МНОГОЭТАЖНОЕ ЗДАНИЕ И СПОСОБ ЕГО ВОЗВЕДЕНИЯ НА СКЛОНЕ ИЛИ ОБРЫВЕ
MULTI-STORIED BUILDING AND METHOD OF ERECTION ON SLOPES OR CLIFFS

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкции многоэтажного здания и способу его возведения на склоне или обрыве, и может быть использовано при освоении склонов, в том числе крутых, или обрывов, в том числе береговых, на которых планируется возведение многоэтажных монолитных и сборно-монолитных зданий, в том числе в зонах с сейсмичностью более 6 баллов.
По результатам проведенных патентных исследований в области строительства многоэтажных зданий видно, что проблема возведения многоэтажных зданий на склонах, в том числе на крутых склонах, или обрывах является актуальной и недостаточно решенной не только в России, на и за рубежом.
Известно здание террасного типа, возводимое на склонах по авторскому свидетельству №1359426, кл. Е04H 9/02, публ. 15.12.87, бюл. №46, которое включает фундаменты, несущие конструкции в виде сплошных арок-стенок с выступами, установленные наклонно в вертикальной плоскости, и конструкции этажей, причем нижние фундаменты размещены на отметке подошвы склона наклонно в сторону склона, верхние фундаменты размещены вертикально у верхней отметки склона.
Недостатком известного аналога является его ограниченные технологические возможности, так как, во-первых, передача арочными системами сосредоточенных нагрузок от веса всего здания осуществляется на относительно небольшие опорные плоскости, во-вторых, известным способом не представляется возможным укрепить и использовать средний участок склона между верхними и нижними фундаментами.
Известно многоэтажное здание, сооружение, возводимое на склонах, по авторскому свидетельству №1636559, кл. Е04Н 1/00, публ. 23.03.91, бюл. №11, которое содержит каркас из блоков, размещенных по склону на расстоянии друг от друга и соединенных между собой посредством связей. При возведении здания удаляют на планируемом откосе растительный слой, возводят упорные конструкции, заглубленные в коренные породы, производят монтаж решеток, конструкций каркаса нижних блоков, после чего ведутся работы по возведению связей, объединяющих все блоки в пространственную структуру.
Однако данным аналогом здание возводится сборкой каркаса из блоков без применения элементов инженерной защиты от опасных склоновых процессов, что не позволяет возводить его на крутых склонах, подверженных оползневым процессам.
Известно здание и способ его возведения по заявке №2003125805, кл. Е04В 1/34, публ. 2005.03.10, в котором здание содержит фундамент, несущую строительную конструкцию, установленную на фундаменте, шарнирные элементы крепления, гибкие вертикальные тяги, которые закреплены своими верхними концами в верхней части несущей строительной конструкции и проходят через все этажи здания, а способ характеризуется тем, что собирают полностью конструкцию этажа, начиная с верхнего, внизу и поднимают в собранном виде на уровень его проектного положения посредством вращения опорных гаек, на которые этот этаж оперт, в процессе поднятия этажа гибкие вертикальные тяги пропускают через этот этаж, который по завершении его поднятия на уровень его проектного положения шарнирно соединяют с несущей строительной конструкцией посредством шарнирных элементов.
Недостатком известного аналога является невозможность использования конструкции здания для стабилизации грунтов откоса против разуплотнения, особенно в условиях влажного климата с частыми обильными дождями, при наличии грунтовых вод, а также для освоения крутых склонов и обрывов, подверженных оползневым процессам, что в целом ограничивает технологические возможности здания и способа его возведения.
Наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков, как конструктивных, так и технологических, и достигаемому техническому результату, является здание по авторскому свидетельству №1454941, кл. Е04Н 1/00, публ. 30.01.80., бюл. №4, которое включает фундаменты, несущие стены с антисейсмическими поясами, жесткие диски перекрытий, Г-образные жесткие стержневые элементы, вертикальная часть которых в виде свай заанкерена в грунте, горизонтальная часть жестко соединена с антисейсмическими поясами, а способ характеризуется тем, что Г-образные элементы, в виде свай, устанавливаются снаружи здания у трех его наружных стен со стороны склона и само здание выполнено ступенчатым в направлении склона.
Сходными признаками с заявляемым техническим решением, в части конструктивных элементов, является наличие фундамента, несущих стен, плит перекрытий, свай, а в части способа возведения характеризуется тем, что этажи здания воздвигаются ступенчато в направлении склона снизу вверх.
Однако ближайшим аналогом невозможно осуществить возведение многоэтажного здания на крутых склонах или обрывах, подверженных воздействию опасных геологических склоновых процессов (оползней, обвалов, осыпей), так как конструкции фундаментов и несущих стен известного здания технологически не надежны для защиты от опасных склоновых процессов, ограничена величина анкерующего эффекта свай Г-образных элементов, расположенных с трех сторон здания и за его пределами, кроме того, в полезном объеме здания отсутствуют призматические пространства, примыкающие к грунту основания склона (обрыва), а также отсутствует возможность механизировать работы по установке свай.
Технической задачей предлагаемого к патентованию изобретения является устранение указанных недостатков, а также повышение надежности работы здания, возводимого на крутых склонах и обрывах, при воздействии на него опасных склоновых процессов и сейсмических нагрузок с обеспечением устойчивости всего склона или обрыва, увеличение полезного объема здания и расширение его технологических возможностей, обеспечение полной механизации работ при строительстве.
Задача решается новой совокупностью существенных признаков, позволяющих получить новый полезный технический результат за счет того, что в здании, включающем фундамент, несущие стены, плиты перекрытий и сваи, новым является то, что на склоне или обрыве выполнены террасы, к откосам которых установлены жестко соединенные между собой фундаментные горизонтальные железобетонные плиты и несущие стены, при этом последние выполнены подпорными на высоту каждого этажа здания и являются составной частью фундамента. Фундамент выполнен многоярусным, ступенчатым, встроенным в склон или обрыв и состоит на каждом этаже здания из свайного основания, образованного одним или несколькими рядами свай, установленных на горизонтальной части террасы, фундаментной горизонтальной железобетонной плиты и подпорной стены, установленных на свайном основании таким образом, что образуют цельную железобетонную конструкцию в виде яруса фундамента каждого этажа здания, верхние части подпорных стен каждого нижележащего яруса фундамента жестко соединены с фундаментными горизонтальными железобетонными плитами каждого вышележащего яруса фундамента в местах пересечения их осей и в целом образуют единую многоярусную ступенчатую конструкцию монолитного фундамента всего здания, в котором ширина фундаментных горизонтальных железобетонных плит и, соответственно, расстояние между подпорными стенами вышележащего и нижележащего ярусов фундамента в горизонтальной проекции выполнены одинаковыми или переменными в зависимости от формы склона или обрыва. На фундаментные горизонтальные железобетонные плиты каждого яруса фундамента на одной оси с подпорными стенами нижележащего яруса фундамента или с некоторым отступлением от этой оси в сторону склона или обрыва установлены продольные несущие стены или колонны каркаса, сверху на подпорные стены одной стороной и на несущие продольные стены или колонны каркаса другой стороной установлены железобетонные плиты перекрытий, которые жестко соединены с ними и являются продолжением фундаментных горизонтальных железобетонных плит на каждом этаже. Железобетонные плиты перекрытий на каждом этаже, кроме первого, имеют длину пролета, равную сумме расстояний в горизонтальной проекции между подпорными стенами не менее двух нижележащих ярусов фундамента с возможностью создания единого замкнутого полезного объема здания фундамента всего здания.
В способе возведения многоэтажного здания, включающем ступенчатое возведение снизу вверх надземной части здания, сначала осуществляют возведение подземной части здания с верхней части склона или обрыва, при этом разрабатывают грунт и выполняют в нем террасы, устанавливают сваи для образования свайного основания, с постепенным переходом в направлении сверху вниз по склону или обрыву по мере формирования свайных оснований, а после завершения формирования свайного основания в нижней части склона или обрыва начинают возведение его надземной части снизу вверх, при этом на каждом свайном основании, начиная со свайного основания первого яруса, устанавливают фундаментную горизонтальную железобетонную плиту и подпорную стену, вплотную примыкающие к откосу террасы и вдоль нее, которые жестко соединяют друг с другом в местах пересечения их осей и образуют цельную конструкцию в виде яруса фундамента каждого этажа, при этом подпорную стену каждого нижележащего яруса фундамента жестко соединяют с фундаментной горизонтальной железобетонной плитой каждого вышележащего яруса фундамента в точке пересечения их осей, а по завершении формирования самого верхнего яруса фундамента образуют единую многоярусную ступенчатую конструкцию монолитного фундамента всего здания, встроенного в склон или обрыв, затем на фундаментные горизонтальные железобетонные плиты каждого яруса фундамента и на одной оси с подпорной стеной нижележащего яруса фундамента или некоторым отступлением от этой оси в сторону склона или обрыва, начиная с первого яруса фундамента и заканчивая самым верхним ярусом фундамента, устанавливают продольные несущие стены или колоны каркаса, по мере их возведения сверху на подпорные стены и на продольные несущие стены или колоны каркаса устанавливают железобетонные плиты перекрытий, начиная с первого по последний этажи.
На фиг.1 - изображено здание, поперечный разрез, на фиг.2 - фундамент здания, вид фундаментных горизонтальных железобетонных плит, имеющих одинаковую ширину, вид в аксонометрии, на фиг.3 - то же, вид фундаментных горизонтальных железобетонных плит, имеющих переменную ширину, вид в аксонометрии, на фиг.4 показан общий вид здания в аксонометрии.
Здание включает ярусы 1 фундамента, железобетонные плиты 2 перекрытий, подпорные стены 3 и продольные несущие стены 4 или колонны каркаса, к откосу террас установлены фундаментные горизонтальные железобетонные плиты 5 и подпорные стены 3, которые выполнены на высоту каждого этажа здания и являются составной частью фундамента.
Фундамент здания выполнен многоярусным, ступенчатым, встроенным в склон или обрыв, на каждом ярусе 1 фундамент состоит из свайного основания, фундаментной горизонтальной железобетонной плиты 5 и подпорной стены 3, которые вместе образуют цельную железобетонную конструкцию в виде яруса 1 фундамента каждого этажа здания. Свайное основание образовано одним или несколькими рядами свай 6, установленных на горизонтальной части террас, образованных при разработке грунта.
Верхние части подпорных стен 3 каждого нижележащего яруса 1 фундамента жестко соединены с фундаментными горизонтальными железобетонными плитами 5 каждого вышележащего яруса 1 фундамента в местах пересечения их осей и в целом образуют единую многоярусную ступенчатую конструкцию монолитного фундамента всего здания. Ширина фундаментных горизонтальных железобетонных плит 5 и, соответственно, расстояние между подпорными стенами 3 вышележащего и нижележащего ярусов 1 фундамента в горизонтальной проекции (в плане) выполнено одинаковым или переменным в зависимости от формы склона или обрыва (на фиг.2 и 3 показаны стрелками одинаковые и переменные расстояния, в виде B=const или B≠const). Так, если крутизна склона или обрыва увеличивается, то расстояние в горизонтальной проекции между вертикальными подпорными стенами 3 вышележащего яруса 1 и нижележащего яруса 1 уменьшается, а если крутизна склона или обрыва уменьшается, то расстояние в горизонтальной проекции между вертикальными подпорными стенами 3 вышележащего яруса 1 и нижележащего яруса 1 увеличивается.
На фундаментные горизонтальные железобетонные плиты 5 каждого яруса 1 фундамента, на одной оси с подпорными стенами 3 нижележащего яруса 1 фундамента или с некоторым отступлением от этой оси в сторону склона или обрыва, установлены (вмонтированы) продольные несущие стены 4 или колонны каркаса.
Железобетонные плиты 2 перекрытий одной стороной установлены сверху на подпорные стены 3, другой стороной установлены сверху на продольные несущие стены 4 или колонны каркаса, при этом они жестко с ними соединены и являются продолжением фундаментных горизонтальных железобетонных плит 5 на каждом этаже. Железобетонные плиты 2 перекрытий каждого этажа, кроме первого, имеют длину пролета, равную сумме расстояний в горизонтальной проекции между подпорными стенами не менее двух нижележащих ярусов 1 фундамента, что является оптимальным для создания единого замкнутого полезного объема здания.
Способ возведения многоэтажных зданий осуществляется следующим образом.
С учетом количества этажей возводимого здания, например пятиэтажного, планируется разбивка склона (обрыва) на выполнение пяти террас в грунте для строительства пяти ярусов 1 фундамента здания. Сначала с верхней части склона или обрыва осуществляют возведение подземной части здания, при этом разрабатывают грунт, выполняют самую верхнюю террасу и устанавливают сваи 6 (на чертеже условно обозначены одной цифрой) на горизонтальной части террасы, таким образом, формируют свайное основание самого верхнего пятого яруса 1 (на чертеже условно обозначены одной цифрой) фундамента пятого этажа здания, при этом расстановку свай и расстановку свайных рядов, а также их количество задают в зависимости от несущей способности грунта склона или обрыва. Затем спускаются далее вниз по склону, на следующем нижележащем участке разрабатывают грунт и выполняют террасу, устанавливают один или несколько рядов свай 6 и формируют свайное основание нижележащего четвертого яруса 1 фундамента четвертого этажа здания, затем спускаются далее вниз по склону, на следующем нижележащем участке разрабатывают грунт и выполняют террасу, устанавливают один или несколько рядов свай 6 и формируют свайное основание нижележащего третьего яруса 1 фундамента третьего этажа здания, затем спускаются вниз по склону, на следующем нижележащем участке осуществляют разработку грунта и выполняют террасу, устанавливают один или несколько рядов свай 6 и формируют свайное основание второго яруса 1 фундамента второго этажа здания, затем спускаются вниз по склону и на самом нижнем участке осуществляют разработку грунта и выполняют террасу, устанавливают один или несколько рядов свай 6 и формируют свайное основание самого нижнего первого яруса 1 фундамента первого этажа здания.
Таким образом, на горизонтальной части террас ряды свай 6 образуют свайные основания ярусов 1 фундаментов, начиная с верхнего пятого и заканчивая нижним первым, размещенные на склоне или обрыве последовательно сверху вниз, соответственно, и подготовленные к строительству надземной части многоэтажного здания. После завершения формирования свайного основания в нижней части склона или обрыва начинают возведение его надземной части.
Строительство надземной части здания ведется в обратном порядке, начиная с нижнего первого яруса 1 фундамента, поднимаясь вверх по склону. Так, на каждом свайном основании, начиная с первого яруса 1 фундамента, по завершении строительства которого переходят на второй ярус и т.д., затем вдоль всего откоса и вплотную к нему на свайное основание устанавливают фундаментную горизонтальную железобетонную плиту 5 и подпорную несущую стену 3, жестко соединяют их между собой в местах пересечения их осей и в результате получают вместе со свайным основанием цельную конструкцию в виде яруса 1 фундамента каждого этажа. При этом верхние части подпорных стен 3 каждого нижележащего яруса фундамента жестко соединяют с фундаментной горизонтальной железобетонной плитой 5 каждого вышележащего яруса фундамента в точке пересечения их осей.
По завершении формирования самого верхнего яруса 1 фундамента образуют единую многоярусную ступенчатую конструкцию монолитного фундамента всего здания, встроенного в склон или обрыв. Затем сверху на фундаментные горизонтальные железобетонные плиты 5 на каждом ярусе 1 фундамента и на одной оси с подпорной стеной 3 нижележащего яруса 1 фундамента или с некоторым отступлением от этой оси в сторону склона или обрыва, начиная с первого яруса и заканчивая пятым ярусом, устанавливают (монтируют) продольные несущие стены 4 или колоны каркаса. По мере возведения подпорных стен 3 и продольных несущих стен 4 или колонн каркаса сверху на подпорные стены 3 и продольные несущие стены 4 или колонны каркаса устанавливают железобетонные плиты 2 перекрытий, начиная с первого по пятый этажи, при этом стороны железобетонных плит 2 перекрытий с первого по четвертый этажи, обращенные к ярусам 1 фундамента, жестко соединяют с фундаментными горизонтальными железобетонными плитами 5, соответственно, со второго по пятый ярусы фундамента. Железобетонные плиты 2 перекрытий пятого, последнего этажа здания, которые являются плитами покрытия здания, устанавливают на подпорную стену 3 пятого яруса 1 фундамента и также жестко с ней соединяют, при этом железобетонные плиты 2 перекрытий, начиная со второго по пятый этажи, устанавливают длиной пролета, равной сумме расстояний в плане между подпорными стенами 3 не менее двух нижележащих ярусов 1 фундамента.
При установке свай 6 на горизонтальной части террасы их количество и расстановку по отношению друг к другу, а также расстояние, на которое осуществляют расстановку свайных рядов, задают в зависимости от несущей способности грунта склона или обрыва, что позволяет передавать вертикальные и горизонтальные нагрузки на слои грунта, при этом обеспечивается необходимая их несущая способность для восприятия как вертикальных, так и горизонтальных усилий.
Многоярусность и ступенчатость фундамента позволяет равномерно распределить распорные усилия от активного давления грунта на подпорные стены 3 и через них на фундаментные горизонтальные железобетонные плиты 5 и сваи 6 всех ярусов 1 фундамента, при этом из-за повышенной жесткости сооружения все сваи 6 имеют одинаковую эксплуатационную нагрузку.
Необходимое удаление разуплотненного и неустойчивого массива грунта при его разработке и выполнении террас перед установкой свай 6 позволяет уменьшить распорные усилия на каждом ярусе 1 фундамента.
Многоэтажное здание, возведенное на склоне или обрыве заявляемым способом, обеспечивает устойчивость склона или обрыва от опасных склоновых процессов, в частности от оползневых процессов, и сейсмического воздействия. Смещение каждого яруса 1 фундамента и этажа многоэтажного здания в сторону склона (обрыва) способствует уменьшению опрокидывающего момента при сейсмическом воздействии с вектором, направленным в сторону от обрыва, а при обратном направлении вектора сейсмического воздействия увеличиваются только вертикальные нагрузки на свайные фундаменты, что не опасно для возведенного многоэтажного здания, так как здание, в этом случае, имеет более высокие коэффициенты запаса устойчивости.
Совокупность новых конструктивных элементов, а также новых приемов возведения здания обеспечивает пригодность использования заявляемого многоэтажного здания в качестве как общественного, так и жилого, возводимого на крутых склонах или обрывах.
Предлагаемое изобретение по сравнению с ближайшим аналогом и другими мировыми аналогами в области строительства многоэтажных зданий на склонах или обрывах обладает повышенной надежностью при использовании в качестве общественного или жилого здания,
- обеспечивает устойчивость всего обрыва или склона в целом, а также обеспечивает расширенные технологические возможности:
- возможность возведения здания на крутых склонах или обрывах, подверженных воздействию опасных геологических склоновых процессов (оползней, обвалов, осыпей и т.п.), в том числе в зонах с повышенной сейсмической опасностью;
- в полном объеме здания образованы призматические пространства, примыкающие к грунту основания склона или обрыва, то позволяет использовать эти пространства в качестве дополнительного полезного объема здания;
- обеспечена полная механизация проводимых работ по установке рядов свай.
Таким образом, заявляемое к патентованию изобретение «многоэтажное здание и способ его возведения на склоне или обрыве» обладает, по мнению заявителя, всеми критериями, присущими изобретению: новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е. является патентоспособным.