Статья:

РАСЧЕТ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С УЧЕТОМ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ

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

Секция: 1. Архитектура, Строительство

Выходные данные
Мезенцев В.В., Хованский М.Е. РАСЧЕТ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С УЧЕТОМ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ // Молодежный научный форум: Технические и математические науки: электр. сб. ст. по мат. XXXI междунар. студ. науч.-практ. конф. № 2(31). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_tech/2(31).pdf (дата обращения: 01.10.2020)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 5 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

РАСЧЕТ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С УЧЕТОМ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ

Мезенцев Владислав Вадимович
студент Сибирского федерального университета, РФ, г. Красноярск
Хованский Максим Евгеньевич
студент Сибирского федерального университета, РФ, г. Красноярск
Рожков Александр Федорович
научный руководитель, канд. техн. наук, доц. кафедры СКиУС, Сибирский федеральный университет, РФ, г. Красноярск

Современная тенденция городов «расти вверх» не обойдет ни один современный мегаполис, в том числе и Красноярск. Кроме того, сегодня большая часть строительства осуществляется в условиях плотной городской застройки. В следствие этого застройщики в экономических целях вынуждены строить здания большой этажности.

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 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.

В стесненных условиях среднее расчетное давление, например, под 30-этажным жилым домом достигает порядка 0,5–0,7 МПа. В СССР никогда не сталкивались с такими величинами давлений при опирании фундаментов зданий на нескальные грунты.

Специалисты, разрабатывающие ТУ согласно [1], по геотехническим вопросам, как правило, отсылают к нормативным документам [2–5]. Заложенные в этих нормах концепции и методики расчетов оснований и фундаментов были разработаны и апробированы строительной практикой СССР и России для зданий 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. Гидротехнические нормы разработаны для сооружений, вытянутых в одном направлении. Адаптированные к указанным условиям методики [2–5] включают множество эмпирических правил и зависимостей, соответствующих параметрам обычных зданий и сооружений.

К сожалению, проблема учета грунтового основания при расчете пространственных конструкций в России активно решается и рассматривается при проектировании только в двух городах: Москве и Санкт-Петербурге.

Действующая система нормативных документов в строительстве предполагает индивидуальный подход к проектированию высотных зданий, разработку технических условий (ТУ) для каждого из них. В общем руководстве по составлению ТУ [1], во временных нормах по проектированию [6], а также в справочных рекомендациях нет конкретных указаний по методам расчета оснований и фундаментов высотных (уникальных) зданий.

Расчет фундаментов и сооружений без учета грунтового основания может привести к неточности в определении нагрузки на грунт и его поведении. В следствие этого грунтовое основание может потерять свою устойчивость. Для подавляющего числа зданий и сооружений значительные смещения неприемлемы; следует точно выделять максимально возможную нагрузку, действующую на массив грунта без потери устойчивости.

Следствием проектирования пространственных конструкций без учета грунтового основания является:

  • искривление стен и появление трещин (при неравномерной осадке по длине 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;
  • нарушение водостоков и трубопроводов;
  • выпор грунта, сопровождающийся большой осадкой фундамента;
  • выпучивание грунтов под пристройками к высотным зданиям, неравномерная их осадка (стилобаты).

Зданий в г. Красноярск, имеющих данные дефекты (в результате возможного неучета грунтового основания при проектировании) достаточно много. Например, торгово-развлекательный центр «Планета» – социально-важный ответственный объект, располагающийся на просадочных грунтах. Если рассмотреть кампус Сибирского федерального университета, то яркими примерами служат:

  • корпус А «Пирамида»;
  • общежитие №20.

Следствием проектирования этих зданий без учета грунтового основания стала неравномерная осадка по длине фундамента.

Исходя из вышесказанного, грунтовое основание нужно рассчитывать с учетом совместной работы фундаментов и надфундаментных конструкций на изгиб.

На практике же проектировщики чаще всего разбивают этот расчет на две части:

  • основание + фундамент;
  • фундамент + надфундаментная конструкция.

Расчет же совместной работы системы «основание + фундамент + надфундаментная конструкция» производится при проектировании редко по следующим причинам:

  • 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;
  • трудность правильного учета пространственной жесткости надфундаментной конструкции.

Многие 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).

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

Таблица 1.

Сравнение результатов расчета

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.

Такой разброс получившихся значений говорит о необходимости расчета в нескольких программных комплексах.

К сожалению, в нашем городе присутствует большое количество просадочных грунтов, поэтому актуальность учета грунтового основания при расчете пространственных конструкций с каждым годом будет усиливаться. Уже сегодня проектировщики, обладая современными программными комплексами, могут производить расчеты, результаты которых приближены к фактическим.

 

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. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01–83)/ НИИОСП. – М.: Стройиздат, 1986. – 415 с.
  5. МГСН 2.07–2001. Основания, фундаменты и подземные сооружения/ Правительство Москвы; НИИОСП и др. – М., 2003.
  6. МГСН 4.19–2005. Временные нормы проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в г. Москве/ Правительство Москвы; ОАО ЦНИИЭП жилища и др. – М., 2005.