УЗЕЛ СОПРЯЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТА И КОЛОННЫ Российский патент 2003 года по МПК E02D27/00 E04B1/38 

Изобретение относится к строительству зданий на просадочных грунтах и подрабатываемых территориях. В этих случаях основной причиной наступления предельного состояния конструкций является неравномерная осадка фундаментов и всего каркаса здания, исключающая его нормальную эксплуатацию.

Известен способ рихтовки каркаса здания, размещенного на просадочных грунтах, посредством рычагов и силовых домкратов [1]. Указанный способ является наиболее близким к изобретению.

Недостаток известного способа состоит в том, что для реализации технологического процесса рихтовки фундаментов и колонн каркаса необходимо изготавливать мощные силовые рычаги и выполнить значительный объем монтажных работ для сопряжения конца рычага с колонной, осадку которой необходимо ликвидировать. Второй недостаток - трудность применения способа рихтовки каркаса при выполнении колонн железобетонными.

Задачей настоящего изобретения является снижение трудоемкости рихтовки фундаментов и колонн каркаса до минимума.

Задача решается за счет того, что в узле сопряжения фундамента и колонны, включающем фундамент, двухветвевую колонну и анкерные болты, жестко соединяющие колонну с фундаментом, согласно изобретению, что фундамент выполнен из трех элементов: наружного - обоймы и внутренних поршней, вложенных в обойму с зазором Г по контуру, причем полость обоймы под поршнями заполнена щебнем или песком, при этом анкерные болты размещены на обойме симметрично, каждая из ветвей колонны снабжена двухконсольной анкерной балкой, опирающейся средней частью на поршень фундамента, а консоль каждой анкерной балки выступает за грань поршня, надета на анкерный болт, опирается на его нижнюю опорную гайку, далее через стержень болта на обойму фундамента и закреплена сверху гайкой.

Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью существенных признаков, состоит в том, что перемещение происходит плавно без рывков в течение нескольких дней вследствие сжатия грунтового основания под поршнем, причем скорость осадки легко регулируется соотношением площадей сечений поршня и обоймы, выравнивание осадки всех фундаментов происходит автоматически при действии массы здания, поэтому нулевую отметку здания необходимо назначить с учетом ожидаемой осадки здания, ускорение осадки колонн достигается вымыванием песчаной засыпки из-под поршня фундамента подаваемой под поршень водой под давлением.

На фиг.1 показан узел сопряжения фундамента и колонны в разрезе; на фиг. 2 - вид А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - расчетная схема узла сопряжения фундамента и колонны (для примера конкретной реализации). Фундамент состоит из обоймы 1 и поршней 2. Полость обоймы заполнена песком, щебнем или шлаком 3 и т.п. В обойме 1 замоноличены анкерные трубы 4, работающие как на растяжение, так и на сжатие. К верхнему торцу анкерной трубы 4 приварена гайка 5. В последнюю ввернут анкерный болт 6, снабженный опорной рихтующей гайкой 7. Эта же гайка 7 обеспечивает работу анкерных болтов 6 на сжатие. Гайка 8 анкерного болта 6 обеспечивает его работу на растяжение. Фундамент предназначен для опирания на него, например, двухветвевой колонны 9, каждая из ветвей которой снабжена анкерной двухконсольной балкой 10. Каждая из балок 10 опирается средней своей частью на поршень 2 фундамента, а каждая из консолей опирается на опорные гайки 7 и далее через анкерные болты 6, работающие на сжатие как сваи, на обойму 1. Каждая из консолей фиксируется анкерным болтом 6 и гайками 7 снизу. Трубки 11 предназначены для подачи воды под напором под поршень и вымывания наполнителя из-под него. Столики 12 (железобетонные или стальные) устанавливаются дополнительно после выравнивания осадки каждого из фундаментов.

Работает узел следующим образом. При неравномерной осадке фундаментов и колонн выравнивание осадок Δ каждой из колонн производится посредством сообщения отставшей в осадке колонне дополнительной осадки Δ, определенной геодезической съемкой. Для этого нижние опорные гайки 7 навинчивают на анкерные болты 6 на величину дополнительной осадки Δ. Этим самым обойма 1 фундамента разгружается, а поршень 2 догружается. Давление поршня 2 на грунтовое основание увеличивается до критического, поршень 2 осаживается вниз, уплотняя грунт и скользя по стенкам обоймы 1, а консоли балок 10 скользят по анкерным болтам. Осадка поршня 2 происходит на величину Δ до тех пор, пока консоли балок 10 не упрутся в опорные гайки 7. В этот момент в работу включается обойма 1 фундамента. Усилия между поршнем и обоймой перераспределяются и напряжения в грунте выравниваются по всей площади подошвы фундамента как поршня, так и обоймы. Осадка колонны автоматически останавливается на проектной отметке. Рихтовка фундаментов и колонн каркаса производится периодически, например, раз в год.

Экономический эффект достигнут уменьшением трудоемкости рихтовки до минимума и использованием для рихтовки массы здания.

Пример конкретной реализации рихтовки фундамента и колонн каркаса здания.

Эффективность разработанного устройства и способа рихтовки покажем на примере, приведенном в учебнике под редакцией проф. Беленя Е.И. [2, с. 363]. Максимальное расчетное сжимающее усилие в колонне N_max=2108 кН=21080 гH (100%), минимальное усилие N_min=576 кН=5760 гН (27,3%). Поршень фундамента должен передавать на грунтовое основание Nmm ⁼ 5760 гН (57,6 тс).

Фундамент рассчитаем на нормативные силы [2, c. 300]: q^p/q^н=1,59/1,34= 1,19
N_mах ^H=21080/1,19=17765,5 гН;
N_min ^H=5760/1,19=4854,3 гH.

Пусть здание построено на просадочных лессовидных суглинках, залегающих на глубину 10 м от поверхности земли. Передаваемая на грунт равномерно-распределенная нагрузка P_соор=0,25 МПа=2,5 кгс/см².

Площадь подошвы всего фундамента:
A=N_max/P_coop=17765,5 гН/0,25 гН/см²=70902 см² (100%)
Примем фундамент 400•180=72000 см².

Напряжения под подошвой фундамента:
P_соор.ф=17765,5/72000=0,247 МПа.

Площадь подошвы двух поршней:
2A_пор=N_min/P_соор.ф=5760/0,247=23344 см²; A_пор=23344/2=11672 см²
Примем каждый из поршней квадратным в сечении. Тогда сторона квадрата равна:

Примем поршень 120-100 = 12000 см².

Лессовидные грунты залегают до глубины 10,0 м и подстилаются водоупорными глинами. Уровень грунтовых вод находится на глубине 9,0 м.

После подтопления уровень грунтовых вод поднялся на 3,0 м, то есть поднялся до глубины 6,0 м.

Предполагается, что распределение влажности в толще лессовидных суглинков выше уровня грунтовых вод остается прежним, то есть 5% у поверхности земли и равномерно нарастая вблизи уровня грунтовых вод составит 29%. Необходимо определить полную осадку фундамента.

Решение.

Производим разбивку толщи основания на расчетные слои.

Мощности слоев назначим по 1,0 м.

Увеличение влажности:

Влажность середины каждого слоя.

для слоя 1 h₁=2+0,5=2,5 м,
W₁ = W_H+h₁•ΔW = 5+2,5-3 = 12,5%;
для слоя 2 h₂=2+1+0,5=3,5 м,
W₂=5+3,5-3=15,5%;
для слоя 3 h₃=2+1+1+0,5=4,5 м,
W₃=5+4,5-3=18,5%;
для слоя 4 h₄=2+1+1+1+0,5=5,5 м,
W₄=5+5,5-3=21,5%;
для слоя 5 h₅=2+1+1+1+1+0,5=6,5 м,
W₅=5+6,5-3=24,5%.

Природная влажность лессовидного суглинка:
γw = 1,5 т/м³.
Приращение влажности после подпора грунтовых вод:

для слоя 1 h₁=2,5 м,
W₁=5+2,5-4 15% и т.д.

Для середины слоя 7 природное давление составляет:


Для 8^го слоя Р_z=0,066 МПа<0,2-p_пр=0,2•0,165=0,033 МПа.

Но поскольку ниже уровня грунтовых вод лессовидные суглинки не обладают просадочностью, то активная толща ограничивается глубиной залегания уровня грунтовых вод.

Определяем модуль осадки и просадки для каждого слоя по компрессионным кривым [3 , с. 234, рис. 107],


P_пр=1,5(2+0,5)=3,75 тс/см²=0,375 МПа.

Результаты представлены в табл.1 и 2.

Таким образом, следует ожидать осадку фундаментов стальных колонн до 480 мм. Для увеличения осадки отстающих в осадке фундаментов поступаем следующим образом:
- замеряем осадку всех фундаментов;
- в летнее время и при отсутствии временной нагрузки передаем всю опорную реакцию колонны на поршень фундамента. Для этого осаживаем опорные гайки на анкерных болтах на величину дополнительной осадки колонны Δдоп.

- загружаем два крана максимальным грузом и размещаем их над колонной, осадку которой хотим увеличить. Напряжения в грунте на отметке подошвы фундамента под поршнем возрастают в 3...4 раза достигают критических и колонна в течение некоторого времени осаживается. Осадка продолжается до тех пор, пока зазор между низом базы колонны и опорными гайками не закроется.

Литература
1. RU 2139390 C1, Е 02 D 35/00, 10.10.1999.

2. Беленя Е.И. и др. Металлические конструкции. М.: Стройиздат, 1986-560 с.

3. Котов М.Ф. Механика грунтов в примерах. Высшая школа, М., 1968./Под ред. Н.Н. Маслова.

Изобретение относится к строительству зданий на просадочных грунтах и подрабатываемых территориях. Узел сопряжения фундамента и колонны включает фундамент, двухветвевую колонну и анкерные болты, жестко соединяющие колонну с фундаментом. Новым является то, что фундамент выполнен из трех элементов: обоймы и двух поршней, вложенных в обойму с зазором δ по контуру, причем полость обоймы под поршнями заполнена щебнем или песком, при этом анкерные болты размещены на обойме симметрично, каждая из ветвей колонны снабжена двухконсольной анкерной балкой, опирающейся средней частью на поршень фундамента, а консоль каждой анкерной балки выступает за грань поршня, надета на анкерный болт, опирается на его нижнюю опорную гайку, далее через стержень болта на обойму фундамента и закреплена сверху гайкой. Технический результат заключается в том, что перемещение происходит плавно без рывков в течение нескольких дней вследствие сжатия грунтового основания под поршнем, причем скорость осадки легко регулируется соотношением площадей сечений поршня и обоймы, выравнивание осадки всех фундаментов происходит автоматически при действии массы здания, поэтому нулевую отметку здания необходимо назначить с учетом ожидаемой осадки здания, ускорение осадки колонн достигается вымыванием песчаной засыпки из-под поршня фундамента подаваемой под поршень водой под давлением. 2 табл., 4 ил.

Узел сопряжения фундамента и колонны, включающий фундамент, двухветвевую колонну и анкерные болты, жестко соединяющие колонну с фундаментом, отличающийся тем, что фундамент выполнен из трех элементов: обоймы и двух поршней, вложенных в обойму с зазором δ по контуру, причем полость обоймы под поршнями заполнена щебнем или песком, при этом анкерные болты размещены на обойме симметрично, каждая из ветвей колонны снабжена двухконсольной анкерной балкой, опирающейся средней частью на поршень фундамента, а консоль каждой анкерной балки выступает за грань поршня, надета на анкерный болт, опирается на его нижнюю опорную гайку, далее через стержень болта на обойму фундамента и закреплена сверху гайкой.