ООО Архитектурная Производственная Компания

РАЦИОНАЛЬНЫЕ СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ ДЛЯ КРУПНОПАНЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ БЕЗ РОСТВЕРКА

В.А.Титаев

Статья опубликована в издании «Транспортное строительство в условиях климата Дальнево-сточного региона: Сб. науч. тр. / Дальневосточный государственный университет путей сооб-щения. – Хабаровск: ДВГУПС, 2000. С.17-23.»

Исследования [1] показывают, что в перекрытии зданий с безрост-верковыми свайными фундаментами над подвалом (цокольным этажом) всегда присутствуют нормальные растягивающие напряжения , для восприятия которых необходимо устанавливать дополнительную арма-туру в панелях перекрытий (а в ряде случаев и в стеновых панелях). Наличие растягивающих напряжений обусловлено в первую очередь тем, что средняя часть здания, являясь более нагруженной, имеет бoльшую относительную осадку см. Рис.1а. Под рациональным свай-ным фундаментом, в рамках данной работы, будем понимать фунда-менты, запроектированные таким образом, чтобы исключить появление растягивающих напряжений в нижнем перекрытии. Первая часть поставленной проблемы сводится к задаче о регулировании реакций свайных опор. Регулирование распределения реакций свайных опор под зданием может быть достигнуто путем погружения свай до заданной отметки, определяемой расчётом при заданной податливости свай. Хотя эта задача относится к классу нелинейного программирова¬ния, тем не менее, ее приближенное решение может быть найдено [2].

Проведенное в работе [3] исследование показывает, что вертикаль-ные перемещения балок-стенок под воздействием внешней нагрузки с дос¬таточной для инженерных задач точностью могут определяться по элементарным формулам прогибов балок, известным из курса "Сопро¬тивления материалов", но с обязательным учетом перемещений от по¬перечных сил. Тогда для нахождения значений реакций опор в случае балок-стенок применимы решения, полученные для обычных балок на упругом основании с учетом влияния поперечных сил [4]. Для решения поставленной задачи воспользуемся вариационным методом. Для этого приведем диафрагму здания к балке, а сосредото-ченные свайные опоры к распределенным контактным реакциям. За модель основания примем модель Фусса-Винклера. Принимаем, что диафрагма и грунтовое основание взаимодействуют без отлипания и деформации низа диафрагмы совпадают с осадками основания. Общий вид функции деформации основания представим в виде:

Для определения амплитудных значений функций формы деформа-ций грунтового основания и коэффициента жесткости принят известный вариационный принцип:

Другие составляющие формулы общеприняты. В дальнейшем с целью упрощения будем использовать вместо (погрешность в этом случае при определении деформаций балки незначительна). Анализируя выражение для полной потенциальной энергии системы "балка - грунтовое основание", видно, что оно характеризуется квадратичной зависимостью относительно амплитудных значений a и B функции формы Fk(x) , а для амплитудного значения функции формы Fk(x) – линейной зависимостью. Таким образом, для использования (5) возможна только вариация потенциальной энергии относительно параметров a и B . Кроме того, амплитудное значение y должно быть поставлено в соответствие с конкретными инженерно-геологическими условиями площадки строительства. В данной работе предлагается следующий подход.

С другой стороны, введенное понятие среднего коэффициента жест-кости балки можно рассматривать как результат решения задачи о вдавливании штампа в грунт при определенных механических характе-ристиках последнего и определять его в соответствии со СНиП [5]:

Полученные, в результате решения системы уравнений, амплитудные значения функций форм, при подстановке в (4) позволяют определять жесткость основания в любой точке под балкой. Распределённые контактные реакции, с учётом конструктивных тре-бований СНиП, заменяются сосредоточенными реакциями свайных опор. Для того чтобы реально обеспечить каждой свае заданную жест-кость необходимо иметь подробные данные инженерно-геологических изысканий. Для решения второй части поставленной проблемы воспользуемся методом статического зондирования [6]. Метод позволяет в кратчайшие сроки выполнить большое количест-во измерений, обеспечивая необходимую подроб¬ность исследования строительной площадки. Он особенно эффективен для свайных фун-даментов, так как позволяет быстро определять соп¬ротивление свай во многих точках площадки с высокой достоверностью. Результаты изы-сканий, полученные на основе данного метода, могут использоваться для проектирования свайных фундаментов с индивидуальным за¬данием жесткости каждой свае. Сущность метода состоит в том, что в грунтовом массиве стро¬ительной площадки статическим методом определяются условные по¬верхности, при достижении которых остри¬ями свай будет обес¬печена их проектная несущая способность. Технология зондирования нормирует-ся требованиями ГОСТ 20069-81 и ГОСТ 24942-81. Для облегчения обработки результатов испытаний разработана про-грамма для ЭВМ, реализующая методику по определению глубины по-гружения забивных свай с заданной несущей способностью. После определения несущей способности сваи во всех точках зонди¬рования производится графическое построение поверхностей с регу-лярным шагом по глубине погружения сваи (в качестве примера на Рис.2 приведе¬ны поверхности по условным данным). Представленные графически данные изысканий дают наглядное представление о проч-ностных особенностях грунта под проектируемым зданием. На основа-нии обработанных данных зондирования по поверхностям несущей способности свай назначается длина каждой сваи заданной жесткости (податливости) в конструктивно намеченных точках.

Численное моделирование напряженного состояния диафрагмы здания, запроектированной с учётом индивидуального задания жестко-сти каждой свае в пределах диафрагмы по форме (4), выполненное при помощи вычислительного комплекса "Мираж", реализующий метод ко-нечных элементов, позволяет сделать вывод, что поставленная задача решена. По всей длине диафрагмы (в уровне перекрытия нижнего эта-жа) наблюдается плавное распределение сжимающих напряжений и не превышает . При использовании предлагаемого метода проектирования свайных фундаментов нет необходимости в установке дополнительной контурной арматуры в нижних панелях перекрытия.

Литература

Оказание научно-технической помощи при проверке прочности па-нельных конструкций и их узлов 16-17 этажных зданий на безрост-верковых свайных фундаментах серии 97 для условий застройки г. Перми./НТО ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко. - М., 1991. - 163 с.
Синицын А.П. Расчёт балок и плит на упругом основании за преде-лом упругости. М.:Стройиздат, 1974. - 210 с.
Клепиков С.Н. Расчет конструкций на упругом основании. - Ки¬ев: Будiвельник, 1967. - 183 с.
Клепиков С.Н. Расчет бескаркасных крупнопанельных зданий на не-равномерные осадки оснований. - Киев: Будiвельник, 1966.
СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений /Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1985. - 40 с.
Мариупольский Л.Г. Исследование грунтов для проектирования и строительства свайных фундаментов. - М.:Стройиздат, 1989. - 199 с.