СБОРНЫЙ ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЙ ФУНДАМЕНТ

Полезная модель относится к техническим обстоятельствам, при которых необходимо повысить надежность, несущую способность и пространственную жесткость фундаментов, повышение надежности и долговечности при одновременном обеспечении рационального расхода материалов и снижении трудозатрат, при возможности индустриализации изготовления его составляющих сборных панельных элементов.
Область применения - строительство.
Известно, что при неравномерных осадках фундамента происходит его изгиб, то есть напряженное состояние, при котором наиболее эффективно работают крайние зоны поперечного сечения, в которых происходит максимальное сжатие или растяжение. Это обстоятельство, как физический факт, подтолкнуло в свое время к созданию пространственных монолитных железобетонных фундаментов, по аналогии с идеей создания многопустотных железобетонных плит, когда основную массу бетона стремились сосредоточить около верхнего и нижнего краев поперечного сечения, убрав его из средней части сечения конструкции. Таким образом, повышалась эффективность использования материалов конструкции в крайних зонах поперечного сечения и одновременно увеличивалось плечо внутренней пары сил. Естественным свойством таких конструкций является замкнутый контур хотя бы по одному из поперечных сечений, так как только в этом случае технически возможно обеспечить наличие верхнего и нижнего плоских слоев, расположенных друг от друга на максимальном расстоянии в поперечном сечении конструкции. Таким образом, данное свойство является характеристическим или своеобразной подсказкой при конструировании оптимальных конструкций.
Известен и другой факт, что сборное панельное домостроение - наиболее прогрессивный и качественный метод строительства, обеспечивающий сравнительно комфортные условия для рабочих и стабильное качество производимой продукции.
Предлагаемая идея создания пространственных железобетонных фундаментов из панельных элементов позволяет улучшить функциональные характеристики фундамента: повысить пространственную жесткость, увеличить площадь передачи нагрузки и соответственно уменьшить удельное давление на грунт. Кроме того, данное техническое решение позволяет снизить удельный расход материалов и трудозатраты, что является основой экономической эффективности при одновременном улучшении функциональных характеристик. Таким образом, создаются оптимальные условия для создания конструкций, обладающих наилучшим соотношением "цена/качество".
Проблема обеспечения долговечности, одна из основных при создании фундаментов, и ее решение предполагает: защиту бетона и арматуры конструкций от коррозии и исключение возможности контакта арматуры с влажной и (или) агрессивной средой в стыках, что инициировало автора на создание вариантов соответствующих узлов соединения данных сборных панельных конструкций фундамента (в данной полезной модели конкретные, разработанные варианты стыков не представлены). В данной заявке при анализе узловых соединений учитывается только один из основных принципов создания надежных конструкций, согласно которому при соединении панельных элементов необходимо предусматривать принцип равнопрочности (например, исключить наличие слабых звеньев в узлах соединения). При этом само узловое соединение может исполняться различными вариантами, как при помощи бетонных шпонок и/или сварки рабочей и/или вспомогательной арматуры элементов и/или арматурных вставок и/или металлических вставок и/или закладных деталей и/или замоноличивания дополнительных арматурных стержней и/или лент из любого высокопрочного материала и/или металлических вставок и предусматривать обязательное дальнейшее их укрытие слоем бетона, имеющим толщину не менее защитного слоя бетона соответствующих конструкций. Любой из перечисленных вариантов соединения может при правильном конструкторском решении и соответствующем расчете удовлетворить принципу равнопрочности и, следовательно, даст в рамках заявленной идеи одинаковый технический результат. Выбор того или иного решения предопределяется местными условиями, удобством практического исполнения, экономикой и соответствующим инженерным обоснованием.
Применение для армирования сборных панелей и элементов фундамента лент и (или) арматуры из композиционных и (или) композитных и (или) синтетических и (или) углеродных и (или) арамидных и (или) стеклянных и (или) угольных и (или) кевларовых и (или) различных типов высокомолекулярных материалов или их аналогов может существенно повысить их надежность и долговечность. Перечисленные выше типы материалов обладают общим свойством - высоким модулем упругости (превышающим модуль упругости металлической арматуры) и прочностью. Вследствие этого предлагаемая альтернатива их использования дает одинаковый технический результат, так как в момент достижения бетоном предела прочности на растяжение данные материалы имеют значительно большее напряжение, чем металлическая арматура. Угол расположения армирующих материалов определяется расчетом на воздействующие усилия и соответствующим инженерным обоснованием и, следовательно, также не оказывает никакого влияния на заявленный технический результат. Факт наличия или отсутствия предварительного напряжения армирующих материалов также никак не меняет выше рассмотренных обстоятельств.
Предварительное напряжение в соответствии с основами теории железобетона оказывает влияние на деформативность и трещиностойкость данных панелей, поэтому создание предварительного напряжения при изготовлении панелей, комплектующих фундамент, никак не изменяет заявленный технический результат по сравнению с вариантом создания данных панелей без предварительного напряжения. Применение предварительного напряжения в соответствии с основами теории железобетона целесообразно в случае создания или большеразмерных панелей, или реализации задачи снижения их деформативности и/или повышения трещиностойкости. Выбор в пользу реализации того или иного варианта определяется местными условиями, наличием специального оборудования и соответствующим инженерным обоснованием.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является пространственная фундаментная платформа, принятая за прототип [авторское свидетельство на изобретение №2206665 от 2003.06.20]. Основным признаком аналога, совпадающим с существенными признаками заявляемой модели, является пространственная работа верхних и нижних сборных железобетонных плит.
Недостатком прототипа является использование открытых металлических конструкций и сварных соединений для создания пространственной жесткости фундамента, которые в ходе эксплуатации сооружения неизбежно будут подвергаться коррозии, что в свою очередь отразится на надежности и долговечности фундамента и сооружения.
Сущность полезной модели выражается следующими признаками:
1. Использование сборных железобетонных панелей для создания пространственной жесткости фундамента.
2. Исключается контакт металла несущих конструкций и узловых соединений с окружающей средой.
3. Ремонтопригодность и возможность усиления, выражающаяся в том, что в случае необходимости, возможно выполнить наращивание сечений или дополнительное армирование практически всех элементов фундамента.
4. Возможность производить предварительную специальную обработку данных элементов при их изготовлении и, прежде всего, нижней поверхности опорной плиты, которая в дальнейшем будет контактировать с грунтом (при монолитном варианте изготовления фундамента исполнить это или невозможно или крайне затруднительно).
5. Для избежание коррозии и для повышения долговечности предлагается, как вариант, использовать для армирования сборных панелей и элементов фундамента лент и (или) арматуры из композиционных и (или) композитных и (или) синтетических и (или) углеродных и (или) арамидных и (или) стеклянных и (или) угольных и (или) кевларовых и (или) различных типов высокомолекулярных материалов или их аналогов, которое можно выполнять при любых вариантах сочетаний поперечного и (или) наклонного под любым углом и (или) продольного армирования, выполненного из данных материалов и металлических элементов.
Задачей полезной модели и одновременно ее ожидаемым техническим результатом является создание экономичных, сборных, панельных пространственных фундаментов, повышение их надежности и долговечности, обеспечение технической возможности их ремонтопригодности и возможности усиления в процессе эксплуатации или при изменении действующих нагрузок.
Существенным признаком полезной модели является сборный панельный принцип создания пространственного фундамента при одновременном исключении контакта металла несущих конструкций и узловых соединений с окружающей средой.
Признаки, характеризующие полезную модель
1. Сборный пространственный железобетонный фундамент создается единой конструкцией из панельных элементов при помощи соединения их посредством бетонных шпонок и/или сварки рабочей и/или вспомогательной арматуры элементов и/или арматурных вставок и/или металлических вставок и/или закладных деталей и/или замоноличивания дополнительных арматурных стержней и/или металлических вставок и предусматривающее обязательное дальнейшее их укрытие слоем бетона, имеющим толщину не менее защитного слоя бетона соответствующих по назначению конструкций.
2. Использование, как вариант, для армирования сборных панелей и элементов фундамента лент и (или) арматуры из композиционных и (или) композитных и (или) синтетических и (или) углеродных и (или) арамидных и (или) стеклянных и (или) угольных и (или) кевларовых и (или) различных типов высокомолекулярных материалов или их аналогов, которое можно выполнять при любых вариантах сочетаний поперечного и (или) наклонного под любым углом и (или) продольного армирования, выполненного из данных материалов и/или металлических элементов.
3. Исключается контакт металлической арматуры конструкций и металлической арматуры стыковых соединений с внешней средой.
4. Панельные элементы сборного пространственного железобетонного фундамента изготавливаются предварительно-напряженными и/или не имеющими предварительного напряжения.
5. Сборный пространственный железобетонный фундамент имеет замкнутый контур в сечении хотя бы по одному из поперечных сечений. На фиг.1 показан вариант принципиального решения полезной модели.
Осуществление полезной модели
Предлагаемый сборный пространственный железобетонный фундамент является, по сути, предложением панельного домостроения фундаментов при условии тщательного укрытия металла конструкций и стыков от контакта с внешней средой.
Изготавливаются отдельные панельные элементы или предварительно-напряженные или не имеющие предварительного напряжения. В местах будущего соединения элементов предусматриваются выпуски арматуры и (или) закладные детали, предусматриваются соответствующие пазы или выемки и (или) условия формирования угловых бетонных откосов для последующего надежного укрытия арматуры и (или) металлических вставок от воздействия внешней среды.
Желательно подвергать конструкции предварительной обработке специальными составами для обеспечения влаго и водо защищенности и (или)водонепроницаемости.
Сборка осуществляется при помощи сварки и (или) замоноличивания соединительных стержней и (или) металлических вставок. Арматура стыковых соединений и закладные детали закрываются слоем безусадочного или расширяющегося цемента или их аналогов толщиной не менее толщины защитного слоя бетона конструкций. Для замоноличивания стыков и для изготовления конструкций нижнего слоя особенно желательно использовать фибробетон или любой другой тип бетона, имеющий повышенное сопротивление и деформативные характеристики при воздействии усилий растяжения.
Для обеспечения надежной совместной работы бетона и лент и (или) арматуры из композиционных и (или) композитных и (или) синтетических и (или) углеродных и (или) арамидных и (или) стеклянных и (или) угольных и (или) кевларовых и (или) различных типов высокомолекулярных материалов или их аналогов, концы данных лент и (или) арматуры анкеруют и (или) заворачивают и (или) прикрепляют к поперечно расположенным к ним стержням в верхних и нижних плоскостях плит. Для обеспечения данного соединения лент и (или) арматуры может использоваться, как вариант, вязальная проволока.