Статья:

Особенности учета совместной работы конструкций здания и грунтового основания при проектировании в сложных грунтовых условиях

Конференция: XXXVIII Студенческая международная заочная научно-практическая конференция «Молодежный научный форум: технические и математические науки»

Секция: Технические науки

Выходные данные
Винтер А.В., Мезенцев В.В. Особенности учета совместной работы конструкций здания и грунтового основания при проектировании в сложных грунтовых условиях // Молодежный научный форум: Технические и математические науки: электр. сб. ст. по мат. XXXVIII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 9(38). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_tech/9(38).pdf (дата обращения: 27.05.2018)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Особенности учета совместной работы конструкций здания и грунтового основания при проектировании в сложных грунтовых условиях

Винтер Алиса Валерьевна
студент, Сибирский федеральный университет, РФ, г. Красноярск
Мезенцев Владислав Вадимович
студент, Сибирский федеральный университет, РФ, г. Красноярск
Преснов Олег Михайлович
научный руководитель, кандидат технических наук, Сибирский федеральный университет, РФ, г. Красноярск

 

Проблемы, возникающие при проектировании и строительстве оснований и фундаментов высотных зданий обусловлены тем, что рост этажности и размеров здания в плане приводит к существенным качественным изменениям процесса формирования напряженно-деформированного состояния (НДС) основания, конструкций фундаментов и здания, а также совместной работы всей системы в целом. В результате значительная нагрузка от фундаментов высотных зданий передается на отложения, обладающие недостаточно высокими прочностными и деформационными характеристиками. Соответственно, роль основания в этой системе увеличивается.

Проектирование уникальных зданий и сооружений без учета совместной работы конструкций здания и грунтового основания может привести к неточности в определении нагрузки на грунт и его поведении. В следствие этого основание может потерять свою устойчивость.

Следствием неучета совместной работы конструкций здания и грунтового основания могут стать:

·     искривление стен и появление трещин (при неравномерной осадке фундамента);

·     развитие крена (при продольном крене отдельных частей сооружения осадочные швы могут закрываться либо раскрываться);

·     значительные смещения конструкций, которые ограждают массив грунта или заделаны в него;

·     выпор грунта, сопровождающийся большой осадкой фундамента.

Этапы развития расчета системы «основание – фундамент – надфундаментная конструкция»

1 этап. Проектирование строительных конструкций по предельным состояниям

Концепции и методики расчетов оснований и фундаментов, основанные на методе предельных состояний, были разработаны и апробированы строительной практикой СССР для зданий и сооружений этажностью до 17–22 этажей с фундаментами, передающими на естественное грунтовое или укрепленное основание нагрузки не выше 0,2–0,3 МПа и устраиваемыми в котлованах глубиной до 15–20 м. В стесненных условиях среднее расчетное давление, например, под 30-этажным жилым домом достигает порядка 0,5–0,7 МПа. В СССР практически не сталкивались с такими величинами давлений при опирании фундаментов зданий на нескальные грунты.

Современные российские нормы проектирования являются переработкой советских нормативных документов и также не устанавливают конкретных требований к расчету уникальных зданий, зданий повышенной этажности. Действующая система нормативов в строительстве предполагает индивидуальный подход к проектированию высотных зданий, разработку технических условий (ТУ) для каждого из них.

2 этап. Проектирование строительных конструкций с помощью ЭВМ в простейших программных комплексах

В начале 60-х годов в отечественном строительстве возникло новое направление – строительство зданий повышенной этажности. В результате этого увеличилась величина передаваемых на грунтовое основание нагрузок. Это привело к следующим трудностям в проектировании оснований.

Во-первых, учет нелинейного характера зависимости между сдвиговыми напряжениями и деформациями имеет принципиальное значение при моделировании работы грунта. При напряжениях, достаточно далеких от предела прочности деформации будут происходить достаточно медленно; при приближении к пределу прочности скорости деформации будут резко возрастать.

Во-вторых, повышение нагрузок на основание приводит к существенным качественным изменениям процесса формирования напряженно-деформированного состояния (НДС) основания, конструкций фундаментов и здания, а также совместной работы всей системы в целом. В результате в процессы формирования НДС зоны влияния высотного здания вовлекаются огромные массивы грунта как под подошвой фундаментов (плиты, пят свай), так и в стороне от ограждающих конструкций.

Ведущим ученым строительной отрасли стало ясно, что решение задач, возникших при появлении высотного строительства, необходимо искать в применении численных методов, а также ЭВМ, которые в то время были еще весьма несовершенны и для строительной отрасли трудно доступны.

Ближе к 2000 годам произошел бум в сфере компьютеризации: появились «понятные» операционные системы, которые сделали персональный компьютер доступным для строительной отрасли. Вместе с тем развивались и программы, которые существуют и по сей день: LIRA, SCAD, STARK ES и др. Основным недостатком данных программных комплексов была невозможность совместного расчета системы, поэтому на практике проектировщики разбивали этот расчет на две части:

·     основание + фундамент;

·     фундамент + надфундаментная конструкция.

3 этап. Проектирование строительных конструкций с учетом совместной работы всей системы

Сегодня, когда современные программные комплексы позволяют выполнять сложнейшие совместные расчеты строительных конструкций с учетом разнообразных комбинаций нагрузок, перед проектировщиками остаются вечные проблемы, которые не позволяют довести точность этого расчета до идеального, такие как:

·     трудность представления основания в общей расчетной модели;

·     трудность оценки деформируемости грунтов во всех точках основания и выбора коэффициентов постели (буровые скважины обычно располагаются через 20–50 м);

·     трудность определения глубины сжимаемой толщи.

Центральные научно-исследовательские институты и проектные организации работают над этими проблемами, стараясь минимизировать разницу между результатами расчета и реальными показателями.

Кроме того, уже сегодня современные программные комплексы (PLAXIS 2D, MIDAS GTS и т.д.) дают приближенные к реальным значения параметров (осадка, глубина сжимаемой толщи).

 

Рисунок 1. Расчетная схема в программе PLAXIS 2D

 

На международном форуме высотного и уникального строительства «100+ FORUM RUSSIA» в 2015 году ведущими проектными институтами была проанализирована работа основания высотного здания; были определены глубина сжимаемой толщи и максимальная осадка от действия собственного веса здания. Результаты сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

Сравнение результатов

Определяемые параметры

СП 22.13330.2011

PLAXIS 2D

MIDAS GTS

75% нагрузки (без полезной нагрузки)

Глубина сжимаемой толщи, м

26,5

40,5

37,4

Максимальная осадка, мм

393

321

400

Неравномерная осадка, мм

-

77

77

100% нагрузки (с полезной нагрузкой)

Глубина сжимаемой толщи, м

30,8

50,5

48,9

Максимальная осадка, мм

580

545

577

Неравномерная осадка, мм

-

47

135

 

Расчетные значения данных параметров были сравнены с фактическими и было определено, что значения параметров в программном комплексе PLAXIS 2D наиболее приближены к ним.

 

Список литературы:
1. Общие положения к техническим требованиям по проектированию жилых зданий высотой более 75 м/ Правительство Москвы; ОАО ЦНИИЭП жилища и др. – М., 2002.
2. СНиП 2.02.01–83*. Основания зданий и сооружений/ Госстрой РФ; НИИОСП. – М., 1985.
3. СП 50-101–2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений/ Госстрой РФ; НИИОСП и др. – М., 2005.
4. Тер-Мартиросян З.Г., Теличенко В.И., Королев М.В. Проблемы механики грунтов, оснований и фундаментов при строительстве многофункциональных высотных зданий и комплексов// Вестник МГСУ. – 2006.– №1.– С.18–27.