Плитно-рамный фундамент для малоэтажного строительства на слабых грунтах
Владельцы патента RU 2496943:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)
Изобретение относится к строительству фундаментов малоэтажных зданий на слабых грунтах, которые характеризуются с одной стороны небольшим весом малоэтажного здания, а с другой стороны - слабыми несущими свойствами основания. Плитно-рамный фундамент для малоэтажного строительства на слабых грунтах включает ленточный железобетонный фундамент под всеми несущими стенами здания из плит заводского изготовления, связанных между собой и объединенных в систему перекрестных лент, уложенных на выровненное основание на гидроизоляционном слое в виде пленки под все здание, каждая из плит выполнена с сечением замкнутой формы с расположенным внутри утеплителем, а пространство между плитами рамы заложено земляной массой и слоем утеплителя поверху, образующим несущую конструкцию пола первого этажа. Плиты ленточного железобетонного фундамента под всеми несущими стенами выполнены в виде оболочки трапецеидальной жесткой формы сечения пространственного и замкнутого типа, образованной из верхней и нижней плит пространственного типа, соединенных между собой. Нижняя плита выполнена шире верхней и снабжена по длине бортами. Верхняя плита выполнена с наклонными ребрами. В бортах и в нижней части наклонных ребер выполнены пазы, в которых замоноличены шпонки, с помощью которых верхняя и нижняя плиты соединены между собой, а в местах стыков плиты снабжены выпусками арматуры для стыковки с арматурой соседних элементов с замоноличиванием узла. Технический результат состоит в повышении эффективности плитно-рамного фундамента за счет повышения жесткости, улучшения теплозащитных свойств, снижении материалоемкости и трудозатрат при изготовлении, обеспечении надежности эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к строительству фундаментов малоэтажных зданий на слабых грунтах, которые характеризуются, с одной стороны, небольшим весом малоэтажного здания, а с другой стороны, - слабыми несущими свойствами основания (менее 1 кг/м2).
В традиционных решениях, согласно строительным правилам СП-50-101-2004 п.8.3, указывается, что «в сложных инженерно-геологических условиях (специфические грунты, высокий уровень подземных вод и др.) могут быть использованы типы фундаментов, указанные в п.8.2 б и в», т.е. «фундаменты на локально уплотненных основаниях (в вытрамбованных или выштампованных котлованах, забивные блоки и др.), короткие сваи». В п.8.9 этого же СП указано: «сборно-монолитные и монолитные фундаменты всех стен должны быть жестко связаны между собой и объединены в систему перекрестных лент». К специфическим грунтам относятся также насыпные, обводненные, заторфованные и др.
Известен столбчато-ленточный фундамент, включающий столбы, заложенные на глубину промерзания, и ленту-ростверк, соединяющую верхние оголовки столбов в единую конструкцию. Отличительная особенность такого фундамента - наличие воздушного зазора 10…15 см под лентой. Снаружи зазор закрыт отмосткой, не связанной с лентой-ростверком. При устройстве фундамента на пучинистых грунтах воздушный зазор компенсирует расширение пучинистого грунта, а на непучинистых - обеспечивает «мягкое» опирание дома на основание. (Яковлев Р.Н. Универсальный фундамент. Технология ТИСЭ, 2006 г.).
Известен незаглубленный фундамент, уложенный на локально уплотненном основании, выполненный в виде железобетонного или бетонного элемента, размещенного на подушке из непучинистого материала - песка крупного и средней крупности, мелкого щебня и т.п. Этим материалом заполняют (с послойным уплотнением, как при устройстве подушки) и пазухи траншеи. Элементы фундамента соединены между собой сваркой или скрутками через выпуски арматуры, заполнены бетоном и образуют сборно-монолитную горизонтальную раму, перераспределяющую неравномерные деформации грунта (Боданов Ю.Ф. Фундамент от А до Я. Москва, 2005 г. рис.39, с.75).
Известен мелкозаглубленный фундамент, который представляет собой бетонный или железобетонный элемент, уложенный, как правило, на подушку или подсыпку из непучинистого материала, которые уменьшают перемещения фундамента как в период промерзания грунта, так и при его оттаивании. В качестве материала подсыпки для устройства подушки может быть использован песок гравелистый, крупный или средней крупности, мелкий щебень, котельный шлак, а также непучинистые грунты (ВСН 29-85. Проектирование мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных сельских зданий на пучинистых грунтах. Москва 1985 г. Пункт 3.2-3.4, рис.2).
Недостатками приведенных известных аналогов фундаментов являются: недостаточная надежность для строительства на слабых, просадочных, пучинистых грунтах и в сейсмических зонах по причине чувствительности к неравномерным деформациям грунта; существенные теплопотери через фундамент; повышенная материалоемкость и высокие трудозатраты, связанные с упрочнением основания и использованием специализированной техники.
Известен фундамент для малоэтажного строительства на слабых грунтах, принятый в качестве прототипа, включающий ленточный железобетонный фундамент под всеми несущими стенами здания, из связанных между собой и объединенных в систему перекрестных лент, при этом фундамент для малоэтажного строительства в монолитном или сборно-монолитном исполнении выполнен в виде плитно-рамного фундамента под всеми несущими стенами здания, уложен на выровненное основание без его усиления специальными средствами на гидроизоляционном слое в виде пленки под все здание, включая отмостку, поперечное сечение элементов плитно-рамного фундамента имеет замкнутую коробчатую форму, состоящую из верхних и нижних железобетонных плит, объединенных с крайними боковыми и средним утолщенным ребрами, между которыми уложен плитный утеплитель, выступающая часть плитно-рамного фундамента за плоскости наружных стен выполняет роль цоколя и состыкована с отмостками, уложенными на утепленное основание в случае пучинистых грунтов, пространство между элементами рамы заложено земляной массой и слоем утеплителя поверху, образующим несущую конструкцию пола первого этажа, причем в сборно-монолитном исполнении элементы плитно-рамного фундамента выполнены в заводском исполнении как сборные с выпусками арматуры для стыковки с арматурой соседних элементов с замоноличиванием узла (патент №105637 U1, дата приоритета 11.01.2011, дата публикации 20.06.2011, авторы Абовский Н.П. и др., RU, прототип).
Недостатками прототипа являются: недостаточная жесткость рамы для обеспечения малой чувствительности к неравномерным деформациям грунта из-за прямоугольного поперечного сечения элемента плитно-рамного фундамента; низкие теплозащитные свойства, обусловленные наличием перегородки в упомянутом сечении элемента, выполненной в виде утолщенного ребра; повышенный расход бетона на выполнение элемента прямоугольного сечения с утолщенным средним ребром при увеличении высоты для обеспечения достаточной жесткости.
Задачей изобретения является повышение эффективности плитно-рамного фундамента для малоэтажного строительства на слабых грунтах за счет повышения жесткости, улучшения теплозащитных свойств, снижения расхода бетона и железобетона, а также трудозатрат при изготовлении, и обеспечения надежности эксплуатации.
Для решения поставленной задачи в плитно-рамном фундаменте для малоэтажного строительства на слабых грунтах, включающем ленточный железобетонный фундамент под всеми несущими стенами здания из плит заводского изготовления, связанных между собой и объединенных в систему перекрестных лент, уложенных на выровненное основание на гидроизоляционном слое в виде пленки под все здание, каждая из плит выполнена с сечением замкнутой формы с расположенным внутри утеплителем, а пространство между плитами рамы заложено земляной массой и слоем утеплителя поверху, образующим несущую конструкцию пола первого этажа, согласно изобретению, плиты ленточного железобетонного фундамента под всеми несущими стенами выполнены в виде оболочки трапецеидальной жесткой формы сечения пространственного и замкнутого типа, образованной из верхней и нижней плит пространственного типа, соединенных между собой, при этом нижняя плита выполнена шире верхней и снабжена по длине бортами, а верхняя плита выполнена с наклонными ребрами, причем в бортах и в нижней части наклонных ребер выполнены пазы, в которых замоноличены шпонки, с помощью которых верхняя и нижняя плиты соединены между собой, а в местах стыков плиты снабжены выпусками арматуры для стыковки с арматурой соседних элементов с замоноличиванием узла.
Согласно изобретению, пространство внутри оболочки трапецеидальной жесткой формы заполнено утеплителем любого типа.
Эффективность заявляемого плитно-рамного фундамента для малоэтажного строительства на слабых грунтах основана на всех преимуществах, присущих прототипу по сравнению с известными аналогами, а повышение его эффективности обусловлено изменением формы поперечного сечения плит фундамента в виде оболочки трапецеидальной жесткой формы пространственного и замкнутого типа. Вследствие изменения формы поперечного сечения плиты решен вопрос материалоемкости, так как в результате того, что были убраны неэффективные зоны, была снижена площадь сечения, а, следовательно, и сама материалоемкость. Предложенная форма поперечного сечения также более выгодна с точки зрения теплозащитных функций и конструктивной передачи усилий.
Выполнение плит заявляемого плитно-рамного фундамента для малоэтажного строительства на слабых грунтах в виде оболочки трапецеидальной жесткой формы сечения пространственного и замкнутого типа, образованной из верхней и нижней плит, скрепленных между собой путем бетонированием пазов шпонок и пространства между пазами, представляет собой более простую удобную конструкцию при изготовлении. Данная конструкция фундамента позволяет использовать плитный утеплитель и прочие виды утеплителя, у которых отсутствуют прочностные свойства. Таким образом, данная конструкция способствует повышению эффективности плитно-рамного фундамента для малоэтажного строительства на слабых грунтах за счет снижения трудозатрат при строительстве фундамента на слабых и пучинистых грунтах, повышения жесткости, надежности эксплуатации, улучшения теплозащитных свойств и снижения расхода бетона и железобетона.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен фрагмент сечения фундамента; на фиг.2 - сборка плиты фундамента, на фиг.3 - общий вид фундамента, аксонометрия.
Плитно-рамный фундамент для малоэтажного строительства на слабых грунтах выполнен под всеми несущими стенами здания 1 и состоит из плит, выполненных в виде оболочки трапецеидальной жесткой формы сечения пространственного и замкнутого типа, образованной из верхней плиты 2 и нижней плиты 3 пространственного типа, соединенных между собой. При этом нижняя плита 3 выполнена шире верхней плиты 2 и снабжена по длине бортами 4. Верхняя плита 2 выполнена с наклонными ребрами 5. В бортах 4 и в нижней части наклонных ребер 5 выполнены пазы 6, в которых замоноличены шпонки 7, с помощью которых верхняя 2 и нижняя 3 плиты соединены между собой. При этом пространство между верхней 2 и нижней 3 плитами заполнено утеплителем 8 любого типа. В местах стыков плиты снабжены выпусками арматуры 9 для стыковки с арматурой соседних элементов с замоноличиванием узла.
Плитно-рамный фундамент для малоэтажного строительства на слабых грунтах, уложен на выровненное основание 10 на гидроизоляционном слое 11 в виде пленки под все здание. Пространство между плитами фундамента заложено земляной массой 12 и слоем утеплителя 13 поверху, образующим несущую конструкцию пола 14 первого этажа.
Все элементы ленточного железобетонного фундамента выполнены в заводском исполнении с установкой монтажных петель 15 в нижней плите 3.
Производство работ по устройству плитно-рамного фундамента для малоэтажного строительства на слабых грунтах осуществляется следующим образом.
На выровненное основание 10 укладывается несколько слоев гидроизоляционной пленки 11 с низким коэффициентом трения под всю площадь малоэтажного здания. На гидроизоляционную пленку 11 под несущие стены малоэтажного здания укладываются элементы нижней плиты 3 пространственного типа, на них устанавливается, например плитный утеплитель 8, а затем на нижнюю плиту 3 укладывается верхняя плита 2 и выполняется их соединение путем замоноличивания шпонок 7 в пазах 6, выполненных в бортах 4 и в нижней части наклонных ребер 5. В местах стыков плит соединяют выпуски арматуры 9 соседних элементов и выполняют замоноличивание узлов.
Пространство между плитами фундамента с внутренней стороны закладывают земляной массой 12 и слоем утеплителя 13 поверху, образующим несущую конструкцию пола 14 первого этажа.
При необходимости для хозяйственных и эксплуатационных нужд в промежутке между рамными элементами может быть устроено подземное помещение (техническая полость), имеющая независимые конструктивные решения от плитно-рамного фундамента. Это очень важно для слабых грунтов, так как помещение фактически находится в выгодных утепленных условиях и используется для хозяйственных нужд.
Технико-экономическое преимущество плитно-рамного фундамента для малоэтажного строительства на слабых грунтах
Применение фундамента для малоэтажного строительства на слабых грунтах позволяет строить в сложных грунтовых условиях (на весьма слабых, просадочных, пучинистых грунтах и др.) без предварительного упрочнения грунта, используя естественные свойства грунтов, совмещающие конструктивные и функциональные свойства и обеспечивающие прочность, жесткость, позволяет использовать любой утеплитель. За счет пространственного рационального формообразования повышается изгибная жесткость, благодаря этому конструкция становится малочувствительной к неравномерным деформациям основания, тем самым повышается надежность эксплуатации без предварительных значительных земляных работ и устройства подушки.
Данная конструкция способствует сокращению трудозатрат и снижению себестоимости строительства за счет сокращения объема земляных работ, которые сведены к минимуму, так как не требуется устройство земляной подушки и использование специализированной техники.
Данная конструкция способствует улучшению теплозащитных свойств за счет снижения теплопотерь через пол и фундамент на 10-15%. Утеплитель защищен от влаги и разрушения, т.е. обеспечена его долговечность, а, значит, надежная защита грунта от морозного пучения. Кроме того, утепленная масса грунта образует несущую конструкцию фундамента пола.
Скользящий слой в виде нескольких слоев пленки под фундаментной системой выполняет гидроизоляционные функции, создает возможность проскальзывания мощной сейсмической волны под фундаментом.
Таким образом, данная конструкция фундамента из плит в виде оболочки трапецеидальной жесткой формы сечения пространственного и замкнутого типа для малоэтажного строительства на слабых грунтах является эффективной и обладает надежностью, долговечностью, экономичностью.
1. Плитно-рамный фундамент для малоэтажного строительства на слабых грунтах, включающий ленточный железобетонный фундамент под всеми несущими стенами здания из плит заводского изготовления, связанных между собой и объединенных в систему перекрестных лент, уложенных на выровненное основание на гидроизоляционном слое в виде пленки под все здание, каждая из плит выполнена с сечением замкнутой формы с расположенным внутри утеплителем, а пространство между плитами рамы заложено земляной массой и слоем утеплителя поверху, образующим несущую конструкцию пола первого этажа, отличающийся тем, что плиты ленточного железобетонного фундамента под всеми несущими стенами выполнены в виде оболочки трапецеидальной жесткой формы сечения пространственного и замкнутого типа, образованной из верхней и нижней плит пространственного типа, соединенных между собой, при этом нижняя плита выполнена шире верхней и снабжена по длине бортами, а верхняя плита выполнена с наклонными ребрами, причем в бортах и в нижней части наклонных ребер выполнены пазы, в которых замоноличены шпонки, с помощью которых верхняя и нижняя плиты соединены между собой, а в местах стыков плиты снабжены выпусками арматуры для стыковки с арматурой соседних элементов с замоноличиванием узла.
2. Плитно-рамный фундамент по п.1, отличающийся тем, что пространство внутри оболочки трапецеидальной жесткой формы заполнено утеплителем любого типа.
