PL221971B1 - Systemowy fundament zespolony - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest systemowy fundament zespolony przeznaczony dla oparcia różnego typu obiektów budowlanych lokowanych szczególnie na gruntach o niskiej nośności, na obszarach szkód górniczych oraz na terenach aktywnych sejsmicznie.

Fundament zespolony znany jest z polskiego opisu patentowego nr PL149760, w którym uformowanie oparcia elementu budowli w postaci co najmniej jednej opory, zawieszone jest w elemencie przestrzennym fundamentu za pośrednictwem cięgien. Oporę stanowi słup z zaczepem cięgien i przegubem, na którym wspiera się element budowli. Elementem przestrzennym fundamentu 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 ten jest zespolony z elementów przestrzennych, elementów ściskanych oraz elementów rozciąganych, przenoszący obciążenia budowli lub części budowli na podłoże gruntowe.

Podobne rozwiązania znane są z artykułów Rębielak J.: Modelowanie przestrzennej struktury fundamentu zespolonego, XIV Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa-Jurata, 10-14 maja 2010 r., s. 469-474 oraz Rębielak J.: Structural systems shaped for tall objects, Spatial structures temporary and permanent, International Symposium of the International Association for Shell and Spatial Structures, eds. Q. Zhang. L. Yang. Y. Hu, Shanghai, China, November 8-12, 2010, China Architecture & Building Press, s. 1991-1998.

Ustrój przestrzenny do zabezpieczenia budowli przed skutkami trzęsienia ziemi znany z polskiego opisu patentowego nr PL194814, zawiera płytę w kształcie koła, belki połączone górnymi końcami w węźle oraz dolnymi końcami połączone z płytą oraz amortyzator budowli zawieszonej w węźle, według wynalazku charakteryzuje się tym, że płyta posadowiona jest na podłożu swobodnie oraz w węźle zamocowany jest przegub z trzema stopniami swobody elementów ruchomych względem siebie, zaś amortyzator z budowlą zamocowany jest do jednego elementu przegubu, przy czym ustrój posiada liny łączące budowlę z belkami, a ponadto korzystnie ustrój wyposażony jest w zbiorniki wody i ścieków. Płyta może mieć kształt płaskiego pierścienia, albo może być przegubem w postaci urządzenia przegubowego krzyżakowego. Płyty posadowionej swobodnie na podłożu oraz urządzenia przegubowego oś pionowa budowli, w przypadku wystąpienia ruchów ziemi, nie zmienia swojego pionowego położenia względem podłoża i na budowlę nie przenoszą się składowe poprzeczne drgań do osi budowli. Budynek zachowuje nieustannie pion względem ziemi.

Istota fundamentu, według wynalazku polega na tym, że co najmniej jeden element przestrzenny z ustabilizowanym w nim elementem konstrukcji nadziemnej budynku wyposażony w co najmniej jeden węzeł podporowy połączony jest poprzez co najmniej jeden zestaw elementów konstrukcyjnych dolnych i/lub górnych z węzłami skrajnymi umieszczonymi wewnątrz fundamentu. Zestawy elementów konstrukcyjnych dolnych i/lub górnych, umocowane są za pomocą krótkich elementów prętowych w węzłach centralnych osadzonych w trzpieniach.

Korzystnie, element konstrukcji nadziemnej budynku wyposażony jest w krótki słup z węzłem podporowym.

Korzystnie, element konstrukcji nadziemnej budynku i/lub krótki słup, ustabilizowany jest w elemencie przestrzennym za pomocą prowadnic.

Korzystnie jest, gdy pomiędzy elementem przestrzennym i prowadnicą zamocowany jest co najmniej jeden element dystansowy.

Korzystnie, ma co najmniej jeden węzeł podporowy połączony poprzez element pośredni i węzeł pośredni o dwóch stopniach swobody, z co najmniej jednym zestawem dolnych i/lub górnych elementów konstrukcyjnych.

Korzystnie, element pośredni i/lub zestawy elementów konstrukcyjnych dolnych i/lub górnych wykonane są w postaci kratownic, lub jako elementy pełnościenne, lub jako elementy ramowe, wykonane są z prętów.

Systemowy fundament zespolony według wynalazku, złożony jest z elementów przestrzennych w postaci belek i płyt odpowiednio zespolony z systemem elementów tworzących układ łukowo-cięgnowy, charakteryzuje się tym, że naprężenia w podstawie fundamentu są niewielkie i rozłożone stosunkowo równomiernie, a cały obiekt na nim posadowiony znacznie mniej podatny na nierówPL 221 971 B1 nomierne osiadanie gruntu lub wpływy sejsmiczne niż przy stosowaniu obecnych rozwiązań technicznych.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia podstawowy segment systemowego fundamentu zespolonego z zestawem elementów konstrukcyjnych dolnych i górnych, fig. 2 - dwuelementowy systemowy fundament zespolony z zestawem elementów konstrukcyjnych dolnych i górnych, fig. 3 - dwuelementowy systemowy fundament zespolony z zestawem elementów konstrukcyjnych górnych, fig. 4 - dwuelementowy systemowy fundament zespolony z zestawem elementów konstrukcyjnych dolnych, fig. 5 - dwuelementowy systemowy fundament zespolony z zestawem elementów konstrukcyjnych dolnych z krótkimi elementami pionowymi zamocowanymi w węzłach centralnych leżących w górnej płaszczyźnie elementu przestrzennego, fig. 6 - podstawowy segment systemowego fundamentu zespolonego z elementem pośrednim, fig. 7 - podstawowy segment systemowego fundamentu zespolonego z elementem pośrednim wykonanym w postaci kratownicy, a fig. 8 - konstrukcję nadziemną budynku podpartą systemowym fundamentem zespolonym w ujęciu schematycznym.

P r z y k ł a d 1

Systemowy fundament zespolony ma elementy przestrzenne 1 wykonane w postaci dwóch długich belek, ułożonych równolegle do siebie na poziomej płycie podstawy 2. W elemencie przestrzennym 1 ustabilizowany jest element konstrukcji nadziemnej budynku 11 wyposażony w jeden węzeł podporowy 13 połączony z jednym zestawem elementów konstrukcyjnych dolnych 7 i górnych 5, umocowanych w węzłach centralnych 8 osadzonych w trzpieniach poziomych 9 połączonych z elementem przestrzennym 1. Zestaw elementów konstrukcyjnych dolnych 7 i górnych 5 połączony jest z węzłami centralnymi 8 za pomocą krótkich elementów prętowych 6, ponadto zestaw elementów konstrukcyjnych dolnych 7 połączony jest węzłem skrajnym 14, z zestawem elementów konstrukcyjnych górnych 5. Element konstrukcji nadziemnej budynku 11 wyposażony jest w krótki słup 3, który ustabilizowany jest w elemencie przestrzennym 1 za pomocą prowadnic 3. Pomiędzy elementem przestrzennym 1 i prowadnicą 4 zamocowany jest element dystansowy 10.

P r z y k ł a d 2

Systemowy fundament zespolony wykonany jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że ma dwa elementy przestrzenne 1, z których każdy wyposażony jest w zestaw elementów konstrukcyjnych dolnych 7 i górnych 5, umocowanych w węzłach centralnych 8 osadzonych w trzpieniach poziomych 9 połączonych z elementem przestrzennym 1. W elementach przestrzennych 1 ustabilizowany jest element konstrukcji nadziemnej budynku 11 wyposażony w jeden węzeł podporowy 13 połączony z dwoma zestawami elementów konstrukcyjnych dolnych 7 i górnych 5. Ponadto w tym rozwiązaniu zastosowane są takie same konstrukcje węzłów centralnych 8 i węzłów skrajnych 14.

P r z y k ł a d 3

Systemowy fundament zespolony wykonany jak w przykładzie pierwszym albo drugim z tą różnicą, że elementy przestrzenne 1 wyposażone są tylko w zestaw elementów konstrukcyjnych górnych 5, umocowanych w węzłach centralnych 8 osadzonych w trzpieniach poziomych 9 połączonych z elementem przestrzennym 1.

P r z y k ł a d 4

Systemowy fundament zespolony wykonany jak w przykładzie pierwszym albo drugim z tą różnicą, że elementy przestrzenne 1 wyposażone są tylko w zestaw elementów konstrukcyjnych dolnych 7, umocowanych w węzłach centralnych 8 osadzonych w trzpieniach poziomych 9 połączonych z elementem przestrzennym 1.

P r z y k ł a d 5

Systemowy fundament zespolony wykonany jak w przykładzie pierwszym albo drugim z tą różnicą, że elementy przestrzenne 1 wyposażone są tylko w zestaw elementów konstrukcyjnych dolnych 7, umocowanych w węzłach centralnych 8 osadzonych w trzpieniach poziomych 9 połączonych z elementem przestrzennym 1, przy czym węzły centralne 8 leżą w górnej płaszczyźnie elementu przestrzennego 1.

P r z y k ł a d 6

Systemowy fundament zespolony wykonany jak w przykładzie pierwszym albo drugim z tą różnicą, że element konstrukcji nadziemnej budynku 11 wyposażony jest w dwa węzły podporowe 13, które połączone są poprzez element pośredni 15 i węzeł pośredni 16 o dwóch stopniach swobody, z zestawami elementów konstrukcyjnych dolnych 7 i górnych 5. Węzeł pośredni 16 przylega do elementów przestrzennych 1 oraz przenosi siły z elementu pośredniego 15 na zestawy elementów kon4

PL 221 971 B1 strukcyjnych dolny 7 i górny 5, natomiast nie przekazuje żadnych sił występujących w płaszczyznach pionowych na elementy przestrzenne. Ponadto elementy przestrzenne 1 z poziomą płytą podstawy 2, na zewnątrz węzłów skrajnych 14 w bezpośrednim ich sąsiedztwie mają blok kotwiący 17. Blok kotwiący 17 jest tak ukształtowany, że grunt znajdujący się w przestrzeni ograniczonej płaszczyzną stoku naturalnego albo klina odłamu, która usytuowana jest pod kątem a, stabilizuje skrajne części fundamentu.

P r z y k ł a d 7

Systemowy fundament zespolony wykonany jak w przykładach od pierwszego do szóstego z tą różnicą, że zestawy elementów konstrukcyjnych dolnych 7 i górnych 5 wykonane są z prętów w postaci kratownicy 18.

P r z y k ł a d 8

Systemowy fundament zespolony wykonany jak w przykładzie szóstym z tą różnicą, że element pośredni 15 wykonany z prętów jest w postaci kratownicy 18.

P r z y k ł a d 9

Systemowy fundament zespolony wykonany jak w przykładach od pierwszego do szóstego z tą różnicą, że zestawy elementów konstrukcyjnych dolnych 7 i górnych 5 wykonane są, jako elementy pełnościenne.

P r z y k ł a d 10

Systemowy fundament zespolony wykonany jak w przykładzie szóstym z tą różnicą, że element pośredni 15 wykonany jest, jako element pełnościenny.

P r z y k ł a d 11

Systemowy fundament zespolony wykonany jak w przykładach od pierwszego do szóstego z tą różnicą, że zestawy elementów konstrukcyjnych dolnych 7 i górnych 5 wykonane są, jako elementy ramowe.

P r z y k ł a d 12

Systemowy fundament zespolony wykonany jak w przykładzie szóstym z tą różnicą, że element pośredni 15 wykonany jest, jako elementy ramowe.

Fundament ma elementy przestrzenne 1 wykonane w postaci długich belek, ułożonych równolegle do siebie na poziomej płycie podstawy 2. W praktyce zarówno taka płyta 2 jak i elementy przestrzenne 1 są wykonywane, jako konstrukcje betonowe lub najczęściej żelbetowe, mogą być też metalowe. W stosunkowo wąskiej przestrzeni pomiędzy elementami przestrzennymi 1 znajdują się zestawy elementów konstrukcyjnych dolnych 7 i górnych 5 połączone z węzłami centralnymi 8 krótkimi elementami pionowymi 6, które są ściskane lub rozciągane w zależności od kierunku wektora siły przekazywanej przez węzły podporowe 13, rozprowadzające składowe pionowe obciążenia, przekazywane za pośrednictwem krótkiego słupa 3 umieszczonego w ściśle dopasowanych prowadnicach 4 usytuowanych w wewnętrznej przestrzeni pomiędzy elementami przestrzennymi 1. Dolny węzeł słupa 3 połączony jest z zestawami elementów konstrukcyjnych dolnych 7 tworzących odcinki zestawów łukowych rozmieszczonych wzdłuż krzywych łamanych o wypukłościach skierowanych ku dołowi, połączonych węzłami oraz górnych 5 elementów konstrukcyjnych tworzących odcinki zestawów sznurowych, usytuowanych wzdłuż krzywych łamanych o wypukłościach skierowanych ku górze, również połączonych węzłami. Węzły centralne 8 znajdują się w środkowych strefach trzpieni poziomych 9, końce są zamocowane w materii równoległych do siebie elementów przestrzennych 1. Równy dystans między tymi elementami przestrzennymi 1 w ich strefach górnych jest utrzymywany przez obecność elementów dystansowych 10 ułatwiających ponadto sprawne przekazywanie składowych poziom przyłożonych do węzłów podporowych słupa 3. Do stabilizacji dolnego słupa 3 wewnętrznego służą dodatkowe elementy dystansowe 12, które pełnią podobną rolę jak elementy dystansowe 10 dla węzła dolnego słupa 3. Fundament zespolony może być zastosowany w bardzo dużej liczbie przypadków obiektów silnie obciążonych, które muszą być lokowane na gruntach o bardzo niskiej nośności lub na obszarach aktywnych sejsmicznie jak również na terenach szkód górniczych.

Claims (9)

1. Systemowy fundament zespolony zawierający co najmniej jeden element przestrzenny z ustabilizowanym w nim elementem konstrukcji nadziemnej budynku wyposażony w węzeł podporowy połączony z elementami konstrukcyjnymi dolnymi i/lub górnymi umocowanymi w węzłach, znaPL 221 971 B1 mienny tym, że co najmniej jeden element przestrzenny (1) z ustabilizowanym w nim elementem konstrukcji nadziemnej budynku (11) wyposażony w co najmniej jeden węzeł podporowy (13) połączony jest poprzez co najmniej jeden zestaw elementów konstrukcyjnych dolnych (7) i/lub górnych (5) z węzłami skrajnymi umieszczonymi wewnątrz fundamentu (14), przy czym zestawy elementów konstrukcyjnych dolnych (7) i/lub górnych (5), umocowane są za pomocą krótkich elementów prętowych (6) w węzłach centralnych (8) osadzonych w trzpieniach (9).

2. Fundament według zastrz. 1, znamienny tym, że element konstrukcji nadziemnej budynku (11) wyposażony jest w krótki słup (3) z węzłem podporowym (13).

3. Fundament według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że element konstrukcji nadziemnej budynku (11) i/lub krótki słup (3), ustabilizowany jest w elemencie przestrzennym (1) za pomocą prowadnic (4).

4. Fundament według zastrz. 3, znamienny tym, że pomiędzy elementem przestrzennym (1) i prowadnicę (4) zamocowany jest co najmniej jeden element dystansowy (10).

5. Fundament według zastrz. 1, znamienny tym, że ma co najmniej jeden węzeł podporowy (13) połączony poprzez element pośredni (15) i węzeł pośredni (16) o dwóch stopniach swobody, z co najmniej jednym zestawem dolnych (7) i/lub górnych (5) elementów konstrukcyjnych.

6. Fundament według zastrz. 7, znamienny tym, że element pośredni (15) i/lub zestawy elementów konstrukcyjnych dolnych (7) i/lub górnych (5) wykonane są w postaci kratownic (18).

7. Fundament według zastrz. 7, znamienny tym, że element pośredni (15) i/lub zestawy elementów konstrukcyjnych dolnych (7) i/lub górnych (5) wykonane są jako elementy pełnościenne.

8. Fundament według zastrz. 7, znamienny tym, że element pośredni (15) i/lub zestawy elementów konstrukcyjnych dolnych (7) i/lub górnych (5) wykonane są jako elementy ramowe.

9. Fundament według zastrz. 1, znamienny tym, że zestawy elementów konstrukcyjnych dolnych (7) i/lub górnych (5) wykonane są z prętów.