МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ФУНДАМЕНТ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

Изобретение относится к области строительства и предназначено для создания фундаментов мелкого заложения при строительстве зданий и сооружений различного назначения в отдаленных, вновь осваиваемых районах, в том числе и в районах распространения вечномерзлых грунтов.
В настоящее время при строительстве зданий и сооружений для создания фундаментов мелкого заложения используют железобетон.
Известны сборные железобетонные фундаменты мелкого заложения, устраиваемые под стены и колонны (Основания, фундаменты и подземные сооружения. Справочник проектировщика. Под общей редакцией Е.А.Сорочана и Ю.Г.Трофименкова. Москва, Стройиздат, 1985, с.44-45, рис.4.2, 4.4 и с.53, рис.4.12). Эти фундаменты имеют большую массу и поэтому подвержены значительным потерям при ударах во время перегрузок и складирования на перевалочных базах, что ограничивает их использование при строительстве в отдаленных, малоосвоенных районах из-за больших транспортных и материальных затрат.
Также известны облегченные сборные железобетонные фундаменты мелкого заложения с внутренними полостями (Основания, фундаменты и подземные сооружения. Справочник проектировщика. Под общей редакцией Е.А.Сорочана и Ю.Г.Трофименкова. Москва, Стройиздат, 1985, с.57, рис.4.19). Такие фундаменты имеют меньшую массу, но остаются достаточно тяжелыми и уязвимыми при ударах во время транспортирования и при перегрузках. Поэтому и такие фундаменты не нашли широкого применения при строительстве в отдаленных, малоосвоенных районах.
При освоении отдаленных территорий, в том числе и в районах распространения вечномерзлых грунтов, широко используют различные мобильные жилища. Так известно сборно-разборное здание многоцелевого
назначения (бунгало), разработанное фирмой «Rhein - Flugzeugbau GmbH» (ФРГ), у которого рама пола образуется алюминиевыми полыми профилями, соединяющимися штырями, которые одновременно крепят плиты пола и нижний край стеновых панелей, при этом плиты пола и все ограждающие панели состоят из слоя бумажной изоляции с двухсторонней облицовкой древесноволокнистыми плитами, имеющими пластмассовое защитное покрытие, вертикальные алюминиевые уголки между панелями передают нагрузку, собираемую с крыши двускатными металлическими стропилами, на раму пола (Мобильные жилища для Севера (из легких сплавов и синтетических материалов). Под редакцией С.М.Верижникова. Ленинград, Стройиздат, Ленинградское отделение, 1976, с.134-135, рис.40).
Вышеописанное бунгало не нуждается в фундаменте, функции которого выполняет алюминиевая рама пола, являющаяся в данном случае поверхностным металлическим фундаментом, который, являясь весьма легким и удобным при транспортировании и перегрузках, обладает низкой несущей способностью и не может быть использован в качестве фундамента мелкого заложения, т.к. названная рама не может быть заглублена в грунт ввиду прикрепления к ней плит пола и стеновых панелей.
Металлические фундаменты мелкого заложения практически не известны, одной из известных, которую, с некоторым допущением, можно отнести к таковым, является опора контактной сети, возводимая на пучинистых грунтах, в районах вечной мерзлоты и глубокого сезонного промерзания, которая в случае металлической опоры контактной сети состоит из заглубляемого в грунт трубчатого металлического фундамента и устанавливаемой на него металлической стойки, что представляет собой металлический фундамент мелкого заложения, состоящий из металлических элементов и деталей (патент Российской Федерации №2209269, МПК E 02 D 27/35, опубликованный 27.07.2003).
Недостатки такого металлического фундамента мелкого заложения заключаются в его низкой несущей способности, пригодной только для
сооружения опор контактной сети, и обусловленной этим ограниченной области его использования.
Задачей настоящего изобретения является повышение несущей способности металлического фундамента мелкого заложения и расширение за счет этого области его возможного использования, в том числе и для строительства зданий и сооружений различного назначения в районах распространения вечномерзлых грунтов.
Решение поставленной задачи достигается тем, что металлический фундамент мелкого заложения, состоящий из металлических элементов и деталей, согласно изобретению, содержит горизонтальный опорный элемент и закрепленные на нем сверху вертикальные ребра жесткости, несущие установленные выше опорные детали для конструкций надземной части здания.
Металлический фундамент может быть снабжен распределительными элементами для объединения его в совместную работу со смежными металлическими фундаментами мелкого заложения.
Полости металлического фундамента, образованные его элементами и деталями, могут быть забетонированы.
Элементы и детали металлического фундамента могут быть защищены антикоррозийным покрытием.
Сущность изобретения поясняется двумя приведенными ниже примерами конструктивного выполнения металлического фундамента мелкого заложения, не исчерпывающими всех возможных конструктивных вариантов реализации настоящего изобретения, и соответствующими чертежами, где на фиг.1 показан металлический фундамент мелкого заложения с горизонтальным опорным элементом из прокатного листа и вертикальными ребрами жесткости из швеллеров, план с вырезом; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 показаны два металлических фундамента мелкого заложения с опорными элементами, составленными из труб, и вертикальными ребрами жесткости из листовой стали, которые объединены в
совместную работу распределительными элементами, выполненными в виде балок, продольный разрез; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3.
Пример 1.
Металлический фундамент 1 мелкого заложения (см. фиг.1 и фиг.2) содержит горизонтальный опорный элемент 2, в качестве которого в данном случае использован металлический лист, и закрепленные на нем сверху по периметру вертикальные ребра жесткости 3, выполненные из металлического проката, например швеллеров. Вертикальные ребра жесткости 3 несут установленные выше опорные детали для конструкций надземной части здания. Опорные детали состоят из балок 4, выполненных, например, из швеллеров, установленных с зазором между ними сверху на вертикальных ребрах жесткости 3 и обращенных один к другому стенками, и пластин 5 и 6, прикрепленных к швеллерам, соответственно, сверху и снизу при помощи сварки и анкерных болтов 7, пропущенных через зазоры между швеллерами.
Для сохранения вечномерзлых грунтов основания 8 в естественном состоянии во внутренней полости фундамента 1 и/или рядом с ним может быть уложен теплоизоляционный материал 9.
Для увеличения долговечности металлического фундамента 1 мелкого заложения его элементы и детали могут быть защищены антикоррозийным покрытием.
В зависимости от конфигурации и величины нагрузки форма горизонтального опорного элемента 2 в плане может быть разной: квадратной, прямоугольной, многоугольной, круглой и т.п. Если, например, нагрузка в плане располагается по кольцу, то и горизонтальный опорный элемент 2 может иметь в плане такую же форму.
Регулирование температуры грунтов основания 8 может быть обеспечено установкой внутри фундамента 1 или рядом с ним устройств для искусственного охлаждения основания 8.
Сохранению вечномерзлых грунтов основания 8 в естественном состоянии способствует размещение в полости фундамента 1 или полостях его элементов зероторов, т.е. веществ, аккумулирующих холод за период воздействия отрицательных температур.
Для снижения деформативности основания 8 при оттаивании целесообразно применять химическую защиту грунта.
В горизонтальном опорном элементе 2, в качестве которого использован металлический лист, с целью экономии металла и снижения массы фундамента 1 могут быть выполнены вырезы в центральной части и/или по периферии.
Нагрузка от колонны или другой конструкции надземной части здания действует на опорные детали, состоящие из балок 4, объединенных с помощью анкерных болтов 7 и пластин 5 и 6. Балки 4 передают нагрузку на ребра жесткости 3, которые загружают по контуру горизонтальный опорный элемент 2. Горизонтальный опорный элемент 2 в зависимости от толщины и расстояния между ребрами жесткости 3 работает как мембрана или плита и передает нагрузку на уплотненный выравнивающий слой 10, обычно из песка, затем нагрузка действует на естественное основание 8.
Пример 2.
Горизонтальный опорный элемент 2 металлического фундамента 1 мелкого заложения может быть выполнен из прокатных, гнутых или сварных профилей. В данном случае металлический фундамент 1 мелкого заложения (см. фиг.3 и фиг.4) содержит горизонтальный опорный элемент 2, состоящий из горизонтально уложенных труб 11, объединенных и усиленных закрепленными на них сверху вертикальными ребрами жесткости 3 из листовой стали, несущими установленные выше опорные детали для конструкций надземной части здания.
Каждый такой металлический фундамент 1 снабжен распределительными элементами для объединения его в совместную работу
со смежными металлическими фундаментами 1 мелкого заложения. Распределительные элементы выполнены в виде балок 12, которые объединяют фундаменты 1 в единый фундамент мелкого заложения и состоят из швеллеров, установленных с зазором между ними сверху на пластинах 13 и обращенных один к другому стенками, и пластин 14 и 15, прикрепленных к швеллерам, соответственно, сверху и снизу при помощи сварки и анкерных болтов 16, пропущенных через зазоры между швеллерами, с образованием опорных деталей для конструкций надземной части здания.
Фундаменты 1 находятся в подсыпке 17 и установлены на подготовке 18, уложенной на естественном основании 8. Для сохранения вечномерзлых грунтов основания 8 в естественном состоянии в едином фундаменте мелкого заложения и/или рядом с ним может быть уложен теплоизоляционный материал в подсыпке 17 и/или подготовке 18 (на чертежах не показано).
Фундаменты 1 с горизонтальным опорным элементом 2 из труб 11 и вертикальными ребрами жесткости 3 объединены в совместную работу с помощью распределительных элементов в виде балок 12 из швеллеров. Нагрузка от колонны или другой конструкции надземной части здания действует на опорные детали, состоящие из балок 12, объединенных с помощью анкерных болтов 16 и пластин 14 и 15. Воспринимаемая с помощью пластин 14 и 15 и анкерных болтов 16 нагрузка, например от колонны, действует на балку 12 в виде поперечной силы, изгибающего момента и продольной силы. Далее нагрузка с помощью пластин 13 передается на фундаменты 1. Усилия от изгибающих моментов, передающиеся на фундаменты 1, регулируются с помощью длины балки 12. Усилия от пластины 13 передается на горизонтальный опорный элемент 2 из труб 11с помощью ребер жесткости 3, которые, кроме того, усиливают трубы 11 как оболочки замкнутого сечения. В горизонтальном опорном элементе 2 трубы 11 или другие прокатные, гнутые или сварные профили с
целью экономии металла и снижения массы фундамента 1 устанавливают с максимально допустимым разрежением.
Для увеличения долговечности металлического фундамента 1 мелкого заложения его элементы и детали могут быть защищены антикоррозийным покрытием.
С целью исключения или уменьшения оттаивания вечномерзлых грунтов основания 8 под металлическим фундаментом 1 мелкого заложения в его внутренней полости размещают зероторы - аккумуляторы холода (воду, соляные растворы и другие подобные вещества). Для этой цели трубы 11, составляющие горизонтальные опорные элементы 2, заглушают с торцов.
Зероторы можно также размещать и в фундаментах с незамкнутыми и не герметичными полостями. Для этого в объеме фундамента и/или вне его размещают зероторы в собственных гибких сосудах, что лучше для безопасности, т.к. зероторы размещают, в этом случае, в отдельных изолированных, не сообщающихся сосудах.
Фундаменты 1, в которых горизонтальный опорный элемент 2 состоит из горизонтально уложенных труб 11, можно устанавливать на водотоках, не заглушая трубы 11, которые будут служить в данном случае для пропуска воды.
Установка внутрь фундамента или рядом с ним устройств искусственного охлаждения основания дает возможность повышать несущую способность грунтов основания 8 и повышать надежность системы «фундамент - основание».
Химическая защита грунтов основания 8 тоже повышает несущую способность и надежность системы «фундамент - основание».
Полости, образованные элементами или деталями, рассмотренных в примерах 1 и 2 металлических фундаментов мелкого заложения могут быть забетонированы, тогда такие детали становятся жесткой арматурой и увеличивают несущую способность фундамента. Вместе с тем,
обетонирование металлического фундамента мелкого заложения увеличивает его долговечность.
Вырезы в листовом горизонтальном опорном элементе или разрежение труб или других прокатных, гнутых или сварных профилей в составном горизонтальном опорном элементе снижает расход металла и массу фундамента, но мало влияет на деформативность основания в целом.
Вышеприведенные два примера не исчерпывают всех возможных конструктивных вариантов выполнения металлического фундамента мелкого заложения в соответствии с формулой изобретения ввиду возможного многообразия форм выполнения, типов, видов и т.п., а также расположения в пространстве элементов, составляющих предлагаемый металлический фундамент мелкого заложения.
Металлический фундамент мелкого заложения обладает минимальной массой (почти на порядок легче железобетонного с одинаковой несущей способностью) и не подвержен потерям от ударов при транспортировании и перегрузках на перевалочных базах. Это значительно снижает транспортные и материальные затраты при возведении фундаментов в отдаленных районах, где отсутствуют базы строительной индустрии. Такие фундаменты могут быть смонтированы с применением легких кранов или вручную. В заводских условиях в них могут быть размещены: утеплитель, зероторы, устройства искусственного охлаждения основания и т.п., выполнена покраска, защита антикоррозийным покрытием и прочее. Возможная максимальная заводская готовность металлических фундаментов мелкого заложения и их высокая транспортабельность облегчает, упрощает и повышает экономичность их использования в отдаленных, малоосвоенных районах.