ФУНДАМЕНТ ЗДАНИЯ, СООРУЖЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК E02D27/00 

Широкое распространение монолитного домостроения предоставляет возможность возводить здания с усложненной конфигурацией в плане и разнообразными объемно-планировочными решениями. Такие конструктивные системы требуют применения фундаментов повышенной надежности и с более высокими технико-экономическими показателями (фиг.1 а), б), в)). Предлагаемая конструкция фундамента здания, сооружения соответствует этому. Она состоит из конструктивных элементов в виде определенного набора ребер жесткости 6 (фиг.2), тяг 7, опор 9 и отличается от известных фундаментов тем, что опоры 9, представленные отдельными элементами, составлены в общую площадную пространственную конструкцию, размещенную относительно ребер жесткости на расчетной глубине так, чтобы тяги из ребер жесткости поднимались вверх и образовывали поверх опор несущую сеть (фиг.4, 6). Графически суть изобретения отражена на фиг.2 в схеме сопряжения элементов 7 и 9. На грунт опирается сеть (тяги 7, укладываемые в заданном каком-либо перекрестном порядке) из высокопрочного материала через посредство опорных элементов 9, располагаемых в узлах. Опорный элемент напоминает своеобразную «шпалу» под рельсом-тягой. Шпалы могут быть расположены впритык друг к другу или на некотором расстоянии. Сплошного неразрывного контакта опорной поверхности фундамента с грунтом как это осуществляется в техническом решении (Патент RU 2223368 [1]) авторов Мышкина А.П. и Пронозина Я.А. не требуется, а поскольку между опорными элементами 9 образуются технологические швы, то и отпадают требования по трещиностойкости.

На фигурах 4-8 отражен один из вариантов локального расположения тяг при шаге несущей ячейки 6 метров × 6 метров, но возможна ячейка 3×3 метра и 1.5×1.5 метра, а также более частый шаг расположения тяг.

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности системы «основание-фундамент-здание» достигается многократным запасом прочности описываемой конструкции за счет применения высокопрочных материалов и эффективного их использования, что (в совокупности с регулируемыми подкладками под фундамент [2]) позволяет реализовать техническое решение фундамента при минимизации материалоемкости по сравнению с традиционными решениями.

Технология производства работ по возведению предлагаемой конструкции фундамента проста - в высокопрочную «сеть» из тяг 7 (фиг.2), укладываемую на локально расположенные опорные элементы 9 по фигурно (фиг.3) обработанной поверхности грунта упираются колонны 5 через ребра жесткости 6 и все это бетонируется в одну пространственную конструкцию (фиг.2).

Площадного типа фундаменты зданий различаются множеством конструктивных решений. Наиболее частое применение имеют монолитные плоские плитные фундаменты в виде большеразмерной конструкции под все здание или на его локальных участках в виде отдельно стоящих или перекрестных лент.

Известно, что плоские плиты по сравнению с ребристыми, хотя и имеют повышенный расход бетона (до 20%) и стали (до 15-25%), позволяют вести работы по возведению фундамента индустриальными методами, значительно сокращая построечную трудоемкость, уменьшая объем опалубочных работ (практически не требуют опалубки), значительно упрощают арматурные работы.

Предлагаемое техническое решение больше предрасположено к возведению индустриальными методами (чем плоские плиты), не теряя при этом прочностных и деформационных свойств, но способ производства работ излагается автором в другой заявке на регистрацию изобретения.

Рассматриваемая конструкция фундамента во многом напоминает конструкцию воздушного парашюта, но в отличие от него «земляной парашют» в общем случае не имеет куполообразной тонкой оболочки, а обладает скорее «рыбацкой сетью с поплавками» («поплавок», «шпала» - бетонная, металлическая или металлобетонная подкладка под узлом или несколькими узлами несущей металлической, металлопластиковой сети) (фиг.2). Сходство со вторым сравнением тем более становится очевидным, когда приходится отмечать, что «подъемная сила земляного парашюта» возрастает по мере вдавливания его в грунт (чего не происходит с обычным «воздушным» парашютом), более того сплошного купола для «земляного парашюта» не требуется. «Поплавки», расположенные на некотором расстоянии друг от друга, обжимая грунт, создают уплотненную грунтовую сферу, которая и выполняет функцию несущей оболочки. Минимальная толщина ребер жесткости не позволяет их рассматривать как ленточный фундамент с перекрещивающимися лентами. Нижняя грань фундамента вдавливается в грунт, достигая уровней напряжения, сопоставимых с «пластическими деформациями» [3]. Максимальные напряжения на практике (в теории ∞, а на практике R_пр - смотри авторское свидетельство) стабилизируются на фиксированном значении, распространяются и распределяются на всю нижнюю опорную контактную поверхность ребер жесткости 6.

Возможность прогрессирующих обрушений при чрезвычайных ситуациях для такого типа фундамента минимизирована за счет многократной статической неопределимости системы и отсутствия локальных ключевых элементов системы (как, например, просадка одной сваи, способная повлечь катастрофические последствия.) «основание-фундамент-здание» (как, например, просадка одной сваи, способная повлечь катастрофические последствия). Весь фундамент рассматривается как единый совместно деформируемый с допущением многократного запаса прочности, включением в работу ближайших элементов при случайном отключении какого-либо. Рассматриваемая система инерционна и не реагирует на резкие локальные изменения, например, грунтовых условий. «Сетка» остается работоспособной при обрыве, выключении из работы даже не одной, а нескольких из часто расположенных рабочих «ячеек». Повышение надежности работы системы осуществляется также регулировкой осадок колонн фундамента - вне зависимости от осадок колонны остаются на одном уровне [2].

Технология производства работ включает несколько этапов:

1 - на выбранной строительной площадке подготавливаются в грунте перекрестные узкие траншеи на глубину, достаточную для организации укладки несущей сетки в проектное положение (фиг.3). В траншеях устанавливается армирование - арматурные каркасы;

2 - грунт укладывается с уплотнением в ячейки между подготовленными траншеями для обеспечения сферической поверхности в ячейке;

3 - укладка железобетонных или металлических опорных элементов, «шпал» под узлы накладываемой сверху несущей сетки тяг;

4 - замоноличивание конструкции фундамента в два этапа:

первый этап по траншеям - ребра жесткости; второй этап - поверх «шпал».

Возможна просто фигурная подготовка поверхности строительной площадки, раскладка «шпал», сети из высокопрочного материала (металл, металлопластик, графитовые и иные высокопрочные материалы) с последующей установкой колонн и бетонированием.

Источники информации

1. Патент RU 2223368 С2. Фундамент. Изобретатель: Мышкин А.П., Пронозин Я.А. Заявитель и патентообладатель: Тюменская государственная архитектурно-строительная академия.

2. Заявка на получение патента по предполагаемому изобретению 2005104481/03(005788) «ПОДКЛАДКА ПОД ФУНДАМЕНТ». Автор Кармадонов С.В.

3. Авторское свидетельство № 1362103 «Фундамент здания, сооружения на вечномерзлых грунтах», авторы: Полещук В.Л., Елгин Б.Б., Пичуев В.В., Кармадонов С.В., 1987 г.

Изобретение относится к строительству монолитных зданий и сооружений с усложненной конфигурацией в плане. Фундамент здания, сооружения включает ребра жесткости, тяги, опоры. Опоры, представленные отдельными элементами, составлены в общую площадную пространственную конструкцию, размещенную относительно ребер жесткости на расчетной глубине так, чтобы тяги из ребер жесткости поднимались вверх и образовывали поверх опор несущую сеть. Технический результат состоит в повышении эксплуатационной надежности, снижении материалоемкости. 8 ил.

Фундамент здания, сооружения, включающий ребра жесткости, тяги, опоры, отличающийся тем, что опоры, представленные отдельными элементами, составлены в общую площадную пространственную конструкцию, размещенную относительно ребер жесткости на расчетной глубине так, чтобы тяги из ребер жесткости поднимались вверх и образовывали поверх опор несущую сеть.