ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ПЛАТФОРМА ПОД ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА НА СЛАБЫХ, ПРОСАДОЧНЫХ, ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ И В СЕЙСМИЧЕСКИХ ЗОНАХ

Полезная модель относится к строительству зданий и сооружений на слабых, просадочных грунтах, а также в сейсмических зонах.
Известно, что слабые грунты отрицательно влияют на прочность и деформативность, особенно на сейсмоустойчивость зданий и сооружений. Причина здесь в том, что при статических и тем более при сейсмических воздействиях (в том числе колебаниях), слабые грунты выдавливаются из-под фундамента, оседают, растрескиваются и т.п., т.е. оказывают на фундамент и верхнее строение здания дополнительно негативное воздействие. Нормативы рекомендуют разными способами укреплять грунт, применять сваи и др., а в сейсмических районах при этом увеличивать величину сейсмических воздействий по сравнению со строительством на «хороших грунтах». За этим, очевидно, скрывается стремление преодолеть неопределенности сейсмического воздействия на слабые грунты и на их воздействие на здание (сооружение). Эта неопределенность является некоторым «черным ящиком», выявить скрытые закономерности которого пока не представляются возможным. Но если такой прямой путь не реализуем, то имеется другой обходной вариант, который помогает, по крайней мере, уменьшить (сгладить) негативы. Идея этого варианта состоит в том, чтобы конструкция фундамента под здание и сама система «основание-фундамент-верхнее строение» не только укрепляли бы возводимое строение, но при этом упрочняли сам грунт или создавали более благоприятные условия для грунта и способствовали бы снижению сейсмических воздействий на фундамент и верхнее строение.
Для строительства на слабых грунтах известны фундаменты, сооружаемые способом «стена в грунте». Устройство подземных конструкций способом «стена в грунте» заключается в разработке в грунте траншей с вертикальными откосами с использованием для их крепления глинистого раствора и последующим заполнением траншей монолитным бетоном или сборными железобетонными элементами. Конструкции замкнутой формы и открытой формы могут быть применены как фундаменты под опоры любой формы и размеров в плане. Минимальные размеры в плане таких фундаментов по наружным контурам определяются размерами сечений опор. Вверху фундаменты перекрываются распределительными плитами (как в массивных опускных колодцах, над которыми возводят опоры, (см. Э.В.Костерин. Основания и фундаменты. М.: Высш. Школа. 1990 г., с.361-362).
Недостатками данной конструкции является то, что она не представляет собой с фундаментной и надфундаментной частями замкнутое здание. Кроме того, конструкция «стена в грунте» не используется в конструктивной композиции с плитными фундаментами и не создает выгодные условия для работы грунта под плитой и находится только в стесненных условиях поперечных деформаций. В предлагаемой полезной модели грунт сжимается фундаментной плитой и находится в стесненных условиях для боковой деформации массива грунта, что позволяет создать эффективную конструкцию. Вокруг «стены в грунте» нецелесообразно оставить воздушный зазор или делать «мягкую засыпку» зазора, которые снижают эффект уплотнения грунта. В предлагаемой полезной модели благодаря жесткому присоединению к пространственной фундаментной платформе по контуру такая возможность создается и конструкция становится эффективной при сейсмических воздействиях.
Известна сборная пространственная железобетонная фундаментная платформа для строительства зданий в особых грунтовых условиях и сейсмичности (патент №38789, 7 E02D 27/32, 27/34, 27/35 опубл. 10.07.2004 г. Бюл. №19), включающая объединенные между собой верхние и нижние плиты, нижняя плита установлена без заглублений на наружной поверхности грунта с устройством
скользящего слоя, между верхними и нижними плитами образовано вентилируемое во всех направлениях продуваемое подполье, плиты верхнего и нижнего пояса соединены между собой железобетонными фермами раскосными или безраскосными или балками, которые имеют шпоночные выступы, входящие в углубления верхних и нижних плит, швы между плитами или фермами и шпоночными соединениями все замоноличиваются, а закладные детали и выпуски арматуры свариваются, между фермами или балками в поперечном направлении установлены крестовые связи, расположение ферм или балок согласовывается с топологией нагрузки от верхнего строения и может быть ориентировано параллельно длинной или короткой стороне в плане прямоугольного здания, а при сложной конструкции здания возможны комбинации расположения ферм или балок, при круглом очертании здания фермы могут располагаться радиально, а плиты могут быть сегментной или трапециевидной формы, шаг ферм принимается равным или большим высоте платформы, в случае установки каркасных зданий в плитах предусмотрены отверстия для стаканов, в которые устанавливаются колонны, которые затем замоноличиваются с верхними и нижними платами, в которых колонна защемляется.
Известна пространственная фундаментная платформа под агрегаты с динамической нагрузкой для строительства на слабых и вечномерзлых грунтах (патент №50553, 7 E02D 27/34, 27/35, опубл. 20.01.2006 г., БИ №2), включающая плитные элементы сплошного расположения, конструкция пространственной фундаментной платформы формообразована из объединенных между собой верхних и нижних железобетонных тонких ребристых плит, соединенных между собой системой перекрестных железобетонных балок двутавровых профилей, например, ферм или металлических пространственных шпренгелей, которые образуют вентилируемое подполье с возможностью засыпки его уплотненным грунтом для увеличения присоединенной массы к фундаменту, причем фундаментная платформа устанавливается на выровненное основание без заглубления в грунт.
Недостатками данных конструкции является то, что пространственная фундаментная платформа, используя слабые свойства грунтов, оказывает на них небольшое давление, но не укрепляет слабый грунт, не улучшает условия его работы. В краевых зонах опирания пространственной фундаментной платформы слабый грунт может выпираться из-под пространственной фундаментной платформы и могут создаваться неравномерные осадки основания, а при сейсмических воздействиях создаваться из-за этого ненадежные условия.
Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, является монолитная пространственная фундаментная платформа (см. патент №45410 7 E02D 27/32, 27/34, 27/35, опубл. 10.05.2005, Бюл. №13). Монолитная пространственная фундаментная платформа выполнена из двух тонких железобетонных фундаментных плит сплошного сечения, расположенных одна над другой. Тонкие плиты монолитно скреплены между собой перекрестными железобетонными балками, пространство между которыми заполняется утеплителем, например, керамзитом. Между монолитной пространственной фундаментной платформой и основанием установлен скользящий слой из материалов с низким значением коэффициента трения.
Недостатки данной конструкции аналогичны описанному выше, т.е. пространственная фундаментная платформа, используя слабые свойства грунтов, оказывает на них небольшое давление, но не укрепляет слабый грунт, не улучшает условий для его работы. В краевых зонах опирания пространственной фундаментной платформы слабый грунт может выпираться из-под пространственной фундаментной платформы и могут создаваться неравномерные осадки основания, а при сейсмических воздействиях создаваться из-за этого ненадежные условия. Предлагаемая полезная модель лишена этих недостатков.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, это повышение надежности конструкции здания или сооружения путем создания выгодных условий для работы слабых грунтов и повышенной сейсмоустойчивости в сейсмических зонах.
Задача решается следующим образом.
Пространственная фундаментная платформа под здания и сооружения для строительства на слабых, просадочных, пучинистых грунтах и в сейсмических зонах, содержащая тонкие железобетонные фундаментные плиты сплошного сечения, расположенные одна над другой, скрепленные между собой перекрестными железобетонными балками, пространство между которыми заполняется утеплителем, например, керамзитом, с верхним строением пространственная фундаментная платформа жестко соединена и образует замкнутое здание, которая по периметру жестко присоединена с заглубленными в грунт железобетонными панелями типа «стена в грунте, при этом с наружной стороны вокруг заглубленных железобетонных панелей в виде «стена в грунте» сделан воздушный зазор или с наружной стороны вокруг заглубленных железобетонных панелей в виде «стена в грунте» вместо воздушного зазора выполнена засыпка из мягкого грунта. А между его противоположными стенами в грунте имеется натяжное устройство.
В предлагаемой полезной модели повышается надежность сейсмостойкость не только за счет уменьшения давления на грунт, но и за счет упрочнения грунта под пространственной фундаментной платформой, взятого в «обойму». Устройство воздушного зазора или «мягкой» засыпки снижает горизонтальные сейсмические воздействия на фундамент и, следовательно, на все строение. Созданная пространственная фундаментная платформа вместе с надфундаментным строением образует замкнутое здание или сооружение, которое обладает повышенной надежностью и сейсмостойкостью при различных, в том числе сейсмических воздействиях.
Предлагаемая полезная модель поясняется фигурой:
Фиг.1 - общий вид пространственной фундаментной платформы под здания и сооружения для строительства на слабых, просадочных, пучинистых грунтах и в сейсмических зонах.
Верхнее строение в виде здания или сооружения 1 объединено с пространственной фундаментной платформой 2 и образует замкнутое здание.
Пространственная фундаментная железобетонная платформа 2 не заглублена в грунт. По контуру пространственной фундаментной платформы 2 с ней жестко закреплены железобетонные панели, заглубленные в грунт в виде «стена в грунте» 3, вокруг которых с наружной стороны выполнен воздушный зазор 4 или выполнена засыпка из мягкого грунта. Грунт 5 между заглубленными железобетонными панелями и за их пределами, грунт 6 в естественном состоянии. Между противоположными «стенами в грунте» имеется натяжное устройство 7.
Сборка здания или сооружения осуществляется следующим образом.
Вокруг здания замкнутого типа на выровненной поверхности слабого грунта по периметру пространственной фундаментной платформы 2 отрывается траншея, в которой устанавливаются железобетонные панели 3 типа «стена в грунте», которые затем жестко закрепляются с пространственной фундаментной платформой 2. Между противоположными «стенами в грунте» устанавливается натяжное устройство 7. Осуществляется засыпка мягкого грунта 4 в траншеи или оставляется воздушный зазор 4, который закрывается крышкой.
В средней зоне под пространственной фундаментной платформой 2 грунт находится в выгодных стесненных условиях даже без железобетонных панелей «стены в грунте» за счет бокового сопротивления (отпора) окружающих его крайних зон грунта. При наличии «стены в грунте» этот эффект усиливается и создается также и для крайних зон (благодаря отпору панелей), тем самым увеличивает надежность работы всей конструкции в сейсмических зонах. Таким образом грунт под пространственной фундаментной платформой укреплен, его несущие способности увеличены и тем самым повышена надежность всего строения, не расползается и при колебаниях не проседает.