ФУНДАМЕНТ С КРУГЛОЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПОДОШВОЙ
BASEMENT WITH A ROUND-CYLINDRICAL SOLE

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкциям жестких ленточных и круглых фундаментов промышленных и жилых зданий и сооружений.
Известен патент №2472898, фундамент с комбинированной подготовкой, E02D 27/00, 2011 г. Фундамент состоит из железобетонного элемента с плоской подошвой и комбинированной промежуточной подготовки переменной жесткости, которая включает бетонные плиты и песок. При использовании двух бетонных плит с разными геометрическими размерами в плане, выполненных в сжатой зоне, контактные напряжения увеличиваются под центральной частью фундаментного блока и уменьшаются под консолями фундамента. Предлагаемая конструкция фундамента создает более благоприятные условия, то есть уменьшает величину максимальных контактных напряжений и деформацию грунта основания. К недостаткам данного фундамента можно отнести неполную меру использования несущей способности фундамента и нельзя аналитически определить закономерности изменения контактных напряжений при разных формах подошвы фундаментов. Известен «Вестник Белорусско-Российского университета», 2011 г., №4, с. 138-143 М.С. Грицук, Ryszard Hulboj, A.M. Грицук. Рациональные расчетные схемы грунтовых оснований для устройства сборных и монолитных ленточных фундаментов. Повысить несущую способность грунта, чем под плитами с плоской подошвой, предлагается использованием типовых плит на грунтовых основаниях рациональной формы. Грунтовые основания из крупного или гравелистого песка по ширине фундамента в виде параболы или трапеции. В этом случае распределение реактивного давления по центру будет максимальным, по кромке меньше или равно нулю. Формы грунтового основания в виде парабол и трапеций точно не определены, которых может быть большое множество. Форма грунтового основания может меняться в процессе увеличения нагрузки. Главным недостатком приведенного предложения является то, что нельзя аналитически определить закономерность распределения контактных напряжений по подошве фундамента указанных форм и, следовательно, прогнозировать несущую способность и осадку фундамента.
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату является патент на полезную модель №150469 «Фундамент для малоэтажных зданий на антипросадочной подушке» E02D 27/01. 2014 г. Конструкция фундамента включает ленточный фундамент, железобетонную плиту (подошву) и песчаную подсыпку, расположенную между основанием ленточного фундамента и железобетонной плитой. Для исключения проникновения воды под фундамент он снабжен дренами. Плоская подошва фундамента приводит к тому, что контактные напряжения по подошве в угловых точках имеет бесконечные значения. Это и не позволяет повысить несущую способность фундамента при передаче нагрузки и уменьшить его осадку.
1
1
1
1
2
2
2
Решаемая техническая задача - повышение несущей способности, снижение осадки и стоимости строительства ленточного фундамента - достигается тем, что ленточный фундамент и подошва выполнены воедино, при этом подошва выполнена круглоцилиндрической формы в поперечном сечении, где радиус подошвы R для ленточного фундамента определяется выражением R=2b+h, где 2b - ширина подошвы, h - высота сегмента подошвы. По назначению эта круглоцилиндрическая форма подошвы применима также для круглого фундамента, где радиус подошвы R=2r+h,где 2r - ширина подошвы круглого фундамента, h - высота сегмента подошвы.
На фиг. 1 представлена схема ленточного фундамента с круглой цилиндрической подошвой; на фиг. 2 - схема круглого фундамента с круглоцилиндрической подошвой.
1
1
1
1
2
2
2
Монолитный ленточный фундамент и круглоцилиндрическая подошва 2 выполнены воедино (Фиг. 1 и 2), где 1 - стена, 2 - сегмент подошвы, 3 - песчаная подсыпка. Радиус круглоцилиндрической подошвы R для ленточного фундамента определяется выражением R=2b+h, где 2b - ширина подошвы, h - высота сегмента подошвы. Фундамент устанавливается на песчаную подготовку 3. Для круглого фундамента радиус R=2r+h, где 2r - ширина подошвы круглого фундамента, h - высота сегмента подошвы (Фиг. 2). Для определения работы предлагаемого фундамента с круглоцилиндрической подошвой определим контактные напряжения подошвы фундамента.
В соответствии с решением классических задач механики контактного взаимодействия [1. Лукьянова А.Н. Моделирование контактного взаимодействия деталей. Самара. 2012, 71 с.; 2. Пилягин А.В. Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений. Учебное пособие, М., АСВ, 2017. - 399 с.] распределение давления по подошве фундаментов описываются выражениями:
для фундамента круглой формы
для ленточного фундамента
Анализ формул (1, 2) показывает, что контактные напряжения в краевых точках при r=R и x=b как для ленточного, так и для фундаментов круглой формы равны нулю.
Значение вертикальных напряжений по оси ленточного жесткого фундамента при круглоцилиндрической поверхности его подошвы можно вычислить по формуле
z
Значение напряжение σ по центральной оси круглого фундамента с круглоцилиндрической подошвой можно вычислить интегрированием
z
ср
при z=0, σ=σ/2.
Значения вертикальных напряжений для центральной оси ленточного и круглого фундамента в случае плоской подошвой и круглоцилиндрической приведены в табл. 1, 2.
Выполненный анализ указывает на отсутствие бесконечно больших контактных напряжений по подошве фундаментов предлагаемой формы.
Кроме того, значение вертикальных напряжений при круглоцилиндрической поверхности фундаментов существенно меньше, чем для фундаментов с плоской подошвой, что ведет к снижению осадок, стоимости строительства и повышению нагрузки на фундамент. Это позволяет, например, построить дополнительный этаж здания.