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. Металлический фундамент мелкого заложения, состоящий из металлических элементов и деталей, содержит горизонтальный опорный элемент и закрепленные на нем сверху вертикальные ребра жесткости, несущие установленные выше опорные детали для конструкций надземной части здания. Металлический фундамент мелкого заложения может быть снабжен распределительными элементами для объединения его в совместную работу со смежными металлическими фундаментами мелкого заложения. Полости, образованные элементами и деталями металлического фундамента мелкого заложения, могут быть забетонированы. Элементы и детали металлического фундамента мелкого заложения могут быть защищены антикоррозийным покрытием. Изобретение обеспечивает 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.
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.
1. Металлический фундамент мелкого заложения, состоящий из металлических элементов и деталей, отличающийся тем, что он содержит горизонтальный опорный элемент и закрепленные на нем сверху вертикальные ребра жесткости, несущие установленные выше опорные детали для конструкций надземной части здания.
2. Металлический фундамент по п.1, отличающийся тем, что он снабжен распределительными элементами для объединения его в совместную работу со смежными металлическими фундаментами мелкого заложения.
3. Металлический фундамент по п.1, отличающийся тем, что полости, образованные его элементами и деталями, забетонированы.
4. Металлический фундамент по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что его элементы и детали защищены антикоррозийным покрытием.
