Результат интеллектуальной деятельности: Железобетонная ромбовидная свая-колонна повышенной несущей способности

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для возведения сельскохозяйственных и производственных малоэтажных (одноэтажных, двухэтажных) и среднеэтажных (трехэтажных и более)зданий при высоких нагрузках на фундаменты здания, при наличие мостовых кранов и кран-балок в здании, а также в зонах распространения специфических грунтов - просадочных и сильно пучинистых, в качестве элементов сборного железобетонного несущего каркаса здания. Свая-колонна воспринимает нагрузку от несущих и ограждающих конструкций здания, обеспечивая прочность, жесткость, устойчивость несущего каркаса, и передает нагрузки от здания на грунты основания.

Известен сборный свайный фундамент из забивных железобетонных ромбовидных свай [Рекомендации по рациональной области применения в строительстве свай различных видов, Москва, 1978 г.; СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты»]. Известные сваи имеют сечение ромба и состоят из арматурного каркаса и бетона. Данные сваи целесообразно использовать при высоких нагрузках, при наличие пучинистых и просадочных грунтов в основании сооружения. Перед забивкой сваи выполняется пионерный котлован до отметок низа ростверка. После забивки сваи устраивается сборный, либо монолитный ростверк, через который передается нагрузка от колонн здания на сваи. Затем осуществляется монтаж колонны каркаса здания с омоноличиванием всех стыков.

Сборный свайный фундамент из забивных железобетонных ромбовидных свай имеет следующие недостатки:

- сложность забивки ромбовидных свай;

- высокие трудозатраты, обусловленные большим количеством требуемых операций (земляные работы, монтажные работы);

- большая продолжительность работ, связанная с технологией монтажа;

- большая трудоемкость точного соосного монтажа сборных элементов свайного фундамента;

- низкая надежность стыков свай с ростверком и ростверка с колонной;

- отсутствие у забивных ромбовидных свай признаков, обеспечивающих их целостность и надежность конструкции при забивке;

- отсутствие у забивных ромбовидных свай признаков, обеспечивающих их долговечность и коррозионную стойкость к агрессивным воздействиям окружающей среды, вызванным, в том числе, особенностями технологических процессов при эксплуатации сельскохозяйственных и производственных зданий.

Наиболее близким к изобретению аналогом является забивная железобетонная призматическая свая-колонна [Серия 1.821.1-7 «Сваи-колонны железобетонные двухконсольные для сельскохозяйственных производственных зданий, возводимых в несейсмических районах и в районах сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов»]. Данная конструкция состоит из сборного железобетона. Имеет свайную часть призматической (квадратной) формы и колонную часть квадратной формы, объединенных между собой. Характерной особенностью данной конструкции является быстрота устройства фундаментов и возведения вертикальных несущих конструкций каркаса здания. В процессе монтажа призматическая свая-колонна забивается копровым оборудованием в грунт до проектных отметок. Динамическое воздействие осуществляется на оголовок колонной части сваи-колонны. В результате забивки сваи-колонны ее колонная часть остается над планировочной отметкой. Таким образом происходит одновременный монтаж фундаментов здания и вертикальных элементов его каркаса.

Призматическая свая-колонна имеет следующие недостатки:

- низкая несущая способность призматической части сваи-колонны, что исключает возможность передачи высоких нагрузок на сваю-колонну;

- невозможность применения известного изобретения в зонах распространения просадочных и сильно пучинистых грунтов основания;

- невозможность использования известного решения для возведения зданий более одного этажа;

- низкая пространственная жесткость и устойчивость каркаса здания при использовании известного решения в качестве несущих конструкций;

- невозможность устройства мостовых кранов и кран-балок в помещениях, каркас которых выполнен с использованием известного решения;

- отсутствие признаков у забивных ромбовидных свай, обеспечивающих их долговечность и коррозионную стойкость к агрессивным воздействиям окружающей среды, вызванным, в том числе, особенностями технологических процессов при эксплуатации сельскохозяйственных и производственных зданий.

Ввиду перечисленных недостатков забивная призматическая железобетонная свая-колонна не выполняет свои функции в полном объеме, что ведет к значительному ограничению области ее использования. В связи с чем забивная призматическая железобетонная свая-колонна практически не применяется в строительстве.

Технический результат заявленного изобретения позволяет решить данную проблему, а именно, повысить несущую способность сваи-колонны, увеличить допускаемую этажность здания (позволяет возводить здания не менее трех этажей), дает возможность устройства мостовых кранов и кран-балок в здании, дает возможность использования данного решения в зонах распространения специфических грунтов, позволяет повысить пространственную жесткость и устойчивость каркаса здания. Также данное техническое решение позволяет увеличить коррозионную стойкость к агрессивным воздействиям окружающей среды, в том числе особенностями технологических процессов при эксплуатации сельскохозяйственных и производственных зданий и долговечность конструкции, повысить целостность и надежность конструкции. Экономический эффект заключается в существенном уменьшении трудоемкости и высоких трудозатрат, связанных с монтажными работами, уменьшении материалоемкости и стоимости несущего каркаса здания.

На фиг. 1 представлена железобетонная ромбовидная свая-колонна повышенной несущей способности, общий вид.

На фиг. 2 представлено сечение железобетонной ромбовидной сваи-колонны повышенной несущей способности, разрез А-А.

Железобетонная ромбовидная свая-колонна повышенной несущей способности состоит из свайной части 1, имеющей ромбовидную форму и колонной части 2 квадратного сечения. Части сваи-колонны представляют собой единое целое. Свайная часть 1 имеет четырехстороннее уширение 3. Данный признак обеспечивает повышение несущей способности сваи-колонны, увеличение допускаемой этажности здания, возможность использования данного решения в зонах распространения специфических грунтов (просадочных и сильно пучинистых), уменьшение трудоемкости и высоких трудозатрат, связанных с монтажными работами, уменьшение материалоемкость и стоимости несущего каркаса здания.

Рядовая свая-колонна имеет на колонной части 2 не менее двух коротких консолей 4.

Крайняя свая-колонна имеет на колонной части 2 не менее одной короткой консоли 4.

Свая-колонна может иметь на четырехстороннем уширении 3 свайной части 1, на коротких консолях 4 колонной части 2 закладные детали 5.

Свая-колонна может иметь на колонной части 2 закладные детали 6.

Свая-колонна может иметь в колонной части 2 сквозные отверстия 7.

Данные признаки позволяют реализовать жесткие узлы сопряжения сваи-колонны с фундаментными балками и ригелями несущего каркаса, что ведет к повышению пространственной жесткости и устойчивости каркаса здания.

Свая-колонна в колонной части 2 имеет оголовок 8. Оголовок 8 предназначен для осуществления стыка с колонной второго этажа.

На фиг. 3-5 представлены варианты конструкции оголовка 8 колонной части 2.

На фиг. 3 представлен оголовок сваи-колонны повышенной несущей способности при сопряжении с вышележащей колонной посредством контактного стыка через арматурные выпуски, фрагмент А.

На фиг. 4 представлен оголовок сваи-колонны повышенной несущей способности при сопряжении с вышележащей колонной посредством контактного стыка через закладные детали, фрагмент А.

На фиг. 5 представлен оголовок сваи-колонны повышенной несущей способности при сопряжении с вышележащей колонной посредством штепсельного стыка, фрагмент А.

Свая-колонна может иметь на оголовке 8 колонной части 2 арматурные выпуски 9.

Свая-колонна может иметь на оголовке 8 колонной части 2 закладные детали 10.

Свая-колонна может иметь на оголовке 8 колонной части 2 отверстия 11.

Данные признаки позволяют реализовать различные виды контактныхи штепсельных стыков сваи-колонны с колонной второго этажа.

Данные признаки обеспечивает повышение этажности здания.

Рядовая свая-колонна может иметь на колонной части две коротких консоли 12.

Крайняя свая-колонна может иметь на колонной части одну короткую консоль 12.

Данный признак обеспечивает возможность устройства мостовых кранов и кран-балок в помещениях, каркас которых выполнен с использованием предлагаемого решения.

Свая-колонна может иметь защитные слои бетона не менее 15 мм, а также арматурную сетку 13 диаметром не менее ∅3 мми шагом не более 200×200 мм, установленную в свайной части колонны 1 и в колонной части 2 сваи-колонны между поверхностью сваи-колоны и рабочим армированием. Изготавливается свая-колонна из бетона класса не менее В15, марки не менее F75 и не менее W4.

Данный признак увеличивает коррозионную стойкость к агрессивным воздействиям окружающей среды, в том числе особенностями технологических процессов при эксплуатации сельскохозяйственных и производственных зданий, и долговечность конструкции, повышает целостность и надежности конструкции при забивке.

Свая-колонна может иметь на нижнем окончании свайной части 1 острие 14, которое облегчает забивку ромбовидной сваи колонны в грунт и увеличивает точность монтажа.

Данный признак ведет к уменьшению трудоемкости монтажа конструкции.

Монтаж железобетонной ромбовидной сваи-колонны повышенной несущей способности производят следующим образом. Предварительно проводится геодезическая разметка площадки строительства, с обозначением точек забивки свай. Свая-колонна устанавливается в вертикальное положение в точке забивки копровым оборудованием. Осуществляется геодезический контроль вертикальности сваи-колонны в двух направлениях. Оголовок сваи защищается деревянной прокладкой. Выполняется забивка сваи-колонны. После получения отказа сваи-колонны, ей дается отдых не менее трех суток. Забивка на это время прекращается. После релаксации напряжений в уплотненном грунте свая-колонна добивается до проектных отметок. Выполняется геодезический контроль вертикальности сваи-колонны в двух направлениях и контроль высотных отметок. Осуществляется дальнейший монтаж конструкций каркаса здания.

Предлагаемое техническое решение найдет широкое применение в строительстве при возведении сельскохозяйственных и производственных зданий.