Фундамент сейсмостойкого здания, сооружения Советский патент 1992 года по МПК E02D27/34 

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкциям зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах. Известен фундамент, вытрамбованный на необходимую глубину в грунте падающей в одной и то же место трамбовкой с последующей установкой в котловане сборного железобетонного элемента (В.И.Крутое, Ю.А.Багдасарое, И.Г.Рабинович. Фундаменты в вытрамбованных котлованах. М.Стройиздат, 1985 г., стр 3).

Недостатками фундамента являются повышенная сложность и трудоемкость производства работ, а также невысокая его сейсмостойкость, в частности, для обеспечения

снижения резонансных колебаний при сейсмических воздействиях на здания, сооружения.

Известен сейсмостойкий фундамент для зданий жесткой конструктивной схемы, включающий основные опоры (сваи), объединенные по верху ростверком с помощью шарниров и дополнительных промежуточных опор (свай), выполняющих роль упругих ограничителей колебаний. Промежуточные опоры располагаются таким образом, что между нижней частью плиты ростверка и верхом промежуточных опор предусмотрены зазоры. При попадании системы в зону резонансных колебаний возрастает амплиVJVI

4 О

VI

О

Ј

туда, и ,в работу включаются дополнительные опоры (сваи). При этом система мгновенно изменяет свою жесткость и автоматически выходит из резонансного режима. (Авт. свидетельство СССР № 540970, кп. Е 02 D 27/12; 27/34, 1976 г).

Фундамент имеет следующие недостатки:

-область применения фундамента or- v раничена слабыми грунтами, так как в прочных грунтах его использование нецелесообразно из-за невозможности погружения свай;

-повышенная трудоемкость и материалоемкость работ, так как необходимо выполнение большого количества опор и погружения их в основание.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является фундамент сейсмостойкого здания, сооружения по авт.свид. СССР № 1283296, кл. Е 02 D 27/34, 1987.

Фундамент включает заглубленные в грунт шаровые опоры и расположенную на опорах плиту, нижняя поверхность которой выполнена со сферическими выемками под шаровые опоры, причем между опорами и плитой расположены упругие прокладки,

Недостатки фундамента, принятого в качестве прототипа:

-повышенная трудоемкость производства работ, заключающаяся в необходимо-сти вытрамбовывания углублений (котлованов) под каждую шаровую опору;

-выпор грунта по контуру котлованов;

- невозможность вытрамбовывания кртдованов в прочных грунтах;

-конструкция фундамента не обеспечивает гашения резонансных сейсмических

колеб-зний.

J Целью изобретения является повышение сейсмостойкости здания, сооружения и снижение трудоемкости его возведения.

Поставленная цель достигается тем, что фундамент, включающий плиту, размещенную с частично заполненным сыпучим материалом зазором относительно поверхности грунта, опоры с криволинейной поверхностью, верхняя и нижняя части которых расположены соответственно в выемках плиты и в уплотненном грунте, и упругие прокладки между плитой и опорами, снабжен допол- нигельными опорами с криволинейной поверхностью, размещенными на поверхности грунта между основными опорами, плита выполнена из двух слоев, нижний из которых имеет меньшую прочность, чем верхний, выемки в плите расположены в пределах нижнего слоя, причем глубина размещения опор в грунте и степень уплотнения грунта под опорами равны соответственно заглублению опор и достигаемой при этом степени уплотнения грунта от осадки здания, сооружения при размещении его

опор на неуплотненном грунте, а максимальный диаметр дополнительных опор по вертикали определен из соотношения:

(h3+foc), где D - максимальный диаметр по вертикали основных опор,

ha глубина заделки основных опор в фундаментной плите;

foe расчетная осадка здания, сооруже- ния.

5 Фундаментная плита может быть выполнена из двух слоев разной прочности, нижний слой из бетона более ослабленной прочности в пределах от В 3,5 до В 10. На фиг.1 показан поперечный разрез

0 сейсмостойкого фундамента до осадки здания, сооружения; на фиг.2 - тот же разрез после стабилизации осадок.

Фундамент состоит из опор 1, установленных на грунтовом основании 2, имеющих

5 максимальный диаметр по вертикали D. В промежутках между опорами 1 расположёны дополнительные опоры 3, имеющие максимальный диаметр по вертикали d. По верху опор 1 в месте предусмотренного кон0 такта с фундаментной плитой установлены прокладки 4. Пространство между опорами 1 и 3 заполнено сыпучим материалом 5 с образованием зазора 6 между низом фундаментной плиты и верхом подсыпки. Фунда5 ментная плита выполнена двухслойной: верхний слой 7 - из прочного бетона, например из бетона класса В15-ВЗО, а нижний слой 8 - из бетона пониженной прочности, например из бетона класса В3,5-В10,

0, В качестве опор 1 и 3 могут использоваться как специально выполненные изделия, так и-природные валуны. По мере увеличения нагрузок при возведении здания, сооружения опоры 1 вдавливаются в

5 грунтовое основание 2, создавая в грунте выемки с уплотненными стенками. Опоры 1 также могут быть частично заглублены в грунтовое основание 2 проходкой по ним тяжелых механизмов, например катков,

0 тракторов и т.д.

В качестве упругих прокладок 4 используют гидроизоляционные материалы, например, наклеивают слои гидроизола или рубероида. Для повышения скольжения 5 опор 1 их поверхность покрывают соответствующими материалами, например, битумом, смоченным в соляровом масле.

Опоры 1 и 3 должны иметь следующее соотношение размеров d-D-fha+foc),

где d - максимальны диаметры по вертикали опор 1 и 3,

ha - глубина заделки опор 1;

foe - расчетная осадка здания.

Прослойка из сыпучего материала 5, на- пример, из песка после осадки здания, сооружения должна быть неуплотненной или слабо уплотненной.

Относительно слабое сейсмическое воздействие на фундамент гасится допол- нительной осадкой опор 1 в грунтовое основание 2 и упругостью прокладок 4, а также проворачиванием опор 1 в неуплотненном сыпучем материале 5. Наличие зазора 6 создает необходимый запас на дополни- тельную осадку опор 1, чтобы прослойка из сыпучего материала оставалась неуплотненной. При более значительном сейсмическом- воздействии демпфирование фундамента обеспечивается местным смя- тием бетона нижнего слоя в фундаментной плиты в местах опирания опор 1.

Опоры 3 включаются в работу при более сильном сейсмическом воздействии и выполняют роль мгновенно изменяемых свя- зей, что позволяет изменить жесткость основания и избежать явления резонанса.

Пример. Исходные данные. Сейсмичность района строительства - 9 баллов, грунты песчаные из крупного песка, подсти- лаемые гравийно-галечниковыми.

Здание 6-этажное с жесткой конструктивной схемой, сложного очертания в плане с самонесущими кирпичными стенами, для которого целесообразно снижение сейсми- ческих нагрузок.

Расчетные нагрузки на основание составляют около 1 кг/см .

Требуется определить оптимальные параметры опор из валунов и прочность бето- на нижнего слоя фундаментной плиты.

Решение. Принимаем шаг крупных валунов в шахматном порядке с интервалами 1,5 м. Расчетная нагрузка на один валун составит до 25,0 т (или 250 кн). Принимаем средний размер валуна, равный D 50см. Расчетная осадка валунов при этой нагрузке составила f0c 12-15 см, что подтверждено и опытным испытанием на данной площадке.

Принимая величину заделки верх- ней части валунов в фундаментную плиту в размере см определим ориентировочные размеры промежуточных валунов d 50cM-(10 см+15 см)-25,0 см

Определим требуемую несущую способ- ность бетона на смятие нижнего слоя фундаментной плиты в местах опирания валунов.

Площадь сминаемой части ориентировочно составит 700-900 см г(ч /, сжатие

осевое (призменная п. р о ч ность) RB Р-9°-к-г--35,7 кг/см2 45.9

700см2

кг/см , что соответствует классу бетона В 7,5.

Преимущества заявленного технического решения.

1.Предлагаемая конструкция фундамента позволяет снизить сейсмические воздействия ориентировочно на 1-2 балла.

2.Фундамент обеспечивает саморегулирование нагрузки и осадок, а, следовательно, и демпфирование вертикальной составляющей сейсмических нагрузок. При этом исключается возможность неравномерного выпора грунтов под основными опорами в отличии от прототипа, так как в заявленном решении происходит одновременное вдавливание всех опор в грунтовое основание, причем не -от кратковременной динамической нагрузки, а от длительно действующих увеличивающихся по мере возведения здания, сооружения статических нагрузок.

3.Фундамент предусматривает использование в основном естественных природных местных материалов (каменные валуны, песок и др.), обладающих значительной долговечностью.

4.Фундамент может быть использован не только в грунтах естественного залегания, но при необходимости в конкретных условиях может быть выполнено основание из необходимых грунтов искусственно.

Формула изобретения 1.. Фундамент сейсмостойкого здания, сооружения, включающий плиту, размещенную с частично заполненным сыпучим материалом зазором относительно поверхности грунта, опоры с криволинейной поверхностью, верхняя и нижняя части которых расположены соответственно в выемках плиты и уплотненном грунте, и упругие прокладки между плитой и опорами, отличающий- с я тем, что, с целью повышения сейсмостойкости здания, сооружения и снижения трудоемкости его возведения, он снабжен дополнительными опорами с криволинейной поверхностью, размещенными на поверхности грунта между основными опорами, плита выполнена из двух слоев, нижний из которых имеет меньшую прочность, чем верхний, выемки в плите расположены в пределах нижнего слоя, причем глубина размещения опор в грунте и степень уплотнения грунта под опорами равны соответственно заглублению опор и достигаемой при этом степени уплотнения грунта

от осадки здания, сооружения при размете нии его опор на неуплотненном грунте, а максимальный диаметр d по вертикали дополнительных опор определен из соотношения

(h3+foc),

где D - максимальный диаметр по вертикали основных опор;

h3 - глубина заделки основных опор в фундаментной плите,

foc расчетная осадка здания, сооружения.

2. Фундамент по п 1. о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что нижний слой фундаментной плиты выполнен из бетона класса В 3,5-В 10.

Использование: строительство зданий и сооружений в сейсмических районах, Сущность изобретения: фундамент состоит из основных и дополнительных опор, имеющих криволинейную поверхность. Основные опоры расположены в соответствующих выемках плиты и уплотненного грунта. Допол- нительные опоры размещены между основными. Диаметр дополнительных опор по вертикали определен из соотношения: (h3+foc), где D - максимальный диаметр по вертикали основных опор: пз - глубина заделки основных опор в фундаментной плите; foe - расчетная осадка здания, сооружения. Фундаментная плита выполнена из двух слоев. Нижний слой плиты выполн эн из бетона пониженной прочности, класса В 3,5-ВЮ. Зазор.между грунтом и плитой частично заполнен сыпучим материалом. Глубина размещения опор в грунте и степень уплотнения грунта под опорами равны соответственно заглублению опор и достигаемой при этом степени уплотнения грунта от осадки здания, сооружения при размещении его опор на неуплотненном грунте. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

г4 / , y// /W/////r. / / ///. /7г7/ /////////1//////V////////У/1///

/ /I / /

TSS.

I Г r 4-:v// t/SA №fP r f ШыЖ&т&Л

S. «.. g г м „J 1 - ..J- J

C;/7V /,У w Жт м- /

/ J J jJ -J

hvо. . j

А/

V

Ј

Ф в. г, 1

а

f/ /// f/////////// ///7A/ f7f

/ // /Л/////////// ////}///;

У/ / / / / /71

:У7У7 Л . v . ч 1 J хЛ w

ШШ

± /s/h/;

- г J-/

.17

4 it г. 2

Ј

б

///. /7г7/ ////У/1///

TSS.

У 7

:v//

- г J-/