ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ ПЛИТА ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ НЕЗАГЛУБЛЯЕМЫХ ФУНДАМЕНТОВ Российский патент 2015 года по МПК E02D27/01 

Изобретение относится к области строительства, а точнее к конструкциям незаглубляемых фундаментов и к конструкциям сборных фундаментных плит.

В настоящее время в условиях существующей плотной застройки на территориях мегаполисов, находящихся на берегах различных водоемов, новое строительство требует новых технических решений, в частности, откопка котлованов для устройства фундаментов мелкого заложения не только трудоемка, но и представляет собой опасность для существующих в непосредственной близости зданий и сооружений, поскольку грунтовые основания на таких территориях водонасыщены, а уровень грунтовых вод достаточно высок.

Устройство свайных оснований в таких условиях весьма трудоемко, кроме того, толщина напластований слабых водонасыщенных грунтов составляет 10-20 метров, что обуславливает повышенную степень опасности для существующих зданий при производстве работ.

В связи с изложенным, существует необходимость в разработке новых технических решений в области фундаментостроения и, в частности, незаглубляемых фундаментов, а также способов их возведения и в разработке отдельных узлов и деталей таких фундаментов.

Известны фундаментные плиты под колонны и стены [1]. Фундаментные плиты могут устраиваться под колонны, под стены или под сетку колонн, а также под колонны с рандбалками.

Указанные конструкции фундаментных плит применяются для устройства как для фундаментов под одиночные колонны, так и под сетку колонн и стен.

Конструкция прямоугольных плит хорошо разработана, а технология их бетонирования на строительных объектах может быть механизирована.

Такие плиты работают на изгиб в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Вместе с тем, прямоугольная в плане плита вызывает повышенный расход бетона, поскольку зоны плиты в углах по диагоналям прямоугольника являются зонами концентрации напряжений плиты при работе на изгиб и предельное состояние такой плиты характеризуется образованием линейных пластических шарниров в этих зонах [2] [3], более того, углы плиты являются зонами концентрации напряжений в грунтовом основании.

Таким образом, прямоугольная форма для фундаментных плит не является рациональной и, кроме того, сплошные прямоугольные фундаментные плиты для сетки колонн являются крайне неэкономичными, так как должны рассчитываться на значительные изгибающие моменты, возникающие в плите из-за неоднородности грунтового основания.

Следует также отметить, что прямоугольные фундаментные плиты, как правило, бетонируются непосредственно на строительной площадке, вследствие чего плиты изготавливаются из бетона естественного твердения и в процессе эксплуатации могут испытывать не только упругие деформации, но и повышенные пластические деформации под нагрузкой, что в сочетании с пластическими деформациями грунтового основания может привести к неравномерным и труднопрогнозируемым деформациям строительного сооружения в целом.

Известна также конструкция предварительно напряженного фундамента мелкого заложения [4], который может быть отнесен к незаглубляемым фундаментам и который образован фундаментной плитой, грунтовым основанием и опорной плитой, расположенной под фундаментной плитой и под грунтовым основанием на оптимальной глубине, при этом на фундаментной плите расположены домкраты, которые соединены с тягами и грунтовыми анкерами, заделанными в опорной плите и напряженными с суммарным усилием, равным или несколько большим веса возводимого сооружения, а по периметру фундаментной плиты на всю глубину до опорной плиты устроена стена в грунте для предотвращения выдавливания грунтового основания из сжимаемого объема.

Указанная конструкция фундамента может быть возведена без откопки котлована, и, помимо этого, вследствие того что при установке фундаментной плиты грунтовое основание спрессовывается с усилием, равным весу возводимого здания, какие-либо неравномерные осадки фундамента в процессе эксплуатации здания не будут происходить.

Однако предложенная конструкция фундамента представляет собой достаточно сложное сооружение, которое потребует больших затрат как при возведении, так и при производстве работ по созданию предварительного напряжения в системе «грунтовое основание - фундаментная плита».

Помимо этого, применение фундаментов такого типа в условиях пучинистых грунтовых оснований вряд ли возможно без дополнительных усовершенствований конструктивных решений.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является конструкция круглых и кольцевых фундаментных плит мелкого заложения [5].

Фундаменты указанной конструкции рациональны по своей форме, что обеспечивает равномерное распределение контактных напряжений по контуру плиты при ее нагружении, технология их устройства хорошо разработана и в настоящее время достаточно широко применяется в строительной практике, теория расчета напряженно-деформированного состояния в системе «круглая фундаментная плита - грунтовое основание» достаточно хорошо разработана [6].

Однако следует отметить, что недостатком рассматриваемой конструкции плиты является то, что она может быть применена только для восприятия одиночных сосредоточенных нагрузок (одиночные колонны, дымовые и вытяжные трубы и т.п.), соединение плит такой конструкции для организации системы опирания под сетку колонн не представляется возможным в связи с возникновением концентрации локальных напряжений по контуру плиты.

Кроме того, изготовление круглых фундаментных плит невозможно с применением гидротермальной тепловой обработки при повышенных параметрах, что будет обуславливать значительные не только упругие, но и пластические деформации плит в процессе эксплуатации.

Таким образом, в настоящее время не существует удовлетворительной конструкции железобетонной плиты, обеспечивающей экономию материалов и позволяющей устраивать незаглубляемые фундаменты как для единичных нагрузок, так и для сетки колонн, стен и рандбалок.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является экономия материала, сокращение трудозатрат как при изготовлении плит, так и при устройстве незаглубляемых фундаментов для единичных нагрузок, а также для сеток колонн, для стен и рандбалок.

Необходимо также расширить технологические возможности при изготовлении плит, в частности, плиты могут быть изготовлены при высоких параметрах тепловой обработки из бетона с минимизированной пластической деформацией.

В соответствии с поставленной задачей разработана новая конструкция изгибаемой железобетонной фундаментной плиты.

Поставленная задача достигается с помощью предложенной железобетонной плиты для возведения незаглубляемых фундаментов, которая, как и прототип, образована плоской железобетонной конструкцией.

В отличие от прототипа плоская железобетонная конструкция плиты выполнена в виде двух перекрещивающихся под углом 90° балок, а в месте соединения балок выполнены криволинейные боковые вертикальные поверхности с радиусом кривизны, равным 1,5 ширины балки, причем длина балки в четыре раза больше ее ширины, при этом ширина балки определяется в соответствии с площадью основания колонны.

На концах балок плиты установлены полушарниры для соединения плит в фундаментную систему, образованную несколькими плитами.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что благодаря выполнению железобетонной плиты в виде рациональной крестообразной формы уменьшается уровень контактных напряжений в системе «фундаментная плита - грунтовое основание», а также может быть уменьшено количество материалов. Кроме того, предлагаемая фундаментная плита может быть изготовлена в заводских условиях, при которых достигается снижение уровня пластических деформаций в бетоне.

Кроме того, выполнение плоской железобетонной конструкции плиты в виде двух перекрещивающихся под углом 90° балок, а в месте соединения выполнения балок с криволинейными боковыми вертикальными поверхностями с радиусом кривизны, равным 1,5 ширины балки, позволило увеличить момент сопротивления балки в соответствии с изгибающим моментом, и таким образом, балки являются балками равного сопротивления [7].

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена железобетонная плита для возведения незаглубляемых фундаментов в плане, на фиг.2 показана плита, вид сбоку.

Железобетонная плита для возведения незаглубляемых фундаментов состоит из балок 1 и 2, перекрещивающихся друг с другом, на концах балок установлены шарниры 3.

Железобетонная плита имеет длину балок L и ширину В. В месте соединения балок выполнены криволинейные боковые вертикальные поверхности с радиусом кривизны R, равным 1,5 ширины балки В. На фиг.2 показан вид сбоку плиты с толщиной t.

Величина L=4В, величины В, t рассчитываются в соответствии с нагрузками от устанавливаемых конструкций. Радиус R определяет конфигурацию плиты, которая снижает контактные напряжения в системе «фундаментная плита - грунтовое основание». На концах балок установлены полушарниры для соединения плит в единую систему, которая может образовать незаглубляемый фундамент под сетку колонн.

В конструкции плиты балки перекрещиваются под углом 90°, толщина балок t, и соответственно, толщина плит определяются прочностным расчетом, ширина балки В определяется в соответствии с размерами опорной площадки, устанавливаемой на плиту строительной конструкции.

В целях уменьшения контактных напряжений в системе «фундаментная плита - грунтовое основание» места соединения балок выполняются в плане с криволинейными боковыми вертикальными поверхностями с радиусом кривизны R, равным 1,5 ширины балки В.

Работа предлагаемой железобетонной плиты для возведения незаглубляемых фундаментов осуществляется следующим образом: для организации системы опирания под сетку колонн на концах балок установлены полушарниры, соединяющие плиты в единую фундаментную систему, при этом некоторые неравномерности грунтового основания в системе опирания не вызывают дополнительных изгибающих моментов, а передают только перерезывающие и сдвигающие усилия.

При значительных превышениях расчетной нагрузки на плиту в системе опирания возможно произвести локальные усиления за счет планировки и уплотнения грунтовой поверхности или за счет применения свай с распределяющей щебеночной подушкой, устроенной между оголовком сваи и нижней поверхностью плиты.

Вследствие того что предложенная железобетонная плита для возведения незаглубляемых фундаментов может иметь небольшие размеры, так как система опирания под сетку колонн может быть устроена из отдельных плит и не требуется бетонировать сплошную плиту, возможно изготавливать плиты предлагаемой конструкции в заводских условиях с использованием тепловой обработки при повышенных параметрах или с применением виброударной технологии при формовании плиты, что значительно уменьшит пластические деформации плиты при эксплуатации при длительном нагружении.

Таким образом, преимуществом предлагаемой конструкции плиты является рациональная форма, в виде перекрестных балок переменной жесткости равного сопротивления, что позволяет уменьшить контактные напряжения в системе «фундаментная плита - грунтовое основание».

Кроме того, плита может применяться как для единичных нагрузок, так и для системы опирания под сетку колонн за счет соединения отдельных плит в единую систему с помощью полушарниров, установленных на концах балок.

Вследствие относительно небольших габаритов плита может быть изготовлена в заводских условиях с использованием прогрессивных технологий, что позволяет снизить пластические деформации плиты в условиях длительного нагружения.

Источники информации

1. Б.И. Далматов и др. Основания и фундаменты, часть 2, Москва-Санкт-Петербург, 2002, с.62, рис.3.1, рис.3.2.

2. Н.С. Карпухин. Железобетонные конструкции, с.339, Гос. Изд. по строительству и архитектуре, М., 1957 г.

3. Российская Федерация, патент на изобретение №2464381, МПК: E02D 27/01, 20.10.2012 г.

4. Л.А. Коробов и др. Дымовые и вентиляционные трубы как пространственные сооружения, Москва, 2006, сс.68, 69, 70, с.155, - прототип.

5. К.Е. Егоров. К расчету деформаций оснований, Сборник статей, НИИ оснований и подземных сооружений им. Н.М. Гериванова, Москва, 2002 г.

6. Н.М. Беляев. Сопротивление материалов. М.: Гос. Изд. техн.-теор. литературы, 1951 г., сс.388-389.

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям незаглубляемых фундаментов и конструкциям сборных фундаментных плит. Железобетонная плита для возведения незаглубляемых фундаментов образована плоской железобетонной конструкцией. Плоская железобетонная конструкция плиты выполнена в виде двух перекрещивающихся под углом 90° балок, а в месте соединения балок выполнены криволинейные боковые вертикальные поверхности с радиусом кривизны, равным 1,5 ширины балки. Длина балки в четыре раза больше ее ширины, при этом ширина балки определяется в соответствии с площадью основания колонны. Технический результат состоит в уменьшении контактных напряжений в системе фундаментная плита - грунтовое основание, снижении материалоемкости и трудоемкости. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Железобетонная плита для возведения незаглубляемых фундаментов, образованная плоской железобетонной конструкцией, отличающаяся тем, что плоская железобетонная конструкция плиты выполнена в виде двух перекрещивающихся под углом 90° балок, а в месте соединения балок выполнены криволинейные боковые вертикальные поверхности с радиусом кривизны, равным 1,5 ширины балки, причем длина балки в четыре раза больше ее ширины, при этом ширина балки определяется в соответствии с площадью основания колонны.

2. Железобетонная плита для возведения незаглубляемых фундаментов по п.1, отличающаяся тем, что на концах балок плиты установлены шарниры для соединения плит в фундаментную систему, образованную несколькими плитами.