Проектирование высотных зданий – специфика. Фундаменты высотных зданий

Фундамент многоэтажного дома

Основой любого здания является фундамент. Это - залог того, что конструкция простоит долгие годы без деформаций. Главная функция фундамента - нести на себе массу постройки, и ключевое требование к нему - прочность.

Проект многоэтажного дома

Предварительные мероприятия

Перед тем, как начать строить многоэтажное здание, к примеру, такое как жк сочи, необходимо провести исследование грунта. Оценивается его подвижность, несущая способность, другие физические характеристики. Если грунт рыхл, то необходимо его упрочнять. Очень существенен и уровень подземных вод. Типов фундаментов много, и в каждом случае инженеры-геологи могут подсказать, какой вариант приемлемее.

Свайный фундамент

Самым мощным, экономичным и наиболее популярным в многоэтажном строительстве остаётся свайный фундамент многоэтажного дома. Его часто используют, если почва водянистая или место под строительство заболочено. Глубина забивки свай выбирается такой, чтобы свая своей основой опиралась на слой прочного грунта. Иногда приходится под сваи устанавливать дополнительные железобетонные опоры - "подушки".

Забивка свай

Существует два типа свай - забивные, когда готовую сваю забивают в грунт и набивные, когда в готовую скважину заливают бетон с арматурой.

Железобетонный фундамент

Если же грунт сухой и устойчивый, целесообразно здания ставить на фундаменты железобетонные, которые, в свою очередь, разделяют на монолитные ( плитные) и сборные.

В монолитном фундаменте многоэтажного дома основным элементом является заливной железобетон. Он хорошо выдерживает нагрузки и сдвиги грунта. В вырытый котлован устанавливается арматура и происходит непрерывная заливка бетона. Причём, для упрочнения конструкции перед заливкой в котлован засыпается слой песка. Арматура делается мощной, объёмное отношение железа и бетона здесь может доходить до 2\3.

Сборно-монолитный фундамент

Этап заливки и прочие нюансы

Сама заливка фундамента дома производится с помощью бетононасосов. Как правило, расход бетона в час - в пределах 9-15 кубометров. Сначала заливаются углы здания, затем - разветвления и края, и в конце - внутренние элементы стен. Обязательно производится виброуплотнение залитого бетона. Стыки несущих стен армируются усиленно. При этом, уровень самого фундамента должен быть ниже уровня промерзания грунтов.

Фундамент многоэтажного дома сборного типа требует задействования специальной техники. Здание сложной формы эта технология построить не позволит, но её главные плюсы - дешевизна и скорость.

Заливка железобетонного фундамента

Другие типы фундаментов - столбчатый, ленточный и пр. в строительстве многоэтажных зданий почти не применяются.

В начальном периоде активной эксплуатации сооружения обычно происходит сжатие грунта, что ведёт к осадке всей конструкции. Этого бояться не надо. Главное, чтобы она не превышала установленную при проектировании величину.

www.xn----7sbbnce2cdcen9bgn.xn--p1ai

Фундаменты многоэтажных зданий

Выбор типа фундаментов-это один из главных вопросов при проектировании. Фундаменты зданий принадлежат к конструкциям, от которых зависит общая прочность, устойчивость и деформативность всего сооружения.

Конструкции фундаментов во многом определяют свойства основания, на котором возводят объект. Это обуславливает необходимость выявления, изучения и разработки конструктивных мероприятий, соответствующих требованиям грунтов. Фундаменты опирают непосредственно на грунт (естественное основание) или на укрепленный слой сваями, на утрамбованный насыпной слой, укрепленный при помощи химических и тепловых процессов (искусственное основание).

Категории сложности природных условий оценивают по требованиям СНиП 22-01-95 (Геофизика опасных природных явлений). Категории сложности природных условий оценивают либо по совокупности факторов, или, при наличии двух или трех преобладающих факторов, - по преобладающему фактору высшей категории. Выделяется три группы факторов, характеризующих сложность условий строительства:

• Рельеф и геоморфологическое строение.

• Гидрогеологические условия.

• Опасные природные процессы.

Встречаются преимущественно следующие опасные природные процессы, обусловленные геологическим строением и использованием территории.

Морозное пучение - свойство грунтов, преимущественно переувлажненных глинистых, увеличиваться в объеме при замораживании. Преодолевается заглублением подошвы фундамента или концов свай ниже глубины промерзания, заменой и тепловой защитой грунтов основания. Для преодоления действия сил морозного пучения на боковые поверхности фундаментов наносят покрытия, препятствующие сцеплению их с грунтом.

Подтопление - территория Махачкалы на треть подтоплена грунтовыми и техногенными водами. Следствием подтопления является суффозия (выщелачивание, вынос мелких минеральных частиц и растворимых веществ водой, фильтрующейся в толще грунта). Суффозия приводит к нарушению структуры грунтов, вызывает оседание вся вышележащей толщи с образованием на земной поверхности замкнутых понижений диаметром до 10 м. Такие явления встречаются довольно часто, вызывая разрушение дорожных покрытий и заметные проседания основания и крены фундаментов зданий.

Плывуны - насыщенные водой песчаные и супесчаные грунты, способные растекаться и оплывать. При строительстве на грунтах, подверженных суффозии, и плывунах невозможны мероприятия по замене, укреплению и осушению грунтов. При строительстве на таких грунтах целесообразно выполнять водопонижение и дренирование всей территории микрорайона.

Оползни — скользящее движение массива грунта по склону.

Подрабатываемые территории. В связи с многовековым использованием пространства под территорией города: добыча естественного камня, водозаборные колодцы, инженерные, коммуникационные и защитные подземные сооружения структура земной толщи представляет собой подобие швейцарского сыра. Заброшенные неэксплуатируемые подземные пространства представляют собой опасность, аналогичную карстовым пустотам. При невозможности доступа в такие техногенные пустоты для проведения укрепительных работ мероприятия для подготовки основания под строительство аналогичны мероприятиям по карсту.

Как правило, под многоэтажные монолитные дома устраивают фундаменты из перекрестных лент, сплошных плит, обеспечивающих хорошую несущую способность и равномерную распределяющую нагрузку на основание здания. При необходимости достижения высокой жесткости фундаментов применяют коробчатые конструкции.

Толщина фундаментной плиты зависит от приходящейся на неё нагрузки, характера её передачи и от физико-механических характеристик грунтов основания.

В зданиях каркасной конструктивной системы применяют перекрестные ленты и сплошные фундаментные плиты. При этом, если фундамент запроектирован под монолитные колонны, то он выполняется в виде цельной конструкции, соединенной с рабочей арматурой колонны и армированной сетками, воспринимающими усилия, возникающие под воздействием отпора грунта. Конструктор при разработке сечений фундамента сталкивается с противоречием 2х факторов: чем выше жесткость фундамента, тем выше значения усилий в конструкции, но тем и ниже ее деформативность. Для придания такому фундаменту большей жесткости его усиливают ребрами в обоих направлениях. В местах пересечений ребер устанавливают колонны. Пространство между ребрами засыпают слоем песка, щебня или гравия, по которому выполняют бетонную подготовку толщиной в 100 - 150 мм. При бескаркасной системе ребра используют для установки несущих конструкций здания (стены, диафрагмы жесткости).

Подземное пространство под многоэтажными зданиями используют в основном для устройства гаражей и помещений вводов инженерных коммуникаций. Для повышения жесткости подземного объема устраивают объемные монолитные конструкции «коробчатого» типа. Это исключительно жесткая конструкция, в которой «ребра» нижней плиты выполняют на полную высоту подвала, соединяя их с плитой перекрытия наземного этажа и включая ее в работу фундамента.

pc-inproject.ru

Основания и фундаменты высотных зданий

В издательском доме "АСВ" вышла в свет новая монография заместителя директора НИИОСП им. Н.М. Герсеванова АО «НИЦ «Строительство» О.А. Шулятьева "Основания и фундаменты высотных зданий" (- М., 2016. - 392 с.).

Целью книги, обозначенной в предисловии автором, является желание осветить особенности проектирования и строительства фундаментов высотных зданий, включающие все стадии: изыскания, конструирование, расчеты, мониторинг и производство работ. Основой книги послужили лекции и доклады, которые автор докладывал на различных российских и международных конференциях в течение последних 10 лет, включая Форум 100+ в 2015 г. в Екатеринбурге, международный конгресс в Париже в 2014 г., ряд опубликованных статей в российских и международных изданиях, а также материалы, собранные при подготовке соответствующих разделов в СП 22.13330, вновь разрабатываемого СП "Высотные здания и комплексы", справочника проектировщика "Основания зданий и сооружений".

В монографии изложена история развития фундаментостроение высотных зданий, приводятся примеры строительства высотных зданий на различных типах фундаментов и результаты мониторинга.

монография О.А. Шулятьева "Основания и фундаменты высотных зданий"

О.А. Шулятьевым рассматриваются особенности инженерно-геологических изысканий для грунтов, залегающих на глубинах до 100 и более метров и испытывающих нагрузки до 1 МПа и более. Особое внимание уделено переуплотненным глинистым грунтам, строительные свойства которых мало изучены.

В книге приводятся и анализируются возможные конструкции фундаментов высотных зданий, включая свайно-плитные, рассматриваются особенности их конструирования и расчета. Особая роль уделена рассмотрению вопросов развития осадки во времени, в том числе после окончания строительства, и изменения при этом напряженно-деформированного состояния основания при условии искусственного ограничения фильтрационных процессов.

Рассмотрены вопросы совместного расчета и влияния конструкций здания и технологии их выполнения на деформацию фундаментной плиты, описываются особенности проектирования фундаментов высотных зданий, включая небоскрёбы «Москва-Сити», «Лахта-Центр», ряда жилых многофункциональных комплектов с высотными зданиями в Москве, приводится обширный материал результатов наблюдения за осадками фундаментов и перемещения массива грунта оснований высотных зданий в процессе строительства.

Монография О.А. Шулятьева "Основания и фундаменты высотных зданий" имеет подзаголовок - научное издание, но она будет интересна всем специалистам, геотехникам и строителям, связанным с проектированием и строительством зданий и сооружений, а также просто читателям, интересующимся историей возведения уникальных высотных сооружений. Книга рекомендуется студентам и аспирантам строительных вузов и факультетов.

О.А. Шулятьев подписывает свою книгу "Основания и фундаменты высотных зданий"

tvosibgtv.ru

Проектирование высотных зданий – специфика

По степени сложности проектирование высотных зданий, а также возведение их превосходят мосты и тоннели, главным образом за счет многократного преобладания высоты над площадью основания, что создает значительные нагрузки на несущие конструкции.

Огромная высота небоскреба приводит к значительно превосходящей типичную для среднеэтажной застройки степени воздействия природных факторов, таких как солнечная радиация и ветровая нагрузка, зачастую превышающая суммарный вес сооружения. Влияние оказывают и общая геологическая ситуация (качество подстилающих грунтов, сейсмическая опасность региона, наличие карстовых разломов), и ряд техногенных факторов (вибрации, шумы, аварии, пожары, диверсионные акты, локальные разрушения). Проектирование высотных зданий – это решение комплекса градостроительных, природно-климатических, геологических, архитектурно-планировочных, конструктивных задач.

Должны быть решены и инженерные вопросы (вентиляция, отопление, водоснабжение, канализация, электрика и системы их управления), вопросы комплексной безопасности проживания, управления и мониторинга конструкций, а также меры, направленные на снижение негативного психологического воздействия на человека.

Каждая высотка сложна и уникальна, и ее сложность возрастает пропорционально ее высоте. В работе над ней принимают участие специалисты из разных областей. Например, в проектировании высотного здания Commerzbank принимали участие свыше 400 исследовательских групп. Основная ответственность ложится на архитекторов, координирующих работу. Поэтому во всем мире при архитектурных школах создаются специальные факультеты, готовящие специалистов по небоскребам. Существуют и проектные организации, специализирующиеся на высотных зданиях, – архитектурные Skidmore, Owings and Merrill, De Stefano and Partners, Foster and Partners, конструкторские Ove Arup and Partners, Thornton Tomasetti Groupe, Cantor Seinuk Group, инженерные RSE Engineering, Flack & Kurtz Consulting Engineers, строительная Turner Construction.

ГЕОЛОГИЯ И ГРУНТЫ

Решение о строительстве высотного здания во многом зависит от качества грунта на участке и его несущей способности. Основной фактор риска в строительстве высоток – оценка несущей способности грунта. При ее анализе и расчете фундаментных плит необходимо учитывать специфику этого типа зданий. Один и тот же грунт в зависимости от неоднородности строения, от технологии возведения может иметь значения «модуля деформации», в 2–5 раз различающиеся между собой. Расчет подземной части высотки выполняется по двум предельным состояниям: по несущей способности и по деформациям (осадкам, кренам, прогибам и т.д.) с учетом принятой технологии возведения. Проектирование фундаментов учитывает особенности грунтов, результаты лабораторных и полевых испытаний, а также обследований окружающей застройки, ее оснований и фундаментов.

По современным способам расчетов основания армирования фундаментной плиты определяется достаточно приблизительно.

Высотное здание гостиницы Burj al Arab, Дубаи, построенное прямо в море.

В процессе строительства и эксплуатации продолжают измеряться значения контактных напряжений характерных точек, опорных сил, осадки. Если данные не соответствуют рас- четным, то проводится упрочнение грунта. По прогнозам экспертов, развитие геотехнических модельных вычислений, опыт применения эффективных строительных технологий со временем сведут к минимуму риски, связанные с непредсказуемостью поведения грунтов.

АЭРОДИНАМИКА

Можно сказать, что для высотных зданий влияние климата, ветра, изменение атмосферного давления являются экстремальными. До перехода на каркасную систему этой проблемы просто не существовало. Первые кирпичные высотки не были подвержены ветровому воздействию, в отличие от современных сооружений с большими пролетами несущих конструкций, навесными фасадами и предельной высотой.

Изучение воздействия ветра возможно с помощью физического или математического моделирования. Первое осуществляется при испытании в специальных аэродинамических трубах моделей в масштабе от 1:150 до 1:500. Это позволяет определять градостроительно-планировочные недостатки, чрезмерные нагрузки на конструкции, возможные места возникновения вибраций и шумов. Полученные результаты переносятся на реальный объект с корректирующими коэффициентами точности. При математическом моделировании учитываются скорость, направление и характер ветра, а также рельеф местности, плотность окружающей застройки, наличие поблизости леса и объемно-пространственная структура самого здания. Чем больше объектов находится рядом, тем больше высота, на которой достигается максимальная ветровая нагрузка. В области пограничного слоя воздуха скорость ветра может увеличиться в четыре раза. Под пограничным слоем понимается приземной слой атмосферы (в центре городов ~ 460 м), в котором поверхность земли оказывает тормозящее воздействие на движущую массу воздуха, выше его скорость ветра постоянна.Нагрузки, вызванные воздушными потоками повышенной скорости вокруг здания (турбулентные, круговые восходящие, всасывающие), создают колебания, сравнимые с 4- и даже 5-балльным землетрясением.

Кроме этого возникают неприятные звуки от перекоса конструкций, от проникания таких потоков в оконные щели, а также «завывание» вокруг здания. Наибольшее давление ветра наблюдается в центре вертикальной поверхности с наветренной стороны, где движение ветра практически прекращается. Давление постепенно уменьшается по мере возрастания скорости потока в направлении верха здания. Примерно с середины высоты 40% потоков воздуха начинает движение вниз вдоль фасада. Это может создавать ветровые нагрузки на уровне входа в здание даже большие, чем на высоте 100 м.

Существуют надежные методики учета аэродинамики, следуя которым проектировщик может добиться снижения ветровых нагрузок. Они должны применяться с самого начала проектирования высотных зданий, с постановки сооружения на участке в соответствии с розой ветров, с выбора объемно-пространственного решения.

РАЦИОНАЛЬНЫЕ ОБЪЕМНО-ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ РЕШЕНИЯ

Наиболее рациональные формы высоток можно расположить в определенной последовательности, по степени уменьшения воздействия воздушных потоков на их конструкции. Абсолютным лидером является круглый план. Отсутствие выступов позволяет воздуху обтекать объем, не создавая при этом завихрений, появляющихся на углах прямоугольных в плане построек.

Примерами могут служить Marina City в Чикаго или Torre Agbar в Барселоне. Второе место принадлежит планам в форме, производной от круглой, – овальной, в форме линзы или капли. С середины ХХ века все больше высоток имеют подобные планы, что связано с увеличением их высоты, при которой оптимальный объем с точки зрения аэродинамики – не художественный прием, а необходимость. Переходная форма треугольника со скругленными углами чрезвычайно популярна благодаря своей пространственной жесткости. Прекрасный примердля подражания – Commerzbank во Франкфурте.

На третьем месте – столь же распространенные, как и сто лет назад, квадратные или ромбовидные планы. Это решение наиболее популярно для зданий не выше 60 этажей, поскольку они более подвержены горизонтальным нагрузкам. На четвертом месте – высотки, спаренные конструктивно или композиционно. Они, как правило, имеют круглую форму, как, например, Petronas Towers (Башни Петронас) в Куала-Лумпуре. Объединяющий их мост на 42-м этаже является фермой с подпорками, которая работает как стабилизатор колебательных деформаций обеих башен.При помощи Г- и Н-образного плана можно добиться увеличения показателей прочности и жесткости сооружения. Однако в подобном типе зданий, которые в нашей классификации находятся на пятом месте, приходится размещать несколько лестнично-лифтовых узлов, что снижает выход полезной площади.

Замыкают ряд протяженные здания в виде пластины, дуги или волны. В последнее время, преимущественно в Китае, подобные сооружения делаются жилыми, их высота составляет 40–60 этажей. При этом архитекторам приходится искать альтернативные пути борьбы с воздушными потоками, вызванными огромной парусностью домов.

Стереотипные представления о небоскребах как о прямоугольных башнях, балансирующих на маленьком пятачке, зажатом среди соседних городских кварталов, на сегодня устарели. С тех пор, как высотки перестали быть только офисными зданиями и сделались жилыми домами, гостиницами, многофункциональными комплексами, они значительно расширили свою типологию. Их формы в зависимости от расположения и функции могут быть очень разнообразными – напоминающими парус, огурец, ворота или пагоду-переростка.

Аэродинамические нагрузки и распределение веса конструкций здания по вертикали требуют, как минимум, сохранения конфигурации по всей его высоте. С точки зрения устойчивости сужающаяся кверху форма предпочтительна. В этом случае сооружение занимает весь участок, а затем площадь этажей уменьшается. Это могут быть плавные изменения в силуэте здания по наклонной или дугообразной линии либо скачкообразные, уступчатые формы.

Проектирование высотных зданий. Внешний вид HSBC Building. Гонконг

В здании, имеющем форму пирамиды, наклон наружных плоскостей может увеличить жесткость конструкций на 10–50%. Уменьшить ветровую нагрузку можно с помощью переменного расширения и сужения горизонтального сечения здания. В этом случае для потоков воздуха создаются каналы, по которым им легче обтекать объем. Эту роль выполняют сквозные проемы, которые могут располагаться в разных частях здания. В любом случае испытания в аэродинамической трубе проектных моделей подобных сооружений должны проводиться с особой тщательностью, поскольку проемы могут оказывать усиливающее влияние на скорость ветра.

РАЦИОНАЛЬНЫЕ ПЛАНИРОВОЧНЫЕ РЕШЕНИЯ

Вопросы ветровой нагрузки и связанные с ними оптимальные формы высоток неотделимы от их конструктивных решений, от которых зависит и рациональное распределение площадей каждого этажа. В планировке нужно максимально экономно и компактно разместить лестнично-лифтовые узлы. Для определения количества лифтов стоит рассчитать, сколько человек будет ими пользоваться в час пик, ведь максимальное время ожидания кабины может составлять не более 28 секунд. Архитектору также предстоит расположить несущие конструкции с учетом оптимального использования площади, по возможности освободив периметр от массивных элементов.

Конфигурация сооружения, расположение его центрального ядра и соотношение размеров ядра и здания – это базовые параметры в проектировании высотных зданий. Взаимосвязь планировочных, объемных и конструктивных показателей превращает придуманную архитектором форму в работающую схему.Надежность и безопасность высотного здания зависит от принятых решений по сложнейшей системе, состоящей из подземной (фундаментов, отвечающих за восприятие и передачу суммарных нагрузок от здания на грунтовое основание) и наземной частей.

КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ

Фундаменты

Высотное здание – это вертикальная консоль, жестко закрепленная в фундаменте, поэтомуего надежность гарантирует устойчивость всего сооружения. Суммарная удельная нагрузка на основание может достигать 0,8–1 МПа. Основным правилом для высотных зданий является соблюдение симметричной центрированной нагрузки на фундамент.В высотном строительстве большое распространение получили следующие фундаменты:

плитный фундамент. Применяется при хорошей несущей способности грунта и является наиболее экономичным для высотного строительства. Выполняется либо сплошным, монолитным, причем его толщина может доходить до 5 м, либо монолитным железобетонным коробчатым. В Москве особенности грунтов и сложные техногенные условия не позволяют принимать удельные нагрузки на основание под плитными элементами фундамента более 0,4–0,5 МПа;
свайный фундамент. Применяется при низкой несущей способности грунта. Могут быть применены сваи-стойки или висячие сваи, которые в зависимости от геологии грунтов и нагрузок на основание могут составлять в диаметре 3–4 м, а в некоторых случаях даже 6 м при длине 30–40 м;
свайно-плитный фундамент. При таком фундаменте расположение и длина свай определяются неравномерностью восприятия нагрузок грунтом, от чего зависит плотность свайного поля и толщина плиты. Кроме того, может быть применен комбинированный фундамент под разные части здания в различных сочетаниях, например: под менее загруженную часть – ленточный, а под ядро –глубокого заложения. При этом необходимо учитывать разность осадки таких фундаментов.

НЕСУЩИЕ КОНСТРУКЦИИ НАЗЕМНОЙ ЧАСТИ

Изначально применялись три основные конструктивные схемы высоток: каркасная, каркасно-ствольная и бескаркасная с параллельными несущими стенами. Со временем было разработано еще несколько типов: каркасная с диафрагмами жесткости, рамно-каркасная, бескаркасная с перекрестно-несущими стенами, ствольная, коробчатая (оболочковая), ствольно-коробчатая («труба в трубе» или «труба в ферме»).Каркасные и рамно-каркасные системы применяют при высоте здания до 100–150 м. Схемы с перекрестно-несущими стенами, обеспечивающие большую жесткость, могут применяться в строительстве жилых домов и гостиниц до 40 этажей, поскольку им соответствует планировочная структура таких зданий. Стремление к достижению большей жесткости связано с резким увеличением массы сооружений и ограничением планировочных решений.

Для повышения жесткости конструкции и обеспечения свободной планировки применяют ствольные и каркасно-ствольные системы. Стволом, или ядром, как правило, является монолитно выполненный лестнично-лифтовый узел. Данная система обеспечивает необходимую жесткость здания до высоты в 50–60 этажей, поскольку его геометрия зависит от геометрии ядра, предельное соотношение ширины которого к высоте определяется как 1:6 (максимум 1:10). При этом ядро не должно занимать больше 20% от площади этажа.

Ограничение по высоте ствольных систем до 80–90 этажей преодолевается, если в качестве несущей оболочки выступает внешний периметр. Такие системы называются коробчатыми или оболочковыми. В них наружная несущая оболочка может выполняться в виде безраскосной и раскосной решетки из стали или железобетона. Безраскосная решетка не вызывает затруднений при размещении светопрозрачных ограждений по фасаду, но уступает раскосной в обеспечении жесткости конструкции. Диагональные связи-раскосы, образующие ствольно-коробчатые системы «труба в ферме», не позволяют применять пластические решения фасадов и требуют частого расположения несущих стоек по периметру сооружения.

Main Tower. Архитектор Петер Швегер. Проектирование высотных зданий

Система «труба в ферме» может эффективно применяться в зданиях свыше 100 этажей.До высоты в 250–300 м возможна конструкция только с несущим стволом и опирающимися на него аутригерами-консолями (усиленными перекрытиями, способными воспринимать нагрузку от нескольких выше или ниже лежащих уровней и передающих ее на ядро), расположенными каждые 5–20 этажей. В зависимости от схемы аутригеры могут достигать высоты в несколько метров, в этом случае они располагаются в пределах технических этажей. Аутригеры должны быть затянуты в единую систему по периметру здания колоннами, работающими на растяжение, чтобы сократить колебательные ускорения наверху от ветровой нагрузки.

Каждая из схем экономически целесообразна для зданий определенной высоты или соотношения высоты и ширины. Показателем экономической эффективности является расход материала на изготовление несущих конструкций, поделенный на общую площадь. Таким образом, перед конструкторами стоит задача свести к минимуму вес сооружения при обеспечении необходимой надежности. Улучшить условия работы здания под нагрузкой и повысить его жесткость позволяет равномерное распределение вертикальных нагрузок на несущие элементы.

Если необходимость восприятия ветровых нагрузок требует повышения жесткости, сейсмические воздействия, напротив, диктуют повышение его гибкости, чтобы колебания гасились конструкцией без ее разрушения. Гибкость большинства высоток, коэффициент отношения высоты к ширине, обычно 1:8. Большие значения приводят к недопустимым колебаниям верха здания и необходимости использования демпфирующих элементов.

Эти колебания должны быть ограничены по соображениям надежности (не более 0,08 м/с2), а также для обеспечения психологического комфорта. Определить баланс между показателями гибкости и жесткости – еще одна сложность в разработке конструкций высоток. Особые требования к конструктивному решению предъявляют также проблемы безопасности, в частности защиты от прогрессирующего обрушения. Теперь в методиках расчета предусматривается моделирование поведения системы в случае выхода из работы части несущих конструкций, способных повлечь за собой падение всего здания.

МАТЕРИАЛЫ

В строительстве высоток применяют преимущественно сталь и бетон. В начале «эры небоскребов» для каркасных систем использовали металлические колонны и балки. Профильные элементы соединялись при помощи заклепок или болтов в пространственные структуры. Изобретение железобетона в конце XIX века потеснило сталь, но до середины ХХ века нельзя было утверждать, что один материал полностью вытеснил другой. И тот, и другой применялись в строительстве одновременно.

После второй мировой войны все чаще высотные здания стали строить из железобетонных конструкций, которые позволяют механизировать монтажно-строительные процессы, а также разнообразить архитектурный облик сооружений. Они обладают большей огнестойкостью, устойчивостью, обусловленной большим весом, быстрым затуханием колебаний.

Стальные конструкции необходимо защищать от воздействия огня при помощи специальных покрытий или бетона. Благодаря своим характеристикам сталь и бетон могут комбинироваться при учете разницы их свойств. Для высоконагруженных несущих конструкций (колонн, стоек, ригелей) применяют железобетон с жесткой арматурой в виде прокатных профилей, а также комбинированные сталебетонные конструкции.

Использование бетона для подобных целей стимулирует совершенствование этого материала. Разрабатываются новые смеси, обладающие специальными качествами. Созданы бетоны классов В80 и В100, по прочности приближающиеся к стали. Широко применяются более низкие классы высокопрочных бетонов В60 и В70, так как с ростом прочности бетона возрастает его стоимость, повышается хрупкость и снижается огнестойкость. Тем не менее применение высокопрочного бетона и его модификаций позволяет сократить расход арматуры до 35% и обеспечивает набор прочности за двое-трое суток не только в нормальных, но и в зимних условиях без применения электропрогрева. Бетоны высокой консистенции и самоуплотняющиеся бетоны позволяют возводить густоармированные конструкции совершенно без вибрации либо с очень небольшим виброуплотнением.

ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ

Каркасная система, ставшая базовой при строительстве высоток, изменила и принципиальное решение наружных ограждающих конструкций. Толстые массивные стены уступили место легким конструкциям, либо опирающимся на межэтажные перекрытия, либо подвешивающимся к ним и выполняющим только функцию защиты от климатических, атмосферных факторов и обеспечивающим тепловую изоляцию. С развитием фасадных технологий со второй половины ХХ века появилась возможность использовать легкие профильные системы с заполнением панелями из алюминия, специального стекла, полимерных материалов. В современных высотках широко применяют вентилируемые системы, отделанные натуральным или искусственным камнем, декоративными металлическими листами, фибробетонными экранами и другими материалами.

Требования к фасадным системам, предназначенным для высотного домостроения, значительно превосходят требования к ограждающим конструкциям обычных домов, благодаря многократному возрастанию всех видов нагрузок – как динамических, так и климатических. Фасады высоток должны быть воздухо- и паронепроницаемыми, погодостойкими, огнестойкими, технологичными, шумоизоляционными, долговечными и надежными в эксплуатации, ремонтопригодными, а также обладать хорошими теплоизоляционными свойствами, низким коэффициентом температурного расширения и небольшой массой.

Фасадные конструкции должны не только выдерживать прямое давление ветра (до 20–25 м/с), но и сопротивляться усилиям на отрыв, возникающим при движении воздуха вдоль стены и появлении зон отрицательного давления из-за турбулентности. Климатическое воздействие на фасадные системы не ограничивается ветром. В зависимости от климатических условий на конструкции могут оказывать воздействие солнечная радиация, ливневые дожди, грозы и смог.Фасадные системы постоянно совершенствуются, разрабатываются новые технологии изготовления и монтажа конструкций, материалы (керамика в комбинации с боросиликатным стеклом, панели из металлической пены, нанокомпозиты, стеклянные панели с супергидрофобным самоочищающимся слоем и т.д.).

Совершенствуются и стыковые соединения, узлы крепления и внешний дизайн. Особую роль в истории высотного строительства сыграли светопрозрачные ограждающие конструкции. Возможность сделать максимально прозрачными наружные стены придавала идее сверхвысоких зданий особое значение. Вид с высоты птичьего полета можно было получить, просто сидя в кресле за рабочим столом на 40-м этаже небоскреба.

С развитием конструктивных систем, позволяющих строить все более высокие и сложные структуры с наружными раскосными решетками, ограждающие конструкции вновь стали выполнять несущую функцию. Пространственные стальные и бетонные скелеты с диагональными распорками взяли на себя часть веса здания. При этом стеклянные фасады сохранили за собой главную роль – ограждающей и защищающей сооружение оболочки.

Светопрозрачные системы для высотных зданий проектируются с соблюдением нескольких условий. Профильные несущие элементы для увеличения прочностных качеств и долговечности, как правило, изготавливаются из стали. В светопрозрачном заполнении используются особо прочные, пожаростойкие, низкоэмиссионые и солнцезащитные стекла. Окна традиционной конструкции при использовании в высотных зданиях не обеспечивают требуемого сопротивления воздухопроницанию, поэтому разрабатываются специальные конструкции заполнения световых проемов. Во всем мире широко применяются системы double skin с внешними защитными экранами из особо прочного стекла. Они позволяют делать внутреннее остекление частично или полностью открывающимся. В обычных одинарных фасадах стеклянные конструкции делаются неоткрывающимися из соображений безопасности и из-за сильных воздушных потоков вокруг здания. В них применяют окна с воздухозаборными клапанами.

Смотрите также:

delovoy-kvartal.ru

Надежность фундаментов высотных зданий

Поиск Лекций

Высотным (по ТКП 45-3.02-108-2008) называют здание высотой более 75 м (более 25 этажей). С ростом высоты чувствительность конструкций здания и его инженерных систем к неравномерным осадкам возрастает. Для уменьшения осадок в настоящее время используются следующие методы: − строительство в глубоких котлованах; − усиление основания; − использование глубоких опор в виде свай. Высотные здания подразумевают большую подвальную часть, где располагают подземные парковки, технические этажи. Также необходима достаточно большая глубина заложения фундаментов: 10-15 м, а иногда и до 20-30 м. В этом случае отметка дна котлована может находиться ниже уровня грунтовых вод (УГВ). Разработка котлована при этом невозможна без устройства ограждающих конструкций в виде монолитных или сборно-монолитных траншейных стен, возводимых методом «стена в грунте», также могут применяться шпунтовые стенки. Эти способы закрепления стен котлована применимы и при строительстве в стесненных условиях, при этом не нужно устройство откосов, отпадает необходимость в устройстве обратных засыпок, оседание близко расположенных зданий исключается. Но стена в грунте при таких глубоких котлованах должна закрепляться устройством распоров. В этом случае можно использовать: − анкеры в грунте; − технологию «UP-DOWN». В первом случае заглубленные в грунт анкерные устройства воспринимают внешние выдергивающие усилия и передают растягивающие усилия в глубокие слои грунта. Анкера не приводят к дополнительным деформациям окружающего массива. При способе «UP-DOWN» монтаж перекрытий ведется постепенно, по мере разработки котлована, что позволяет использовать плиты в качестве распорок. Строительство ведется «вверх и вниз», что сокращает его сроки. Другим способом крепления ограждений котлованов при строительстве открытым способом является устройство временной распорной системы из металлических труб или прокатных профилей. Инженерные изыскания связаны с надежностью высотных зданий и вытекают из следующих их особенностей: 1) значительные нагрузки на основание, приложенные с большим эксцентриситетом; большая площадь фундамента и наличие подземной многоэтажной части; 2) неоднородность напряженно-деформированного состояния основания; сжимаемость основания неравномерная, вызывающая неоднородные деформации несущих конструкций и фасада здания, и др.; 3) влияние природных и случайных факторов (ветровая и сейсмическая нагрузки, удары молний, солнечная радиация, пожар, взрывы и др.), а также наличие в составе оснований потенциально опасных во времени специфических и слабых грунтов (карст, известняк, биогенные, пылевато-глинистые и др.) и гидрогеологических явлений и др. Геотехнические особенности высотных зданий предполагают следующие основные типы фундаментов для них: − массивные плитные; − свайные; − комбинированные, в т.ч. свайно-плитные (СПФ). Для высотных зданий традиционно применяются массивные плитные фундаменты на естественном или укрепленном основании. Но условия взаимодействия таких фундаментов с основанием (выпор грунта из-под края фундамента, возникновение кренов и пр.) требуют тщательного расчетного обоснования возможности их использования. Эффективность использования плитного фундамента существенно возрастает в случае его заглубления, при котором уменьшается разница между сжимающими напряжениями под подошвой фундамента от приложенной сверху нагрузки и естественными вертикальными напряжениями в ненарушенном грунте. Такая плита образует с подземной частью здания так называемый “плавающий” фундамент. На прочных основаниях (песчаных, гравийных) без слабых обводненных прослоек с центрально приложенной нагрузкой (без больших эксцентриситетов и местных сосредоточенных нагрузок) плитные фундаменты являются самыми экономичными. Свайные фундаменты в виде свайного поля или глубоких опор – наиболее часто применяемые в последнее время для высотных зданий, если значения показателей физико-механические свойства грунтов основания неоднородные, а также при значительной площади зданий и больших нагрузках от него. Фундаменты в виде глубоких опор, передающих нагрузку от высотного здания на глубоко залегающие несжимаемые грунты, более надежны, т.к. обеспечивают наименьшие осадки здания. Однако при большой глубине залегания несущих слоев грунта устройство фундамента затрудняется, а стоимость увеличивается. Для свай в таких фундаментах самой важной характеристикой является несущая способность по материалу, а не по грунту. Поэтому использование свай малого диаметра для них нецелесообразно. В то же время эффективней располагать сваи не в виде равномерных полей, а отдельных кустов и лент под сосредоточенными нагрузками, что позволяет уменьшить высоту плит-ростверков и их материалоемкость и улучшает условия работы всей надфундаментной конструкции. Работа такого фундамента заключается в передаче нагрузки на основание сваями от центра к периферии и регулируется посредством изменения их длины, диаметра или шага. Такие фундаменты называются свайно- плитными (СПФ). По сравнению со свайными фундаментами свайно-плитные более экономичные и технически продуктивны, т.к. распределяют нагрузки не только через сваи, но и плиту – ростверк. В Красноярске еще мало высотных зданий. Но уже сейчас существует много проектов на их строительство. Особое внимание уделяется фундаментам, поскольку их устройство в современном городе ведется в стесненных условиях. Сегодня главной задачей высотного строительства должно быть развитие существующих и освоение новых технологий устройства фундаментов. Т.к. высотные здания имеют повышенные геотехнические особенности, то при их возведении должны быть дополнительные требования не только к проектированию, но и к вопросам мониторинга, экспертизы и тестирования строительства оснований, фундаментов и подземных частей.

poisk-ru.ru

Фундаменты высотных зданий и геотехника

Мы умеем строить!

Фундаменты высотных зданий и геотехника

ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ, УЧИТЫВАЮЩИЕ ИХ ГЕОТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

Проблемы обеспечения надёжного функционирования конструкций «нулевого цикла», т.е. оснований, фундаментов и подземных частей высотных зданий занимают особое место при их проектировании и строительстве.

Грунтовое основание любого сооружения, в том числе высотного здания, является частью не только самого сооружения, но и природной геологической среды. Свойства основания обладают большей изменчивостью и с меньшей определенностью поддаются количественному описанию, чем свойства других, искусственно создаваемых конструктивных элементов системы «основание-фундамент-надземная часть здания». Обычно основание, особенно естественное, — наиболее деформируемый, «податливый» элемент указанной системы. Вследствие этого и других факторов (передача на фундамент полной нагрузки от надземной части здания, технологические трудности оптимизации конструктивных решений и др.) непосредственно взаимодействующие с основанием фундаменты и конструкции подземной части здания оказываются в общем случае наиболее нагруженными элементами конструктивной схемы, и, что важно, усилия в них определяются с меньшей достоверностью, чем в конструкциях надземной части. Эти вполне очевидные и много раз подчеркиваемые различными авторами обстоятельства приобретают особую значимость при проектировании и строительстве высотных зданий и выполнении инженерных изысканий для принятия соответствующих проектных решений и их расчётного обоснования.

Основная особенность взаимодействия высотного здания с основанием, по сравнению с обычным сооружением, заключается в том, что к основанию прикладываются значительно большие по величине и зачастую более неравномерные по площади пятна застройки давления.

Эти обстоятельства вызваны как значительными суммарными (порядка сотен тысяч тонн) нагрузками на основание, так и тем, что высотные здания чаще всего проектируются, по архитектурно-планировочным соображениям, как сооружения башенного типа, в том числе переменной этажности в пределах пятна застройки. Высота современных высотных зданий обычно значительно превышает плановые размеры. Поэтому для них характерны не только значительные вертикальные силы, но и моменты, что существенно осложняет работу основания. Удельное давление на основание под фундаментной конструкцией ряда возведенных и эксплуатируемых высотных зданий достигает величин 500 - 800 кПа и более, что особенно опасно при заметном эксцентриситете приложения нагрузки.

Вторая геотехническая особенность высотных зданий, связанная с первой и в значительной степени влияющая на состав и объём инженерных изысканий, состоит в том, что такие здания вовлекают в работу большие массивы фунтов, обладающие, как правило, существенной неоднородностью в плане и по глубине.

В типовых для Московского региона условиях относительно глубокого залегания коренных пород значительные нагрузки часто приходится передавать на грунты четвертичных отложений, обладающие недостаточно высокими прочностными характеристиками и повышенной сжимаемостью. В таких условиях неравномерность передачи нагрузок, неоднородность напластования грунтов и повышенная их деформируемость при принятии недостаточно эффективных проектных решений могут привести к развитию чрезмерных осадок, прогибов, перегибов и кренов фундаментных частей зданий и, как следствие, к развитию выходящих за рамки нормативных требований усилий в конструкциях надземной и подземной частей здания, а также к дополнительному отклонению его верхней части от вертикальной оси. Следует иметь в виду, что последнее обстоятельство приводит к смещению центра тяжести здания и нелинейному увеличению моментных нагрузок на основание, что вызывает ещё большую неравномерность деформаций основания.

Третья геотехническая особенность высотных зданий состоит в существенно больших, чем для обычных сооружений, размерах зоны развития осадок вне пятна здания.

По материалам сайта: http://snt.com.ru

fix-builder.ru

ОСНОВА ОСНОВ: ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ. ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ ЗА РУБЕЖОМ

Уже появились первые небоскребы, но они настораживают своей технической реализацией. Почему-то хотят построить кирпичный дом при его высоте более 75 м. Согласно СниП, проектирование таких домов должно вестись по техническим условиям, согласованным с Госстроем, или по специально разработанным региональным нормативам (ТСН). В Москве в 2000 г. такой норматив разработан – это «Технические требования по проектированию жилых зданий высотой более 75 м». В Петербурге грунты намного сложнее, и, несомненно, подобные нормативы жизненно необходимы. Тем более, что наши жители наслышаны о том, что первые высокие дома, в частности д. 3 по Шипкинскому переулку, получили наклон более 70 см. Это настораживает потенциальных покупателей квартир в высоких домах. Чтобы снять напряжение, могу сообщить, что весь мир благополучно строит высотные здания на любых самых сложных грунтах. Уж больно дорога земля в крупных городах мира. Реализация таких строений, по мнению современного идеолога высотного строительства проф. Катценбаха (Германия), зиждется на трех китах: архитектор, конструктор, геотехник. Такое творческое содружество – гарантия успеха в этом выгодном и интересном деле. И это обязательно для любого Российского города – от Смоленска до Владивостока. В современном строительстве, с точки зрения специалистов, преобладают следующие тенденции: • максимальное использование пятна застройки с соответствующей реализацией надземных и подземных объемов; • строительство в сложных инженерно-геологических условиях и в условиях уплотнения городской застройки. Здесь встречается определенное противоречие в связи с тем, что реализация первой тенденции несомненно связана с возведением высотных зданий с развитой подземной частью. Вторая тенденция сложилась в силу того обстоятельства, что наиболее благоприятные для застройки земли к концу XX в. уже заняты для нужд городов. Свободные для застройки участки городов, как правило, имеют неблагоприятные инженерно-геологические условия. Часто застройка новыми зданиями повышенной этажности происходит на месте снесенных, потерявших ценность строений, либо новое здание почти вплотную примыкает к ценным для города историческим памятникам. И в тех и в других условиях осложняются архитектурные, конструктивные, а также геотехнические аспекты. В данной статье рассматриваются в основном геотехнические аспекты и косвенно – конструктивные, хотя они связаны между собой. При этом современные способы расчета все более переходят к системе совместных расчетов грунтов основания с фундаментами и надземными конструкциями. Совместные расчеты позволяют оптимизировать конструкции фундаментов и основные несущие конструкции зданий независимо от их этажности и степени загрузки фундаментов. При этом максимально реализуются прочностные и деформационные резервы грунта. В ряде стран сложилась интересная, но дискуссионная система застройки территорий. Высотные здания возводятся на участках, где близко залегают малосжимаемые грунты либо горные породы. На участках, где отмечались большие толщи слабых грунтов, в том числе заторфованных, возводились одно-, двухэтажные коттеджи. Так формировалась застройка новых пригородов столиц Скандинавских стран. Естественно, это входило в противоречие с требованиями архитекторов, которые должны обеспечить современный облик новых городов и транспортных развязок вне зависимости от грунтовых условий осваиваемой территории. В крупных исторических городах мира высотное строительство концентрировалось в местах финансово-деловой активности. Такого рода районы высотной застройки сложились более ста лет назад в Нью-Йорке. Успеху этого строительства способствовали благоприятные инженерно-геологические условия района застройки небоскребами, где в ряде мест скальные грунты выходят на поверхность. Буквально несколько слов скажу о двух зданиях Всемирного торгового центра в Нью-Йорке, разрушенных в результате трагедии 11 сентября 2002 г. однако в ракурсе фундаментов. На февраль этого года paботы по усилению оставшихся после известного теракта фундаментов завершены. В ряде мест они обетонированы железобетонными банкетами (обоймами), ширина которых колеблется от 0,7 до 2,5 м. Новый проект Даниэля Либекинда реализуется на существующих фундаментах группой высотных зданий со скошенными крышами, главное из которых будет высотой 541 метр! Это будет самое высокое здание мира. Второе по значимости и высоте – финансовый центр в Шанхае (500 м), и схожее с ним здание в Куала-Лумпуре (Малайзия), которое в отличие от двух первых уже возведено (452 м). Банково-финансовые и международные центры созданы в виде группы небоскребов в крупных городах Америки, Европы, а также Азии и Австралии. Необходимо учесть особенность имеющихся и строящихся небоскребов в Азии. Они обязаны своим рождением интеллекту архитекторов и конструкторов Японии, Европы и Америки. Работы нулевого цикла в Малайзии (при строительстве самого высокого на сегодня здания в этой стране в большей части выполнены фирмой «Салетанш — Баши» (Soletanche Bachy)). Что здесь может заинтересовать российских геотехников? Несомненно, это аспекты, связанные с особенностями самого строительства, а также проектирования и предпроектной подготовки. Учитывая многообразие особенностей строительства (климатические, геологические, включая сейсмические), я считаю наиболее рациональным остановиться на близких нам по многим параметрам условиях строительства высотных домов во Франкфурте-на-Майне (в этом городе находится самый высокий дом Европы – Коммерцбанк II — 302 м) и новых высотных домов в Берлине. При этом надо учесть, что геотехническое сопровождение на всех этапах осуществлялось группой специалистов из Института геотехники при Технической высшей школе в г. Дармштадт. С ведущими специалистами этого крупного института Германии проф. Катценбахом и Квиком мы поддерживаем многолетнюю связь. В этом институте находится центральный пульт, на котором фиксируются все данные по напряженному состоянию небоскребов Франкфурта. Характерные напластования грунтов Франкфурта следующие. Толща пылевато-глинистых грунтов с глубины от 25 до 60 м подстилается известняками, которые при использовании свай являются относительно прочным основанием для зданий любой этажности. Но здесь при строительстве самого высокого здания Европы осадки 302-метровой башни Коммерцбанка I были очень малы. По требованиям служб эксплуатации соседних зданий (существующее 100-метровое здание Коммерцбанка I и старые здания, охраняемые городом как исторические), осадки нового небоскреба не должны были превышать 2,4 см, чтобы дополнительные осадки фундаментов уже эксплуатируемых зданий не превысили 1,0 см. В противном случае, как написано в регламенте, «компьютеры в существующих зданиях могут получить опасные для финансовой системы Франкфуртской биржи сбои». Рассмотрим несколько интересных моментов застройки финансовой столицы Европы – города Франкфурта-на-Майне. Панорама города для меня как геотехника очень впечатляющая. Здесь, конечно, бушевали дискуссии о необходимости застройки города сверхвысокими зданиями. Но огромная стоимость 1 кв. м городской территории диктовала только один правильный путь: вверх (организация строительства высотных зданий) и вниз (организация развитой транспортной инфраструктуры), что и было реализовано к концу прошлого столетия. Здесь построено несколько башен с различными условиями фундирования. Так, старое здание Коммерцбанка I было построено на мощной плите непосредственно на франкфуртских глинах (небоскребы первого поколения строились на плитах толщиной 2-4 м). В результате к моменту стабилизации максимальная абсолютная осадка его достигла 22 см. Осадки развивались равномерно. В силу этого владельцы Коммерцбанка при проектировании нового здания банка опасались дополнительных неравномерных осадок. Но добиться столь малой осадки стоило больших трудов. Фундаменты были решены в виде буронабивных свай переменным диаметром (телескопических) диаметром 1,8 и 1,5 м. Они прорезали франкфуртские глины и входили в известняки. Численно моделировался вариант фундамента на естественном основании с защитой существующего 100–метрового здания сплошной шпунтовой стенкой. Но возможные перемещения с учетом изменения водного режима оказались опасными для работы банка да и для устойчивости нового высотного здания в целом. Какие интересные геотехнические аспекты можно здесь отметить на всех этапах, начиная от предпроектной подготовки и заканчивая мониторингом, причем очень объемным в период эксплуатации здания? Площадка, где велись работы по устройству буронабивных, размещалась таким образом, что не закрывала ни одного транспортного проезда. Сваи изготавливались с учетом 8,5 м подземного объема. Их длина составляла от 37,6 до 45,6 м. Всего было изготовлено 111 телескопических свай, которые воспринимали общую нагрузку Q = 1770 МН. Интересна расстановка свай, которые концентрировались по краям свайного ростверка. В сваях были установлены датчики, на площадке было установлено множество инклинометров, датчиков давления в порах воды и пр. Размеры и стоимость свайного фундамента, а также характер расстановки были определены при помощи 3-мерных расчетов методом конечных элементов с использованием упругопластических моделей грунта. Свайное поле было запроектировано с общим коэффициентом надежности = 2 при расчетной осадке 2 см. К концу 2002 г. запроектированный фундамент отвечал всем основным геотехническим прогнозам. Но как добиться столь малой осадки на трещиноватых известняках? Геотехники Москвы это хорошо знают: необходимо эти известняки проинъецировать, что и было сделано на глубину 10 м ниже конца свай. Интересен и сам Институт геотехники в Дармштадте. Это многоэтажный административный и учебный корпуса, 4 лабораторных 2-этажных корпуса. В настоящее время институт популизирует плитно-свайные фундаменты, и многие небоскребы стоят на них. Это очень выгодно, т. к. не надо делать длинные сваи. Здание Коммерцбанка II было возведено на традиционном свайном фундаменте. Все 111 буронабивных свай передают нагрузку от здания через франкфуртскую глину на жесткий скалистый известняк (Еглины = 1 МПА, Еизвестняка = 100 МПА). Как по расчету, так и по данным наблюдениям ростверк фактически не был включен в работу. Его участие в принципе было близко к 0. Существуют соответствующие графики, которые доказывают, что наиболее эффективно реализуется идея плитно-свайного фундамента, когда слои грунта не отличаются существенно по своей сжимаемости, а непосредственно под плитой залегает слой слабого грунта. Несущая способность плитно-свайного фундамента описывается коэффициентом работы «свая-плита», который представляет собой отношение суммы нагрузок на сваи к полной нагрузке. В Германии есть большое количество публикаций по теоретическим и экспериментальным основам строительства на плитно-свайных фундаментах. В ноябре 2002 г. в Институте геотехники в крупномасштабных лотках модельного зала были заложены плитно-свайные фундаменты с измерениями всех возможных параметров на многослойном основании. Таким образом моделировались различные по сжимаемости слои. Теоретический расчетный анализ параметров плитно-свайного фундамента был выполнен заранее. Какие еще интересные для наших специалистов моменты можно отметить по этому уникальному, самому высокому зданию в Европе? Это здание-сад, где размещены тысячи растений, специально привезенных из Италии. Но вернемся к техническим аспектам. В процессе строительства проводились многочисленные научные исследования по несущей способности анкеров выдергиванием их из известняков. При этом использовались световолновые проводники. Выполнялись многочисленные рентгенографические исследования известняков, изучались характеристики сжимаемости. Рассматривались методы стабилизации и повышения прочности известняков несущего слоя. Фундаментная плита здесь имеет толщину от 2,5 до 4,5 м. Средняя нагрузка на сваю – 22 МН. Тысячи численных расчетов позволили оптимизировать систему расстановки свай. Проводились совместные расчеты системы: грунт – сваи – несущие конструкции. Расчет показал, что 98% нагрузки воспринимается сваями за счет трения по боковой поверхности и работы острия. Только 2% нагрузки воспринимает плита ростверка. Моделирование длины свай позволило равномерно распределить их загрузку. Сваи изготавливались в обсадной трубе. Известняки вынимались специальным грейфером после дробления долотом. Динамические воздействия минимизировались. Велось постоянное наблюдение в существующих зданиях по параметрам динамики, в том числе по датчикам, установленным в несущих конструкциях и в грунте. У 18 свай имелись трубки для проверки их сплошности, остальные постоянно проверялись. Бетон класса Б35 с замедленным временем действия (15 час.) подавали по трубам. На 30 сваях для оценки напряженного состояния по стволу были вмонтированы на 5 уровнях 2-метровые интегрально-измерительные элементы. На 15 сваях крепились датчики внизу, на 5 сваях измерительные 1,5-метровые коробки были установлены в голове свай. Под плитой подвала размещены 13 датчиков давления и 4 датчика поровой воды. Завидно, да и только. Сколько интереснейшей информации! Но это еще не все. 13 экстензометров установлено до глубины 95 м и по 5 инклинометров – до 47 м и до 70 м. Все данные собирались в измерительной станции в подвале и через дальнюю связь и по сегодняшний день передаются в Институт геотехники в Дармштадт. Пока существующих соседний блок (Коммерцбанк I) получил дополнительную осадку 0,3 см, или 55% ожидаемой осадки. Изучаются закономерности развития усилий по длине сваи и на остриe. Конечно, 300-метровый корпус здания банка имел уникальное решение. Многие небоскребы Франкфурта и Берлина возводились в последние годы на плитно-свайном фундаменте как наиболее экономичном по всем параметрам. К таким объектам можно отнести здание «Майн Мауэр» во Франкфурте, «Хаус Виршаут» в Оффенбахе (пригород Франкфурта). В первом сваи почти на 3,5 м не доходят до скальных известняков, что является дискуссионным решением для традиционной геотехники. К весьма интересным объектам можно отнести «Сони-центр» в Берлине. Здесь 2 подземных этажа были связаны с железнодорожным вокзалом «Потсдамер плац». Плитно-свайный фундамент выбран как основной вариант по целому ряду геотехнических и конструктивных параметров и в частности: • большие краевые давления 1200 кН/кв. м из-за эксцентриситета от нагрузки; • близость здания вокзала с развитой подземной частью; • мощная толща ледниковых отложений. Толща подвальной плиты – 1,5–2,5 м. Общее количество свай – 44 с длиной 15–25 м и диаметром 1,5 м. Осадки высотного здания составили 2,5 см (!). Как развивается строительство зданий повышенной этажности в России? В Санкт-Петербурге появились первые заказы на возведение домов высотой свыше 100 м. Башня «Петр Великий» высотой 130 м была спроектирована «ЛенНИИПроектом». Фундаменты под башню в виде сваи длиной 100 м определял Горный институт. Но это оказалось неосуществимо для имеющейся отечественной буровой техники. Сейчас в городах России проектируются дома высотой более 75 м. Эти сложные в геотехническом плане проекты должны несомненно иметь научное сопровождение, как это делается в практике зарубежного строительства всех домов повышенной этажности. Анализируя опыт геотехнического моделирования в университетах Европы и США, в частности в Институте геотехники Дормштадского университета, НИИОСП (Москва), ПГУПС (Петербург) и НПО «Геореконструкция» была разработана программа FEM — models для совместного расчета системы «основание – фундамент – надземная конструкция». Именно она может быть использована на следующих этапах проектирования зданий повышенной этажности: • предпроектные расчеты по оценке эффективности строительства высотного здания и его инвестиционной привлекательности; • расчеты в процессе проектирования; • моделирование любых сложных строительных и реконструкционных ситуаций. Появились первые наблюдения за поведением зданий, спроектированных с использованием FEM-models. Сделанный прогноз сопоставлялся с натурными наблюдениями. Большую сходимость с натурой показали тестовые задачи, т. е. с результатами наблюдений за уже опасно деформированными зданиями прошлых лет застройки. В заключение рассмотрим ряд основополагающих проблем, возникающих при реализации тенденций мировой строительной практики в России, в частности при строительстве высотных зданий. Эти проблемы можно разделить на три основные группы: организационные, научные, технологические и технические. 1. Организационные проблемы. Высотные здания по проектам прошлого века в виде телескопических башен, распластанных на огромной площади, вряд ли будут возводить в крупных городах России из-за высокой стоимости земли. Видимо, перспектива ближайших лет – это высотная застройка на небольших площадках в условиях плотной городской застройки, сохранность которой должна быть гарантирована. Здесь для геотехников важным аспектом может быть оценка инвестиционной привлекательности с учетом различной этажности и жесткости подземной части на основе первичной информации по геологии участка и по состоянию соседних зданий. Реальным инвестором в большинстве случаев будут выступать частные компании. Соответственно, инвестиционная политика будет направлена на сокращение предпроектных затрат. На этой стадии геотехниками должна быть предложена оптимальная программа инженерных изысканий, необходимых для получения исчерпывающей информации для проектирования. Инвестор должен планировать эти важные для успеха дела работы и оценивать их заранее. Инвестор еще на предпроектной стадии должен быть информирован о возможных затратах на конструкции нулевого цикла с оценкой положительной отдачи в виде новых подземных объемов. 2. Научные проблемы. Чтобы российская наука самостоятельно решала все геотехнические проблемы, необходима соответствующая подготовка специалистов и развитие экспериментальной базы. Какие недостатки на современном этапе можно отметить? Это фактически полное отсутствие централизованного финансирования на решение важнейших проблем геотехники. Уровень знаний выпускников высшей школы должен соответствовать уровню современных требований. Сегодня имеет право на существование только высокопрофессиональная геотехника интернационального уровня. Недостаточный уровень геотехники – запрограммированные аварийные ситуации. Это опасный путь, и он исключен. Какой путь развития геотехники и подготовки специалистов, соответствующих строительной отрасли, можно предложить? Думается, Госстрой России по предложению ведущих геотехников страны, объединенных РОМГиФ, мог бы выделить два десятка целевых грантов для решения этих важных для страны проблем. Совместными усилиями наиболее «продвинутых» научных школ они несомненно будут решены. Необходимо также повысить уровень подготовки специалистов по геотехнике. Необходимый уровень знаний по геотехнике невозможно приобрести за 32 часа лекций по основаниям и фундаментам даже в старейших вузах страны. Это меньше, чем сто лет назад в прежней России, и на порядок меньше, чем в ведущих университетах Европы. Единственный выход – это магистратуры и аспирантуры. 3. Технические проблемы. Создавать новую технологическую базу мне, геотехнику с 40-летним стажем, представляется неэффективным, т. к. фирмы в России на сегодня располагают самым совершенным оборудованием, к сожалению, – зарубежным. Производственные задачи любой геотехнической сложности, если в их основе лежат высокопрофессиональные расчеты, сегодня могут быть успешно решены. Это уже вселяет надежду.

По материалам сайта: http://stroyprofile.com

fix-builder.ru