равномерно распределенные напряжения
τ_i =T_i±2A; (2)
3) из содержания п. п. 1) и 2) следует, что грунт в основании жестких подушек будет воспринимать практически равномерно распределенные нормальные и касательные напряжения от действия расчетных нагрузок в условиях сейсмики.

Новым в заявляемом изобретении является создание опорной на грунт части в виде отдельных жестких опорных подушек, разделенных воздушным промежутком, с симметричными пазами, в которые устанавливаются выступы, созданные на торцах опорной части сейсмостойкого фундамента.

Указанная конструкция не выявлена из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "изобретательский уровень.

На фиг. 1 показан фрагмент сейсмостойкого фундамента многократного действия, предназначенного для защиты грунтовых оснований сооружений от развития пластических деформаций, начинающихся под краями подошвы сплошных жестких, представляющих одно целое, фундаментов в условиях действия сейсмики.

Сейсмостойкий фундамент состоит из секций жестких подушек 1, расположенных на грунтовом основании 2 и разделенных по горизонту воздушным промежутком 3 между подушками 1, снабженных симметричными пазами 4, в которых расположены выступы 5, созданные на торцах опорной части 6, при этом точка 7 пересечения линии действия нормальной N_i составляющей внешней нагрузки с горизонтальной линией, проходящей через торцы выступов 5, и средняя точка 8 воздушного промежутка 3 находятся на одной вертикали, перпендикулярной к поверхности основания.

Фундамент работает следующим образом. Действие сейсмики вызывает колебания основания, фундамента сооружения. Наряду с вертикальной N_i составляющей нагрузки возникают и горизонтальные силы T_i.

На сейсмостойкий фундамент будут действовать: нормальные силы N_i, момент M_i, горизонтальные силы T_i. При этом под подошвой жестких подушек (фиг. 1) будут возникать практически равномерно распределенные нормальные и касательные напряжения от действия расчетных нагрузок.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

ЛИТЕРАТУРА
1. Елисеев О.Н., Уздин А.М. Сейсмостойкое строительство, ч. 1. С. -Петербург, 1997.

2. Ухов С.Б. и др. Механика грунтов, основания и фундаменты. Изд.АСБ.: Москва, 1994.

3. СНиП 2.02.01-83. Изд. Москва, 1983.

Изобретение относится к области строительства, а именно к обеспечению сейсмостойкости фундаментов сооружений, создаваемых на мягких грунтах. Фундамент включает опорную сплошную жесткую часть, опирающуюся на мягкий грунт. Новым в фундаменте является то, что под опорной частью размещены секции жестких подушек, опирающиеся на грунт и разделенные воздушным промежутком, снабжены симметричными относительно вертикальной оси фундамента пазами, в которые входят выступы, созданные на торцах опорной части и симметрично удаленные от вертикальной оси, проходящей через точки пересечения линии действия нормальной составляющей внешней нагрузки с горизонтальной линией, которая проходит через торцы выступов, и среднюю точку воздушного промежутка. Технический результат изобретения заключается в повышении степени защиты грунтового основания сооружений от образования под подошвой жестких фундаментов, увеличивающихся пластических деформаций основания в условиях сейсмики, в повышении устойчивости и эксплуатационной пригодности сооружений, а также в снижении капитальных и эксплуатационных затрат. 1 ил.

Фундамент, включающий опорную сплошную жесткую часть, опирающуюся на мягкий грунт, отличающийся тем, что под опорной частью размещены секции жестких подушек, опирающиеся на грунт и разделенные воздушным промежутком, снабжены симметричными относительно вертикальной оси фундамента пазами, в которые входят выступы, созданные на торцах опорной части и симметрично удаленные от вертикальной оси, проходящей через точки пересечения линии действия нормальной составляющей внешней нагрузки с горизонтальной линией, проходящей через торцы выступов, и среднюю точку воздушного промежутка.