Перекрестно-балочный фундамент здания, сооружения, возводимый на склоне
CROSS-BEAM FOUNDATION OF A BUILDING, STRUCTURE ERECTED ON A SLOPE

Изобретение относится к области строительства, в частности к фундаментам зданий и сооружений, возводимых на склоне.
Известны технические решения устройства конструкций фундаментов, применяемых в строительстве зданий и сооружений на склонах. (Мангушев Р.А. и др. Основания и фундаменты: Учебник для бакалавров строительства / Р.А. Мангушев (ответственный за издание), В.Д. Карлов, И.И. Сахаров, А.И. Осокин. - М.: Изд-во АСВ; СПб.: СПбГАСУ, 2014. - 392 с). Недостатком указанных технических решений является высокая материалоемкость, связанная с большим объем земляных работ и стоимостью материалов.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является фундамент здания, сооружения, возводимый на склоне, описанный в авторском свидетельстве СССР №1561577 E02D 27/34, 1990 г. Фундамент выполнен в виде плоской, жесткой железобетонной решетки из продольных и поперечных лент одинакового сечения, укладываемых на спланированную поверхность наклонного основания склона, и снабжен удерживающей конструкцией в виде ростверка и свай, взаимодействующей с ним в нижней части склона.
Признаками ближайшего аналога, которые совпадают с признаками предложеннго изобретения, является наличие в конструкции фундамента здания, сооружения террасного типа, возводимого на склоне, плоской, жесткой железобетонной решетки из продольных и поперечных лент, укладываемых на спланированную поверхность, и удерживающей конструкции.
Недостатком конструктивного решения, описанного в прототипе, является наличие от действия вертикальной нагрузки от здания и сооружения в основании под подошвой продольных лент наклонного фундамента теоретически доказанной и экспериментально установленной неравномерной трапециевидной эпюры контактных давлений с максимальной ординатой контактных давлений в нижней части склона и минимальной в верхней. Она вызывает значительную неравномерность осадок продольных балок фундамента, которая может привести к серьезным перегрузкам как фундаментной, так и надфундаментных конструкций, что неизбежно повлечет к увеличению их трудоемкости и материалоемкости. Кроме того, это явление может уменьшить общую надежность совместной работы системы «основание-фундамент-здание, сооружение».
min
max
min
Задачей изобретения является усовершенствование конструктивного решения перекрестно-балочного фундамента путем изменения ширины подошвы продольных фундаментных лент по длине склона от b - минимальной внизу до b - максимальной вверху, которое позволит существенно снизить различие в осадках противоположных сечений продольных балок фундамента, а также снизить материалоемкость и трудоемкость и повысить надежность и эффективность работы фундаментов и способствовать стабилизации наклонных оснований склонов. При этом b устанавливается из конструктивных соображений равной 500 мм.
min
max
Поставленная задача решается тем, что в перекрестно-балочном фундаменте здания, сооружения, возводимого на склоне, включающем плоскую, жесткую железобетонную решетку из продольных и поперечных лент, укладываемых на плоско спланированную наклонную поверхность склона, продольные ленты имеют переменную ширину подошвы, которая увеличивается по мере удаления от основания склона. При этом соотношение между и b и b устанавливается из условия, установленного экспериментально
min
где α - угол наклона основания, град.; b = 500 мм - по конструктивным требованиям; ΔS=1 - соотношение осадок фундаментной продольной балки при равномерной эпюре контактных давлений.
Существенными признаками, совпадающим с прототипом, являются следующие:
- фундамент выполнен в виде перекрестных балок продольного и поперченного направлений;
- балки фундамента жестко соединены в узлах пересечения;
- фундамент имеет удерживающую конструкцию.
Отличительными от прототипа существенными признаками являются:
min
max
- продольные балки фундамента имеют переменную площадь подошвы, которая увеличивается по мере удаления от удерживающей конструкции от b до b.
Между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь. Применение технического приема с использованием переменной площади подошвы продольных балок фундамента приводит к исключению неравномерности осадок противоположных сечений фундамента, снижает материалоемкость и трудоемкость в сравнении с прототипом в общем.
min
max
max
Изменение ширины подошвы фундамента по длине склона позволяет исключить растягивающие усилия, которые могут возникнуть из-за неравномерности осадок не только в фундаментных балках, но и горизонтальных дисках перекрытия здания и сооружения на склоне. Кроме того, исключается крены фундамента по направлению падения склона, при этом ни при каких условия не будет превышено в наклонном основании расчетное сопротивление грунта на сжатие способствуя тем самым улучшению устойчивости склона Увеличение сечения продольных балок компенсируется уменьшением расхода рабочей арматуры в балках, так как бетонное сечение начинает работать более эффективно на внецентренное сжатие, что является оптимальным для железобетона. Таким образом продольные балки фундамента будут иметь трапециевидную форму, одно из оснований которой будет равно b = 500 им, другое будет b зависеть от угла наклона основания. Например, для склона с углом наклона основания α=34°, b= 1,27 м.
Изобретение проиллюстрировано графическим материалом, где на фиг. 1 представлен схематичный план фундамента из продольных и поперечных лент с удерживающей конструкцией, а на фиг. 2 представлен разрез 1-1, фиг. 1.
На фигурах 1, 2 изображены наклонный фундамент, включающий продольные ленты 1 переменного сечения и поперечные ленты 2, диски перекрытий 3 и вертикальные несущие элементы 4, удерживающая конструкция 5 и спланированная поверхность склона 6.
Монтаж перекрестно балочного фундамента здания, возводимого на склоне, осуществляется следующим образом. Первоначально выполняются работы по удалению растительного слоя и планировке поверхности 6. Затем в нижней части склона устраивается заглубленная удерживающая конструкция 5. Далее на спланированной поверхности 6 наносят разметку расположения лент 2, 3 с указанием точек изменения ширины подошвы продольных лент. По разметке производят монолитные работы по устройству продольных 2 и поперечных 3 лент в виде железобетонных балок, причем продольные балки 2 имеют переменную ширину подошвы фундамента.
Примеры реализации технического решения.
1. Для примера рассмотрим применение полезной модели к зданию профилактория на 200 мест в г. Ялта (проект ЯФ КрымНИИпроекта). Угол наклона основания 34° (фиг. 3).
o
Рассчетное значение величины ширины фундаментной ленты b сязано с расчетным сопртивлением основания склона R. Конструктивными требованияи установлено, что минимальное занчение ширины b не должно быть меньше 500 мм. Тогда проетировщики должны соблюдать следующие условия: если равчетное b≤500, то b принимаем равным 500 мм, b>500, то b принимаем равным расчетному.
b
3
Сечение фундаментных балок в проекте принято по расчету bxh = 500×500 мм. Объем бетона составляет V=50,5 м, расход арматурной стали составляет 4950 кг.
Применим предлагаемую формулу:
min
max
min
b
3
В данном случае b совпадает с расчетной шириной b=500 мм. ΔS по условию равна 1. Тогда b=(6,28⋅cosα+7,75)⋅b=(-6,28⋅0,829+7,75)*500=1,27 м. При этом увеличится объем бетона V=62,7 м. При этом количество арматутры на фундамент уменьшится 3100 кг за счет сокращения рабочей арматуры в продольных балках вследствие значительного выравнивания изгибающих моментом в сечениях.
Произведем расчет себестоимости только материалов по фундаменту по себестоимости на 1 мая 2022 г.
Сокращение стоимости по материалам фундамента составляет 15%, при уменьшении расходов по трудоемкости связанных с устройством арматурных каркасов на строительной площадке. При этом качественно улучшиться работа элементов каркаса самого здания, сооружения за счет исключения появления дополнительных растягивающих усилий в дисках перекрытия и изгибающих моментов в колоннах. Кроме того, снижается риск возникновения дополнительных сдвигающих напряжений в основании, что приводит к увеличению устойчивости склона.
2. Проект малоэтажной жилой застройки в г. Ялта (угол наклона 30°) (фиг. 4).
b
3
Сечение фундаментных балок в проекте принято по расчету bxh=600×600 мм. Объем бетона составляет V=75,3 м, расход арматурной стали составляет 7480 кг.
Применим предлагаемую формулу:
min
В данном случае b принимается равной расчетной b=600 мм. ΔS по условию равна 1.
max
min
b
3
Тогда b=(6,28⋅cosα+7,75)⋅b=(6,28⋅0,866+7,75)*0,60=1,39 м. При этом увеличится объем бетона V=87,3 м. При этом количество арматутры на фундамент уменьшится 4980 кг за счет сокращения рабочей арматуры в продольных балках вследствие значительного выравнивания изгибающих моментом в сечениях.
Произведем расчет себестоимости только материалов по фундаменту по себестоимости на 1 мая 2022 г.
Сокращение стоимости по материалам фундамента составляет 11%, при уменьшении расходов по трудоемкости связанных с устройством арматурных каркасов на строительной площадке. При этом качественно улучшиться работа элементов каркаса самого здания, сооружения за счет исключения появления дополнительных растягивающих усилий в дисках перекрытия и изгибающих моментов в колоннах. Кроме того, снижается риск возникновения дополнительных сдвигающих напряжений в основании, что приводит к увеличению устойчивости склона.
Устройство обеспечивает снижение материалоемкости и трудоемкости, обеспечивает повышение надежности и эффективности работы фундаментов и способствует стабилизации наклонных оснований склонов.