Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННЫЙ ФУНДАМЕНТ
ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННЫЙ ФУНДАМЕНТ

ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННЫЙ ФУНДАМЕНТ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к строительству, а именно к возведению зданий и сооружений на промерзающих пучинистых грунтах. Технический результат заключается в обеспечении возможности заложения фундамента выше расчетной глубины промерзания пучинистых грунтов и передачи нагрузки по всей поверхности фундамента, чем обеспечивается сокращение объемов земляных работ и материалоемкости фундамента. Теплоизолированный фундамент на промерзающем грунте включает жесткое тело с выступами и штрабами со стороны, обращенной к грунту, и вкладышами в штрабах фундамента из материала, имеющего модуль деформации, отличный от модуля деформации материала выступов, причем вкладыши в штрабах выполнены из теплоизоляционного материала, например пенополистирола. Соотношение площадей выступов и штраб принимают таким, чтобы давление, передаваемое на грунт по нижней поверхности выступов, было не менее величины нормального давления морозного пучения грунта. Одновременно должна быть обеспечена прочность теплоизолирующего материала, а осадки фундамента должны определяться с учетом повышенной сжимаемости теплоизолирующего материала. В частном случае, когда давление на грунт не превышает прочности теплоизолирующего материала, площадь штраб со вкладышами принимается равной общей площади фундамента. 1 з.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2135693
Класс(ы) патента: E02D27/01, E02D27/35
Номер заявки: 98109167/03
Дата подачи заявки: 07.05.1998
Дата публикации: 27.08.1999
Заявитель(и): Открытое акционерное общество "Уральский научно- исследовательский центр по архитектуре и строительству"
Автор(ы): Лушников В.В.; Оржеховский Ю.Р.
Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество "Уральский научно- исследовательский центр по архитектуре и строительству"
Описание изобретения: Изобретение относится к области строительства и используется при сооружении зданий и сооружений на промерзающих пучинистых грунтах.
Известен фундамент, включающий размещенную на грунте плиту с вкладышем на безопорном участке ее площади, обращенной к грунту, причем вкладыш выполнен из теплоизоляционного материала и размещается также за пределами площади фундамента, а нагрузка от фундамента на грунт передается через несущие элементы, например, сваи ("Стальные сваи ТТ40, ТТ50, ТТ60 и ТТ70". Проспект RTG (16)-32615 Фирмы "Суомен Теряспаалутус", 1991)
Недостаток фундамента состоит в том, что вкладыш выполняет только функции теплоизоляции грунта под фундаментом и не используется для передачи нагрузки на грунт, что увеличивает материалоемкость фундамента.
Наиболее близким к заявляемому объекту техническим решением является фундамент на промерзающем грунте, включающий жесткое тело с выступами и штрабами со стороны, обращенной к грунту, и вкладышами в штрабах фундамента из материала, имеющего модуль деформации, отличный от модуля деформаций материала выступов (SU 1539211, МКИ 4 E 02 D 27/01 "Фундамент на естественном основании").
Недостаток фундамента - прототипа состоит в невозможности устройства его на промерзающих пучинистых грунтах выше расчетной глубины промерзания.
Цель заявленного изобретения состоит в обеспечении возможности заложения фундамента выше расчетной глубины промерзания пучинистых грунтов и передачи нагрузки по всей поверхности фундамента, чем обеспечивается сокращение объемов земляных работ и материалоемкости фундамента.
Поставленная цель достигается тем, что в фундаменте на промерзающем грунте, включающем жесткое тело с выступами и штрабами со стороны, обращенной к грунту, и вкладышами в штрабах фундамента из материала, имеющего модуль деформации, отличный от модуля деформации материала выступов, согласно изобретению, вкладыши в штрабах выполнены из теплоизоляционного материала, например, пенополистирола, причем соотношение площадей выступов и штраб принимается из условий:
- давление на грунт по нижней поверхности выступов Pвс должно быть не менее величины нормального давления морозного пучения грунта Pнорм
Pвс ≥ Pнорм (1)
- давление на грунт по нижней поверхности вкладышей Pвк должно быть не более величины расчетного сопротивления материала вкладышей на сжатие Rсж.
Pвк ≅ Rсж (2)
- осадка фундамента, вычисляемая с учетом сжимаемости вкладышей в штрабах S, не должна превышать нормируемой предельной допустимой для фундамента осадки Sпред.
S ≅ Sпред (3)
Кроме того, согласно изобретению, площадь штраб со вкладышами Aвк может быть принята равной общей площади фундамента A
Aвк = A (4)
Толщина вкладыша в штрабах Hвк устанавливается по теплотехническому расчету из условия недопущения промораживания грунта через тело фундамента в пределах вкладышей. При этом начальная толщина вкладыша Hвк должна быть увеличена на величину сжатия вкладыша при последующем приложении нагрузки.
В предлагаемом фундаменте промораживание становится возможным только через тело выступов. Устойчивость фундамента при действии нормальных сил морозного пучения в промерзающем грунте обеспечивается тем, что передаваемое на грунт давление в пределах выступов Pвс принимается таким, чтобы оно было не менее величины нормального давления морозного пучения грунта Pнорм. Это требование отражает условие (1). Известно, что при давлении по подошве фундамента, превышающем Pнорм, деформации пучения не проявляются.
Одновременно давление на грунт в пределах вкладышей в штрабах Pвк не должно превышать расчетного сопротивления материала вкладышей Rсж, чем в соответствии с условием (2) обеспечивается требование прочности материала вкладышей.
Наличие вкладышей в штрабах фундамента, выполняемых, как правило, из более сжимаемого, чем у фундамента, материала, предопределяет образование осадки фундамента, превышающей среднюю осадку сплошного фундамента без учета сжимаемости вкладышей, вычисленную в предположении опирания его непосредственно на грунт Sср. Поэтому условие (3) определяет Sср. Поэтому условие (3) определяет требование проверки возможной осадки фундамента с учетом сжимаемости материала вкладышей.
В предельном случае возможна ситуация, когда при выполнении условий (2) и (3) суммарная площадь штраб со вкладышами Aвк может быть согласно условию (4) принята равной общей площади фундамента A. При этом фундамент превращается в жесткое тело с плоской подошвой и со сплошной теплоизолирующей прокладкой между грунтом и подошвой фундамента, через которую нагрузка, действующая на фундамент, передается на грунт.
Совокупность сформулированных предложений обеспечивает реализацию поставленной цели - сокращения объемов земляных работ и материалоемкости фундамента за счет обеспечения возможности заложения фундамента выше расчетной глубины промерзания пучинистых грунтов и передачи нагрузки по всей поверхности фундамента - как через тело выступов, так и через тело вкладышей.
При анализе уровня техники не выявлен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого решения, т.е. оно отвечает требованиям новизны.
Не выявлены также признаки, являющиеся отличительными в заявляемом решении, т.е. оно отвечает требованию изобретательского уровня.
Существо изобретения поясняется чертежами: на фиг. 1 изображен теплоизолированный фундамент, нагруженный нагрузкой N и заглубленный в грунт на глубину D, на фиг. 2 изображены эпюры распределения давлений на грунт по его подошве.
Фундамент (фиг. 1) включает жесткое тело 1, выполненное из железобетона, с выступами 2 и штрабами 3 со стороны, обращенной к грунту, и вкладышами 4 из пенополистирола, размещенного в штрабах 3 и на некотором удалении за пределы фундамента 5. Вкладыши 4 имеют модуль деформации Eвк, отличный от модуля деформации материала выступов 2 - железобетона, и защищаются от воздействия подземных вод, например, путем обмазки горячим битумом.
Для примера, иллюстрирующего существо изобретения, приняты следующие исходные данные:
- нагрузка на фундамент (с учетом его веса) N = 1100 кН;
- площадь подошвы фундамента (длиной L = 2,5 м и шириной B = 2,0 м) A = 5,0 м2;
- среднее давление на грунт по нижней поверхности фундамента в целом Pср = 0,22 МПа;
- глубина заложения фундамента D = 0,50 м;
- модуль деформации материала вкладышей 3 в штрабах 2 (пенополистирола) Eвк = 1 МПа;
- расчетная толщина вкладышей 3 Hвк = 0,1 м;
- расчетное сопротивление пенополистирола Rсж = 0,2 МПа;
- расчетная глубина промерзания грунта Df = 1,9 м;
- нормальное давление морозного пучения Pнорм = 0,3 МПа;
- расчетное сопротивление грунта Rгр = 0,32 МПа;
- средняя осадка сплошного фундамента без учета сжимаемости вкладышей Sср = 2,89 см;
- коэффициент жесткости грунтового основания (отношение Pср/Sср) Kо = 7,61 МПа/м
Для выбора рационального соотношения α = Aвс/A площадей выступов 2-Aвс к общей площади фундамента A выполнены вычисления давлений на грунт по нижней поверхности выступов 2-Pвс и вкладышей 4-Pвк, а также возникающих осадок фундамента с учетом сжимаемости вкладышей 4 S. Вычисления выполнены по формулам:



Результаты вычислений при различных значениях относительной площади выступов (α) представлены в таблице.
Из таблицы следует, что оптимальным является соотношение α = Aвс/A, равное 0,3 и отмеченное звездочкой *). При этом наибольшее давление на грунт по нижней поверхности выступов Pвс = 316 кПа не превышает расчетного сопротивления грунта Rгр = 320 кПа, а также выполняются условия, определенные формулами:
(1): Pвс = 316 > Pнорм = 300 кПа;
(2): Pвк = 179 < Pсж = 200 кПа;
(3): S = 4,14 < Sпред = 10 см
Размеры фундамента, приведенные на фиг. 1, обеспечивают указанное соотношение α = Aвс/A = 0,3..
Распределение давлений по подошве фундамента при принятом значении α = 0,3 показано на фиг. 2 в виде эпюр, 6 - давление по поверхности вкладышей Pвк, 7 - давление по поверхности выступов Pвс, 8 - среднее давление по поверхности фундамента в целом Pср.
Таким образом, предъявляемые требования к проектированию фундаментов в рассмотренном примере удовлетворяются.
Преимущества предлагаемого решения фундамента на промерзающих пучинистых грунтах состоят:
- по сравнению с фундаментом - аналогом (1) - в обеспечении возможности передачи нагрузки на грунт не только через несущие элементы, но также непосредственно через вкладыши, материалоемкость фундамента в рассмотренном примере уменьшается, в частности, за счет отказа от применения несущих элементов (например, свай);
- по сравнению с фундаментом - прототипом (2) - в обеспечении возможности заложения фундамента выше расчетной глубины промерзания пучинистых грунтов; в рассмотренном примере уменьшение глубины заложения с 1,9 м до 0,5 м приводит к сокращению объемов земляных работ в 7 раз (с 50 до 7 м3) и объема бетона в 1,8 раза (с 3,96 м3 до 2,16 м3). Кроме того, в рассматриваемом примере отношение суммарной ширины штраб к полной ширине фундамента составило 1,6/2,0 = 0,8 (см. фиг. 2), что выходит за пределы диапазона 0,5...0,7, указанного в фундаменте-прототипе (2). В соответствии с предлагаемым изобретением это отношение в пределе может быть увеличено до 1.
Формула изобретения: 1. Фундамент на промерзающем грунте, включающий жесткое тело с выступами и штрабами со стороны, обращенной к грунту, и вкладышами в штрабах фундамента из материала, имеющего модуль деформации, отличный от модуля деформации материала выступов, отличающийся тем, что вкладыши в штрабах выполнены из теплоизоляционного материала, например пенополистирола, причем соотношение площадей выступов и штраб принимается из условий: давление на грунт по нижней поверхности выступов Pвc должно быть не менее величины нормального давления морозного пучения грунта Pнорм
Pвс≥Pнорм;
давление на грунт по нижней повeрхности вкладышей Pвк должно быть не более величины расчетного сопротивления материала вкладышей на сжатие Rсж,
Pвк≅Rсж;
осадка фундамента, вычисляемая с учетом сжимаемости вкладышей в штрабах S, не должна превышать нормируемой предельно допустимой для фундамента осадки Sпред,
S≅Sпред.
2. Фундамент по п.1, отличающийся тем, что площадь штраб со вкладышами Aвк принимается равной общей площади фундамента А,
Aвк = А.