PL149760B1 - Fundament zespolony - Google Patents

Description

POLSKA RZECZPOSPOLITA LUDOWA	OPIS PATENTOWY	149 760
Patent dodatkowy do patentu nr-
	CZYTELNIA
fiiP	Zgłoszono: 87 05 25 /P. 265885/	Urzędu PotenToweqo
	Pierwszeństwo -	Int. Cl.4 E02D 27/32
URZĄD PATENTOWY PRL	Zgłoszenie ogłoszono: 88 11 24 Opis patentowy opublikowano: 1990 08 31

Twórca wynalazku: Janusz Rębielak

Uprawniony z patentu: Politechnika Wrocławska, Wrocław /Polska/

FUNDAMENT ZESPOLONY

Przedmiotem wynalazku jest fundament zespolony z elementów przestrzennych, elementów ściskanych oraz elementów rozciąganych, przenoszący obciążenia budowli lub części budowli na podłoże gruntowe.

Znane fundamenty wykonywane są na ogół z betonu zbrojonego wkładkami stalowymi. Wykonywane są w postaci stop, ław, płyt rusztów lub skrzyń. Wymiary poprzeczne fundamentów są tak dobrane, aby naprężenia w podłożu gruntowym, pod powierzchnią dolną fundamentu, nie przekraczały normowych obciążeń jednostkowych gruntu. Przy dużych wartościach sił obciążających fundament przyjmuje się odpowiednio duże wymiary poprzeczne fundamentu, przy czym zwiększenie na przykład szerokości i długości stopy fundamentowej prowadzi na ogół do zwiększenia jej wysokości, co powoduje znaczny wzrost ciężaru własnego fundamentu. Aby nie zwiększać nadmiernie wysokości fundamentu, jego strefę rozciąganą zbroi się elementami stalowymi, które przejmują siły rozciągające tę strefę. Proporcje wymiarów poprzecznych fundamentu powinny być takie, aby zapewniały prawidłową współpracę pomiędzy fundamentem a gruntem. Wielkości naprężeń w podłożu gruntowym pod bardzo płaskimi fundamentami są znacznie zróżnicowane. Jednocześnie w płaskich fundamentach, pod wpływem znacznych obciążeń, mogą powstawać rysy, przez które mogą dostawać się agresywne wody gruntowe do wnętrza strefy rozciąganej, powodujące korozję betonu i zbrojenia, co stanowi zagrożenie całości lub części budowli. Praktyczną eliminację powstawania rys w konstrukcjach betonowych uzyskuje się przez odpowiednie ich sprężenie.

W technice budowlanej stosowane jest sprężenie elementów betonowych najczęściej za pomocą kabli lub strun. Przykładem zastosowania konstrukcji sprężonych jest fundament wieży telewizyjnej w Hanowerze - K.Bematowski - ''Fundamentowanie*', PWN, Warszawa 1984r.

149 760

Fundament tej wieży ma postać powłoki stożkowej zakończonej pierścieniem z betonu sprężonego. Inny przykład fundamentu z betonu sprężonego podaje I.A. Ledwoń - Budow> nictwo na terenach szkód górniczych, Arkady, Warszawa 1983r. Jest nim fundament walcarki hutniczej. Belki główne fundamentu sprężone są kablami o trajektoriach zgodnych z rozkładem naprężeń w belkach.

W technice budowlanej znana jest również idea sprężania konstrukcji ciężarem własnym lub balastem, szczególnie belek nośnych i dźwigarów. Element sprężony ciężąrem własnym składa się z dwóch symetrycznych części połączonych przegubem i cięgnem, przy czym cięgno umieszczone jest w dolnej części elementu· Długości elementów są tak dobrane, aby pod obciążeniem uzyskać żądaną wartość siły sprężającej. Tego typu konstrukcje przedstawia K.Grabiec, I.Kampioni - Betonowe konstrukcje sprężone, PWN, Warszawa-Poznań 1982, oraz A.Ajdukiewicz, J.Mames - Konstrukcje sprężone, Arkady, Warszawa I984r.

Istotą wynalazku jest uformowanie oparcia elementu budowli w postaci co najmniej jednej opory, zawieszonej w elemencie przestrzennym fundamentu za pośrednictwem cięgien. Oporę zwłaszcza stanowi słup z zaczepem cięgien i przegubem, na którym wspiera się element budowli. Elementem przestrzennym fundamentu korzystnie jest co najmniej jedna belka, a szczególnie dwie belki osadzone na wspólnej płycie. W elemencie przestrzennym zamocowane są cięgna za pomocą gniazd oporowych, przy czym gniazda oporowe osadzone są w zewnętrznej powierzchni elementu przestrzennego.

Fundament według wynalazku przede wszystkim umożliwia posadowienie obiektów wysokich, bądź silnie obciążonych na gruntach o słabej nośności. Konstrukcja jego pozwala wyeliminować prowadzenie kosztownych prac przygotowawczych takich, jak wykonywanie głębokich wykopów, wykonywanie lokalnego obniżenia poziomu wód gruntowych, wykonywanie fundamentów pośrednich itp. Jego konstrukcja umożliwia wyrównanie wartości naprężeń w gruncie pod fundamentem, przez rozłożenie reakcji słupa konstrukcji obiektu na co najmniej dwie składowe pionowe. Składowe poziome reakcji zamocowania cięgien w odpowiednich miejscach elementów przestrzennych fundamentów powodują sprężenie fundamentów, co pozwala na znaczne obniżenie ciężaru własnego fundamentu.

Przedmiot wynalazku wyjaśniony jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia fundament z elementem przestrzennym w postaci belki i oporą w formie żelbetowego słupa, w pionowym przekroju, fig. 2 - fundament z elementem przestrzennym w postaci belki i oporą w formie stalowego słupa, w pionowym przekroju, fig. 3 - fundament /fig. 2/ w widoku z góry, fig. 4 - fundament z elementem przestrzennym w postaci dwóch belek osadzonych na płycie, w pionowym przekroju, fig. 5 fundament /fig. 4/ w widoku z góry, fig. 6, fig. 7, fig. 8, fig. 9, fig. 10, fig. 11, fig. 12, i fig. 13 - korzystne postacie elementów przestrzennych fundamentów, w widoku ukośnym, fig. 14 - schemat rozmieszczenia cięgien w elemencie przestrzennym w przypadku zastosowania opory w postaci słupa, fig. 15 - schemat rozmieszczenia cięgien w elemencie przestrzennym w przypadku osadzenia elementu budowli wewnątrz elementu przestrzennego, fig. 16 - obciążenia fundamentów /fig. 14 i 15/ przedstawionych w formie belki prostej, fig. 17 i 18 - przebieg trasy pojedyńczych cięgien w elemencie przestrzennym fundamentu, fig. 19 - przykład rozmieszczenia cięgien w elemencie przestrzennym fundamentu, fig. 20 - inny przykład rozmieszczenia cięgien w elemencie przestrzennym fundamentu, fig. 21 - przykład rozmieszczenia cięgien zamocowanych do trzech koncentrycznych pierścieni współpracujących z elementem przestrzennym fundamentu, fig. 22 - oporę w formie słupa zawieszoną na dwóch cięgnach zamocowanych w zewnętrznej powierzchni elementu przestrzennego, fig. 25 - podwójną oporę w formie słupów zawieszoną na cięgnach, fig. 24 - obciążenie fundamentów /fig. 22 i 23/ przedstawionych w formie belki prostej, fig. 25 - inne rozmieszczenie cięgien w przypadku zastosowania dwóch opór w kształcie słupów, natomiast fig. 26 - inne rozmieszczenie cięgien, na których zawieszone są dwie opory.

149 760

Przykład I. Fundament /fig. 1/ składa się z elementu przestrzennego 1, którym jest belka żelbetowa monolityczna, opory 2 w kształcie krótkiego słupa o przekroju kwadratowym i cięgien 3 w postaci prętów. Opora 2 osadzona jest w pionowym otworze 4 elementu przestrzennego 1, a cięgna 3 w jej ukośnych i poziomych kanałach 5. Otwór 4 1 kanały 5 wykonywane są w elemencie przestrzennym 1 podczas jego wylewania. Otwór 4 o przekroju kwadratowym ma ścianki 6 z blachy stalowej. Również opora 2 mą ściany 7 z blachy stalowej. Otwór 4 stanowi prowadnicę dla opory 2, która umożliwia niewielkie ruchy opory 2 w kierunku pionowym. Opora 2 wykonana jest w konstrukcji żelbetowej, a jej stalowe zbrojenie 8 krzyżuje się w miejscu przegubowego osadzenia słupa 9 konstrukcji nośnej budynku, przy czym rolę przegubu 10 spełnia krzyżująca się zbrojenie 8 opory 2 i zbrojenie 11 słupa 9 oraz płyta 12 ołowiana grubości 4-5 cm.

Na przegubie 10 wspiera się żelbetowy słup 9 budowli, którego zbrojenie 11 połączone jest ze zbrojeniem 8 opory 2 krzyżującymi się prętami stalowymi. Dolną częśó opory 2 stanowi zaczep 13 cięgien 3· V zaczepie 13 połączone są współosiowo, na wspólnym . sworzniu 14, trzy pary cięgien 3. Cięgna 3 zamocowane są w zewnętrznych powierzchniach fundamentu za pośrednictwem gniazd oporowych 15. Końcówki cięgien 3 są tak ukształtowane, aby zapewnić prawidłowe osiowe przekazywanie składowych pionowych i poziomych reakcji zamocowania cięgien 3 w zewnętrznych powierzchniach fundamentu na nieosłabione części przekroju poprzecznego tego fundamentu. Miejsca zamocowania cięgien 3 znajdują się parami na tych samych poziomach.

Przykład II. Fundament /fig. 2/ składa się z elementu przestrzennego 1 w postaci monolitycznej belki żelbetowej, opory 2 w formie krótkiego słupa stalowego i cięgien 3· Opora 2 osadzona jest w pionowym otworze 4 belki, a cięgna 3 w jej ukośnych i poziomych kanałach 5. Cięgna 3, jak i ich zaczep 13 w dolnej części opory 2, znajdują się w swych położeniach roboczych podczas wylewania belki. Otwór 4 o przekroju kwadratowym stanowi prowa<iicę dla opory 2. Geometria otworu 4 i kanałów 5 umożliwia prawidłową pracę wszystkich elementów fundamentu pod maksymalnym jego obciążeniem Cięgna 3 zamocowane są w zewnętrznych powierzchniach belki za pośrednictwem gniazd oporowych 15. Górną częśó opory 2 stanowi przegub 10, na którym opiera się stalowy słup 9 konstrukcji nośnej budowli. Wokół przegubu 10 usytuowany jest element wieńcowy 16, połączony trwale z elementem przestrzennym 1. Element wieńcowy 16 przejmuje składowe poziome reakcji słupa 9 budowli oraz składowe poziome reakcji zamocowania cięgien 3 w górnej powierzchni elementu przestrzennego 1. Miejsca zamocowania cięgien znaj dują się parami na tych samych poziomach. Dolną część opory 2 stanowi zaczep 13 cięgien 3# z którym współosiowo połączone są trzy pary cięgien 3.

Przykład III. Fundament /fig. 4/ ma element przestrzenny 1 utworzony z dwóch równoległych belek 17 żelbetowych, połączonych u dołu wspólną płytą 18 w kształcie prostokąta. Belki 17 te połączone są ze sobą w górnej części za pomocą elementu wieńcowego 16, stanowiącego jednocześnie element dystansowy. Element wieńcowy 16 połączony jest w sposób trwały z każdą z belek 17, przy czym przejmuje on składową poziomą reakcji stalowego słupa 9 budowli. V przestrzeni pomiędzy belkami 17, w pionowej osi fundamentu, osadzone są dwie opory 2, na których wspiera się słup 9 budowli. Opory 2 mają postać krótkich słupów rozchylonych ku dołowi, lecz u góry połączonych ruchomo we wspólnym przegubie 10. Każda z opór 2 zakończona jest u dołu zaczepem 13 cięgien 3, a te zamocowane są w zewnętrznych powierzchniach belek 17 za pośrednictwem gniazd oporowych 15. Prowadnicami opór 2 są wewnętrzne powierzchnie belek, uniemożliwiające wyboczenie w płaszczyznach najmniejszych promieni bezwładności przekrojów poprzecznych ściskanych opór 2.

149 760

Jak wynika z przykładów i z rysunku fundament jest oparciem dla elementu lub całości budowli, przenoszącym jej obciążenia na podłoże gruntowe. Fundament stanowi celowe połączenie elementów zginanych, ściskanych i rozciąganych. Składa się z elementów przestrzennych, elementów oporowych i elementów rozciąganych. Przestrzenną część fundamentu stanowi najczęściej betonowa stopa, belka lub zespół belek. Elementy przenoszące znaczne siły poprzeczne są zbrojone na ścinanie według teorii żelbetu. Elementy przestrzenne fundamentu wykonywane są w postaci belek pełność lennych /fig. 6/, połączonych elementów belkowych /fig· 7/, belek o przekroju otwartym /fig. 8/, belek opartych na wspólnej płycie /fig. 9/, pełnościennej wielokątnej stopy /fig. 10/, stożka ściętego /fig. 11/ i odwróconego stożka /fig. 13/, a także w postaci szeregu koncentrycznie połączonych belek na wspólnej płycie /fig· 12/.

Element oporowy fundamentu stanowi przeważnie jeden krótki słup, umiejscowiony wewnątrz elementu przestrzennego /fig. 2, 14, 19, 20, 21 i 22/. Elementem oporowym może być sam słup konstrukcji nośnej budynku /fig. 1 i 15/. Korzystne jest zastosowanie dwóch opór w formie słupków /fig. 4, 23, 25 i 26/. Elementy ściskane - opory zawieszone są w fundamencie za pośrednictwem cięgien, które mocowane są w zewnętrznych powierzchniach elementu przestrzennego. Na rysunku przedstawiono reprezentantywną grupę korzystnych połączeń, określających charakter pracy statycznej przestrzennych elementów fundamentu /fig. 14 do 26/.

Opora może być zawieszona na dwóch niezależnie od siebie pracujących cięgnach /fig. 14 i 15/. Takie usytuowanie cięgien sprawia, że praca statyczna fundamentu w kontakcie z podłożem podobna jest do pracy belki prostej o znacznych wspornikach /fig. 16/. Trasa pierwszego cięgna biegnie od punktu C poprzez zaczep opory do punktu D /fig. 17/. Trasa drugiego cięgna biegnie od punktu E poprzez zaczep opory do punktu F /fig. 18/. Punkty C, D, E i F są miejscami zamocowania cięgien w powierzchniach fundamentu. Inny układ /fig. 19/ połączenia opory ze zginanymi elementami fundamentu polega na zastosowaniu cięgien dwuczęściowych, przekazujących składowe pionowe reakcji ich zamocowania w pobliżu przegubowego połączenia słupa konstrukcji budowli z oporą fundamentu. Takie rozmieszczenie cięgien sprawia, że belka fundamentu pracuje jako dwuwspornikowa.

Cięgna zamocowane mogą być np. promieniowo w górnej powierzchni fundamentu /fig. 20/, a także do koncentrycznych pierścieni osadzonych w elemencie przestrzennym fundamentu /fig. 21/. Na rysunku /fig. 22/ przedstawiono pojedynczą oporę zawieszoną na dwóch cięgnach, jednak można stosować dwie opory /fig. 23/ lub więcej w miarę potrzeby.

Usytuowanie opór i cięgien /fig. 22 i 23/ sprawia, że opory wraz z cięgnami stanowią układ podobny do części kratownicy obciążonej w jednym węźle, której pas ściskany zastąpiony został górną częścią elementu przestrzennego fundamentu. W tym przypadku praca statyczna fundamentu podobna jest do belki z krótkimi wspornikami /fig. 24/. Reakcje poziome gniazd oporowych powodują odpowiednie sprężenie fundamentu. Jednakże trasy cięgien mogą tak przebiegać, aby nie wystąpił efekt sprężenia /fig. 25/, przy czym sposobów łączenia opór z cięgnami i z elementami przestrzennymi jest wiele. Mogą one polegać na łączeniu w jednym fundamencie różnych już opisanych przykładów /fig. 26/. Jako elementy rozciągane - cięgna mogą być stosowane zwłaszcza pręty, kable i liny.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Fundament zespolony z elementu przestrzennego oraz elementów ściskanych i rozciąganych, przenoszący obciążenia budowli lub części budowli na podłoże gruntowe, znamienny tym, że oparcie dla elementu budowli /9/ stanowi co najmniej jedna opora /2/ zawieszona w elemencie przestrzennym /1/ za pośrednictwem cięgien /3/.

   149 760
2. 2. Fundament według zastrz. 1, znamienny stanowi słup z zaczepem/13/cięgien /3/.
3. 3. Fundament według zastrz. 2, znamienny w postaci słupa od góry zakończona jest przegubem /10/.
4. 4. Fundament według zastrz. 1, znamienny przestrzennym /1/ jest co najmniej jedna belka.
5. 5. Fundament według zastrz. 4, znamienny /17/ osadzone na wspólnej płycie /18/.
6. 6. Fundament według zastrz. 1, znamienny zamocowane są w elemencie przestrzennym /1/ za pomocą gniazd oporowych /15/.
7. 7. Fundament według zastrz. 6, znamien-ny tym, że gniazda oporowe /15/ osadzone są w zewnętrznej powierzchni elementu przestrzennego /1/.

   tym, tym, że oporę /2/ że opora /2/ tym, że elementem t y m, że ma dwie belki tym, że cięgna /3/

   149 760

   149 760