КРЕСТООБРАЗНЫЙ ФУНДАМЕНТ С ВЫСТУПОМ ПО ПОДОШВЕ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к возведению фундаментов на естественном основании при строительстве зданий и сооружений различного назначения.
Известна конструкция монолитного фундамента под колонну (В.А.Веселов «Проектирование оснований и фундаментов», - М., Стройиздат, 1990, с.134). Она включает плитную часть квадратной или прямоугольной формы, передающую нагрузку на грунт, и подколенник, который стыкуется с колонной.
Наиболее близким к полезной модели аналогом (прототипом) является конструкция столбчатого фундамента крестообразной формы с вырезами по краям (Е.А.Сорочан «Фундаменты промышленных зданий», - М., Стройиздат, 1986, с.48).
Недостатками этих конструкций фундаментов является низкая несущая способность и повышенная материалоемкость.
Технический результат заключается в снижении материалоемкости и повышении несущей способности на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок.
Р
P
Технический результат достигается тем, отношение размеров вырезов b к полному размеру подошвы b составляет b/b=0,33, а в центральной части подошвы фундамента выполнен выступ.
Полезная модель поясняется чертежами:
на фиг.1 изображен крестообразный фундамент в плане;
на фиг.2 показан разрез крестообразного фундамента с выступом по подошве;
на фиг.3 расчетная схема метода конечных элементов крестообразного фундамента с выступом по подошве;
на фиг.4. приведены графики зависимости осадки от нагрузки S=f(P) для фундаментов квадратной и крестообразной формы:
P
1 - квадратный фундамент; 2, 3 - крестообразный фундамент с отношением b/b равным соответственно 0,25 и 0,33;
P
на фиг.5 показан график зависимости осадки крестообразного фундамента от отношения размеров вырезов к полному размеру подошвы b/b.
Крестообразный отдельностоящий фундамент 1 на естественном основании под колонну содержит выступ 2 в центральной части подошвы 3. После устройства котлована и выравнивания основания 4 устраивается выступ 2 в монолитном или сборном исполнении. Затем сверху устанавливается конструкция крестообразного фундамента 1 с ребрами жесткости 5 на консольных элементах фундаментной конструкции.
В зоне вырезов между смежными гранями фундамента создается арочный эффект 6 в грунте, который приводит к увеличению несущей способности за счет включения в работу большего объема грунта в основании.
Значения изгибающих моментов по подошве фундамента можно уменьшить путем трансформации эпюры контактных давлений. Характер эпюры давлений можно изменить, устраивая выступ в центральной части, на который опирается крестообразный фундамент. В начальный момент нагрузка, действующая на крестообразный фундамент, передается на грунт через выступ на участке меньшей ширины подошвы. По мере возрастания нагрузки на фундамент, давление на основание будет равномерно распределяться по всей ширине подошвы фундамента. Таким образом, наличие выступа трансформирует эпюру контактных давлений по подошве, приводит к их концентрации в центральной части подошвы фундамента.
Исследование напряженно-деформированного состояния основания крестообразного фундамента с выступом по подошве произведено методом конечных элементов в упругопластической постановке (фиг.3). Поставленная задача решалась с использованием геотехнического комплекса PLAXIS в пространственной постановке. Прогноз осадок и несущей способности основания выполнен с учетом образования зон предельного равновесия в активной зоне крестообразных фундаментов. В результате расчетов построены графики зависимости осадки от нагрузки S=f(P) (фиг.4) для квадратного и крестообразного фундамента с выступом по подошве (грунт связный). Расчеты показали, что в зависимости S=f(P) носят нелинейный характер.
P
P
Установлено влияние размеров вырезов b/b в крестообразном фундаменте на осадки и несущую способность основания (фиг.5). Наибольший эффект снижения осадки крестообразного фундамента достигается при отношении b/b=0,33.
P
Построены изолинии вертикальных и горизонтальных перемещений, главных напряжений, деформаций сдвига, векторов перемещений, зон пластических деформаций в основании крестообразных фундаментов с выступом по подошве при различных значениях b/b.
P
Установлено, что изолинии вертикальных перемещений для фундаментов квадратной и крестообразной формы подошвы вытянуты вдоль вертикальной оси. Наибольшие значения вертикальных перемещений расположены в области, примыкающей к подошве фундамента. С глубиной быстрее затухают послойные перемещения для крестообразного фундамента с b/b=0,33.
Характер изменения горизонтальных перемещений для крестообразных фундаментов показывает, что максимальные горизонтальные перемещения формируются в области отстоящей от оси фундамента на расстоянии (0,7-0,8)b на глубине z=(0,5-1,0)b. Наибольшие значения горизонтальных перемещений грунта в основании крестообразного фундамента в 1,25-1,30 раза меньше значений горизонтальных перемещений в активной зоне фундамента квадратной формы подошвы.
Проведенными исследованиями установлено, что наибольшие вертикальные напряжения возникают в области основания, примыкающей к подошве фундамента. Форма подошвы оказывает существенное влияние на характер распределения напряжений в приконтактной зоне, с глубины (1,7-2,0)b напряженное состояние несущественно зависит от формы подошвы.
Изменение формы подошвы крестообразных фундаментов сказывается на зарождении и развитии зон пластических деформаций в активной зоне. Зоны пластических деформаций зарождаются в области, примыкающей к подошве при Р=0,05 МПа и с увеличением нагрузки на фундамент развиваются в стороны и вниз.
Использование полезной модели позволяет увеличить удельную несущую способность на вертикальную и горизонтальную нагрузку, сократить расход цемента, металла на 15-30%, снизить осадки фундамента на 12-20%.