Узел шарнирного действия для фундаментной плиты с регулируемыми усилиями
Владельцы патента RU 2641357:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к строительству, а именно к фундаментам мелкого заложения для зданий и сооружений. Узел шарнирного действия для фундаментной плиты с регулируемыми усилиями включает ось вращения шарнирного узла, выполненного из стальной трубы с приваренными стальными пластинами, обклеенными вставками из пенопласта, приподнята относительно подошвы плиты на расстояние, равное половине высоты плиты. Технический результат состоит в снижении материалоемкости конструкции фундаментной плиты, уменьшении объема опалубочных работ. 7 ил.
Изобретение относится к строительству, а именно к фундаментам мелкого заложения для зданий и сооружений.
Известна конструкция фундаментной плиты (Руководство по проектированию плитных фундаментов каркасных зданий и сооружений башенного типа / НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. - М.: Стройиздат, 1984), выполненная в виде сплошной железобетонной плиты на грунтовом основании.
Недостатком указанной конструкции является значительная материалоемкость и, как следствие, стоимость.
Наиболее близким к изобретению техническим решением является фундаментная плита с регулируемыми усилиями, состоящая из секций, соединенных между собой шарнирами (SU 1035140 А, E02D 27/44, 15.08.1983, 3 с.), выполненными в виде гибкого элемента из балок и плит, либо в виде подкладной плиты.
Недостатком этого фундамента является расположение осей вращения шарниров у подошвы фундаментной плиты, что приводит к возникновению в плите значительных распоров и дополнительных изгибающих моментов, для компенсации которых тело плиты необходимо существенно доармировать.
Появление распоров в плите при расчленении ее на секции с помощью шарнирных соединений, установленных в уровне подошвы, объясним с помощью схемы, приведенной на фиг. 1, где изображен характер изгиба внутренней секции плиты с наложенными шарнирными связями фиг. 1,а и без них фиг 1,б. При изгибе согласно гипотезе Кирхгоффа-Лява (Тимошенко С.П., Войновский Кригер С. Пластины и оболочки. - М.: Гос. изд.-во физ.-мат. литературы, 1963) происходит поворот торцов секции вокруг оси, лежащей в упругой плоскости плиты. В случае отсутствия шарнирных связей торцы секции в уровне подошвы перемещаются на величину δ, как показано на фиг 1,б. Наложенные шарнирные связи препятствуют этому перемещению и в них возникает распор Н, указанный на фиг. 1,а. У крайних секций плиты распор уравновешивается пассивным отпором грунта и трением по подошве, как показано на схеме, представленной на фиг. 2, где En - равнодействующая сила пассивного отпора грунта на свободном торце секции, а Т - равнодействующая сопротивления трению по подошве секции.
Для доказательства того, что распоры значительны по величине рассмотрим плоскую расчетную схему секции фундаментной плиты с регулируемыми усилиями, изображенную на фиг. 3. Для упрощения доказательства считаем распределение давлений на грунт под секцией равномерным.
На фиг. 3,а показаны: 1 - секция фундаментной плиты, 2 - шарниры, 3 - упругая плоскость плиты, N - внешняя нагрузка на секцию, Н - распоры в шарнирах, р - реакция основания, b - ширина секции, h - высота плиты, е - эксцентриситет распора Н относительно упругой плоскости плиты.
На фиг 3,б показаны внешние нагрузки на секцию, приведенные к упругой плоскости плиты, где M=H⋅e=H⋅h/2 - дополнительный изгибающий момент в секции плитного фундамента, обусловленный распором Н.
Для определения распора составим условие равновесия (1) относительно точки А фрагмента секции, приведенного на фиг. 4,а, где М, Q, Н - уравновешивающие реакции отброшенной половины секции
При рассмотрении половины секции на ее грани действуют уравновешивающие реакции М, Н, которые можно заменить эквивалентным распором Н со смещением t (фиг. 4,б).
Тогда уравнение (1) можно записать в следующим виде:
Из уравнения (2) следует
К примеру, допустим нагрузка N=80 тс/м (800 кН/м), пролет b=6 м, высота плиты h=1 м, расстояние t=0,8 м. Вычисляем по (2) величину распора Н=800⋅6/(8⋅0.8)=750 кН/м. Дополнительный момент в секции плитного фундамента М=750⋅1/2=375 кН/м. Требуемая дополнительная арматура класса A-III для установки в верхней сетке плиты составит (Сорочан Е.А., Трофименков Ю.Г. Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения. М.: Стройиздат, 2007)
As=M/(0,9⋅h0⋅Rs)=375/(0,9⋅0,96⋅375000)=0,0011 м2 или 5 стержней с шагом 200 мм диаметром 18 мм, что весьма затратно.
Таким образом, наглядно продемонстрировано, что установка шарнирных узлов вблизи подошвы фундаментных плит с регулируемыми усилиями неэффективна и влечет за собой перерасход арматурной стали, весьма существенный.
Недостатком прототипа является также и то обстоятельство, что требуются большие дополнительные объемы работ по установке и разборке опалубки при членении сплошной фундаментной плиты на секции, благодаря чему стоимость строительства по данному виду работ возрастает в несколько раз.
Цель изобретения - снижение материалоемкости конструкции фундаментной плиты, уменьшение объема опалубочных работ.
На фиг. 5 изображена конструкция фундаментной плиты с регулируемыми усилиями, план; на фиг. 6 - продольный разрез 1-1, отмеченный на фиг. 5; на фиг. 7 - узел I, отмеченный на фиг. 4.
Узел I шарнирного действия вводится в местах действия максимальных пролетных изгибающих моментов и состоит из стальной трубы 1, к которой приварены стальные пластины 2, выполняющие роль несъемной опалубки, что существенно упрощает технологию бетонных работ и снижает их стоимость. Перед началом монолитных работ на стальные пластины 2 приклеиваются вставки из пенопласта 3. Данное конструктивное решение позволяет осуществить взаимный поворот двух смежных частей фундаментной плиты, а также обеспечить совместную работу узла I шарнирного действия в вертикальном направлении.
Благодаря расположению оси вращения узла I шарнирного действия в упругой плоскости плиты, приподнятой (см. фиг. 3,а) относительно подошвы плиты на расстояние, равное половине высоты плиты, дополнительные моменты в плите не образуются, а значения распора сводятся к нулю.
Узел шарнирного действия для фундаментной плиты с регулируемыми усилиями, отличающийся тем, что ось вращения шарнирного узла, выполненного из стальной трубы с приваренными стальными пластинами, обклеенными вставками из пенопласта, приподнята относительно подошвы плиты на расстояние, равное половине высоты плиты.
