О а шулятьев фундаменты высотных зданий

Обновлено: 28.04.2024

Оглавление диссертации кандидат наук Боков Игорь Алексеевич

1. Обзор исследований по теме диссертации

1.1. Обзор практики проектирования и расчетов свайных фундаментов со сваями различной длины и диаметра

1.2. Выводы по главе

2. Методы расчета свайных фундаментов по деформациям. Факторы влияющие на осадку свайного фундамента и податливость индивидуальных свай

2.1. Выводы по главе

3. Разработка способа расчета осадки свайных групп со сваями различной длины

3.1. Решение задачи о расчете осадки ненагруженной сваи в группе из двух свай одна из которых нагружена

3.2. Расчет осадки ненагруженной сваи в условиях упругого полупространства

3.3. Расчет осадки ненагруженной сваи для условий двухслойного полупространства

3.4. Расчет осадки ненагруженной сваи в условиях наличия жесткого подстилающего слоя

3.5. Анализ допустимости перехода от задачи о расчете осадки ненагруженной свай в группе из двух свай, одна из которых нагружена к задаче об осадке свайной группы большого размера

3.6. Задача о взаимном влиянии двух свай неодинаковой длины. Расчет осадки ненагруженной сваи для группы свай неодинаковой длины в условиях однородного упругого полупространства

3.7. Выводы по главе

4. Способ расчета осадки свайных фундаментов со сваями различной длины

4.1. Алгоритм расчета осадки свайного фундамента со сваями различной длины

4.2. Методика учета нелинейности работы грунта вблизи сваи

4.3. Выводы по главе

5. Сопоставление результатов расчетов по предлагаемому способу с результатами расчетов по МКЭ и опубликованными результатами расчетов других авторов, сравнение с результатами полевых экспериментов и натурными наблюдениями за осадками фундаментов

5.1. Сопоставление результатов расчетов по предлагаемому способу с результатами расчетов по МКЭ и опубликованными результатами расчетов других авторов

5.2. Сравнение результатов расчетов по МКВВ с опубликованными результатами экспериментов и наблюдений за осадками зданий и сооружений

5.3. Сопоставление результатов МКВВ расчетов свайных фундаментов со сваями различной длины с результатами расчетов по МКЭ

5.4. Выводы по главе

Приложение А. Справки о внедрения результатов диссертационного исследования

Актуальность темы исследования

В настоящее время, в промышленном и гражданском строительстве наблюдается постоянный рост доли свайных фундаментов (СФ). Указанная тенденция объясняется постоянным ростом нагрузок на основание, застройкой территорий ранее считавшихся малопригодными для строительства [14], ростом масштабности и сложности строительства в целом.

Указанные наблюдения подтверждаются заметным ростом средней этажности возводимых зданий и ещё более быстрым ростом этажности высотных зданий [117]. Так в начале прошлого века самым высоким (здесь и далее по тексту высотой считается высота шпиля) зданием было здание Зингера в Нью-Йорке высотой 205.4 м, к концу прошлого века самым высоким зданием стали башни-близнецы Petronas Tower в Куала-Лумпур высотой 451.9 м, а всего через 15 лет было возведено здание Бурдж-халифа в Дубае высотой 829.8 м [134], что почти в два раза выше, чем Петронас Тауэрс [100]. В РФ, в 2019 г. было завершено строительство небоскреба Лахта Центр высотой 465м. В Москве продолжается застройка ММДЦ Москва-Сити [50, 134]. К 2020 году планируется завершение строительства высотного здания Jeddah (Kingdom) Tower [162] планируемая высота которого составляет 1008 м. Следует отметить, что для строительства Petronas Towers, Лахта Центра и Jeddah Tower применены свайные фундаменты со сваями различной длины (СФРД).

Одним их наиболее новых и перспективных видов свайных фундаментов являются фундаменты со сваями различной длины. Целью применения СФРД является улучшение технических и экономических показателей, заключающееся в снижении относительной неравномерности деформаций фундамента и в снижении материалоемкости соответственно.

Указанные эффекты достигаются путем локального изменения (регулировки) податливости свайного основания за счет уменьшения или увеличения длины индивидуальных свай.

Трудно достоверно установить, когда впервые был применен фундамент со сваями разной длины, однако наиболее известными из ранних упоминаний о СФРД являются работы Катценбаха [122-127, 195], посвященные строительству высотных зданий во Франкфурт-на-

Майне в Германии. Появление СФРД в области проектирования высотных зданий объяснимо повышенными требованиями к надежности их фундаментов и чувствительности к неравномерности деформаций.

В последнее время все более актуальной становится задача повторного использования свайных фундаментов при реконструкции, когда в существующий свайных фундамент добавляются новые сваи, длина которых может отличаться от выполненных ранее.

Задача расчета СФРД актуальна при анализе свайных оснований содержащих сваи различной длины в результате некачественного производства работ или при невозможности погрузить сваи забивкой до требуемой отметки.

Рассматривая многообразие свайных фундаментов, можно отметить, что проектирование СФРД характеризуется высокой степенью сложности расчетов. В настоящее время, за исключением численных методов, методы расчета осадок свайных фундаментов со сваями различной длины отсутствуют. Более того, даже для фундаментов со сваями равной длины, большинство широко применяемых методов расчета осадок рассматривают свайный фундамент как некоторое, весьма существенное геометрическое упрощение (условный фундамент, условная свая), что не позволяет рассматривать жесткости индивидуальных свай в составе свайного фундамента и такие базовые параметры как шаг и положение свай.

Тем не менее, объемы применения СФРД растут. С каждым годом распространение технологии постепенно выходит за рамки области фундаментостроения высотных зданий и распространяется на обыкновенные жилые здания, производственные объекты и даже объекты дорожного строительства.

Указанный рост объемов применения объясним тем, что технология не имеет явных существенных недостатков или же они до сих пор не ясны. Среди известных недостатков технологии можно отметить сложность расчетов и небольшую изученность технологии, повышение сложности производства работ по устройству фундаментов.

Степень разработанности темы

Расчет свайных фундаментов по деформациям является одной из важнейших задач механики грунтов и фундаментостроения. В разное время указанной проблемой занимались отечественные ученые, такие как Барвашов В.А. [1, 2], Бартоломей [4, 5], Бахолдин Б.В. [6, 7], Безволев С.Г. [8, 34], Власов АН. [35], Готман А Л. [22], Готман Н.З. [23], Григорян А.А. [24], Дзагов А.М. [26, 28], Джантемиров Х.А. [25], Зерцалов М.Г. [29], Знаменский В В. [30], Колыбин ИВ. [47] , Курилло, С В. [61, 60], Мангушев Р.А. [31], Мирсаяпов И Т. [33], Петрухин В.П. [16, 159, 47, 46], Разводовский Д.Е. [27], Ставницер Л.Р. [54], Тер-Мартиросян А.З [55] , Тер-Мартиросян З.Г. [55], Улицкий В.М. [58], Федоровский В.Г. [61, 9, 10, 12, 13, 15, 59, 75], Чунюк,

G. [151], O'Neill, M. W. [154], Poulos, H. G. [147, 167], Randolph, M. [177-179, 181], Russo, G. [110, 185], Sheil, B. [160], Tejchman, A. [202], Tomlinson, M. J. [204], van Impe, W. F. [209], Viggiani, C [146], Whitaker [212] и другие ученые.

На настоящий момент практика проектирования СФРД характеризуется отсутствием относительно доступных и апробированных методов расчета. Расчёты, как правило, выполняются по методу конечных элементов или с применением программного обеспечения, использующего основные принципы механики грунтов и теории упругости с существенными допущениями. Грубость расчетных допущений существенно влияет на точность расчёта. Применение теории упругости для решения задач механики грунтов одним из первых предложил

H.М. Герсеванов [17, 18]. При строительстве особо сложных объектов, часто, после расчета по упрощенной методике выполняется полный расчёт СФРД в расчётном комплексе, реализующем численные методы.

Целью исследования является разработка способа расчета осадок свайных фундаментов со сваями различной длины.

• Выполнить обзор и анализ теоретических и экспериментальных исследований влияния наличия свай различной длины на осадку фундамента по публикациям отечественных и зарубежных авторов.

• Провести исследование зависимости осадки сваи и окружающего ее грунта от схемы грунтового основания для условий однородного упругого полупространства, двухслойного упругого полупространства и упругого слоя конечной толщины подстилаемого несжимаемым основанием.

• Разработать методику моделирования пространственной задачи об определении осадки ненагруженной сваи в составе группы из двух свай, одна из которых нагружена, на основе численного решения задачи об осадке одиночной сваи и окружающего ее грунта в осесимметричной постановке.

• Определение допустимости подхода о распространении результатов решения задачи об осадке ненагруженной сваи в составе группы из двух свай, одна из которых нагружена, на группу большого размера.

• Провести исследование по определению осадки ненагруженной сваи в составе группы из двух свай разной длины, одна из которых нагружена.

• Разработать эффективный с точки зрения вычислительных затрат способ расчета свайного фундамента со сваями различной длины, обладающий удовлетворительной точностью и учитывающий нелинейный характер работы грунта вблизи свай.

• Определение достоверности предлагаемого метода путем сопоставления результатов расчетов по предлагаемому способу с результатами расчетов по наиболее точному известному методу (численный метод) и с опубликованными результатами расчетов другими методами, с опубликованными результатами экспериментов и результатами натурных наблюдений за осадками существующих зданий и сооружений.

Научную новизну диссертационной работы составляют

• На основе исследований взаимодействия сваи с грунтом, проведенных численными методами, выявлены характерные особенности осадки сваи и окружающего ее грунта для расчетных схем грунтового основания в виде однородного упругого полупространства, двухслойного упругого полупространства и упругого слоя конечной толщины подстилаемого несжимаемым слоем.

• Разработана новая методика расчета осадки свайной группы, в отличии от существующих, позволяющая учитывать большее количество свай в группе и различные расчетные схемы грунтовых условий.

• На основе результатов теоретических исследований разработана новая методика расчета осадки ненагруженной сваи в составе группы из двух свай различной длины, одна из которых нагружена.

Теоретическая значимость работы

• Выявлены и численно описаны зависимости осадки сваи и окружающего грунта для расчетных схем грунтового основания в виде однородного упругого полупространства, двухслойного упругого полупространства и упругого слоя конечной толщины подстилаемого несжимаемым слоем.

• Определен радиус распространения осадки и характер изменения ее величины для рассмотренных расчетных схем грунтового основания.

• Выявлена зависимость осадки ненагруженной сваи в группе из двух свай одна из которых нагружена от осадки грунта, возникающая в результате вдавливания одиночной сваи.

• Проведена количественная оценка зависимости осадки нагружаемой сваи в составе группы в зависимости от шага и количества ненагруженных свай.

• Получены зависимости осадки и радиуса влияния одиночной сваи расположенной в упругом слое конечной толщины от его относительной толщины.

Практическая значимость работы

• Разработан способ расчета свайных фундаментов со сваями различной длины обладающий удовлетворительной точностью.

• Разработаны инженерные методы расчета осадки ненагруженной сваи в составе группы из двух свай одна из которых нагружена для условий однородного упругого полупространства, двухслойного упругого полупространства и упругого слоя конечной толщины подстилаемого несжимаемым слоем.

• Произведена оценка точности и определены границы применения формулы 7.4.2 СП

• Разработан инженерный метод расчета осадки грунта вокруг сваи для одиночной сваи расположенной в упругом слое конечной толщины подстилаемым несжимаемым основанием.

• Предложен поправочный коэффициент к величине осадки свайного фундамента рассчитанной по методике 7.4 СП 24.13330.2011 учитывающий разницу характера работы группы из двух свай и большой группы свай.

• Разработана методика расчета осадки ненагруженной сваи в составе группы из двух свай, одна из которых нагружена, на основе результатов численного решения задачи об осадке одиночной сваи и окружающего ее грунта. В отличии от существующих, предлагаемая методика не требует выполнения пространственного расчета.

• Разработан алгоритм расчета свайных фундаментов со сваями различной длины с учетом нелинейного характера работы индивидуальных свай для компьютерных расчетов

Методология и методы исследований

Работа выполнена на основе расчетно-теоретических исследований апробированных на опубликованных результатах экспериментов и наблюдений за осадками зданий и сооружений. Расчетно-теоретические исследования работы одиночной сваи, пары свай, свай разной длины и вмещающего их массива грунта проведены путем численного моделирования. Расчеты

проведены в осесимметричной и пространственной постановках в сертифицированных расчетных комплексах Plaxis 2D 2018 и Plaxis 3D

Обработка результатов, разработка алгоритма и вычисления по программе расчетов по методу коэффициентов взаимного влияния (МКВВ) производились с применением системы компьютерной алгебры Wolfram Mathematica.

Разработка аналитических аппроксимаций численных решений производилась путем сопоставления функций полученных численным расчетом с набором заранее определенных известных математических функций с различным количеством коэффициентов. Результаты сопоставления были проранжированы по методу наименьших квадратов с точки зрения соответствия вида функции теоретическим представлениям и обеспечению требуемой точности в заданном диапазоне.

Расчеты по предлагаемому методу показали удовлетворительную сходимость с результатами расчетов по наиболее точному из известных методов, опубликованными результатами решения модельных задач и с результатами экспериментов и натурных наблюдениях за осадками зданий и сооружений на свайных фундаментах.

Личный вклад автора

• Проведении обзора и анализа теоретических и экспериментальных исследований влияния наличия свай различной длины на осадку фундамента по публикациям отечественных и зарубежных авторов.

• Разработка методики моделирования пространственной задачи об определении осадки ненагруженной сваи в составе группы из двух свай, одна из которых нагружена, на основе численного решения задачи об осадке одиночной сваи и окружающего ее грунта в осесимметричной постановке.

• Исследование зависимости осадки сваи и окружающего ее грунта от схемы грунтового основания для условий однородного упругого полупространства, двухслойного упругого полупространства и упругого слоя конечной толщины подстилаемого несжимаемым основанием.

• Исследование по определению осадки ненагруженной сваи в составе группы из двух свай разной длины, одна из которых нагружена.

• Разработка эффективный с точки зрения вычислительных затрат способ расчета свайного фундамента со сваями различной длины, обладающий удовлетворительной точностью и учитывающий нелинейный характер работы грунта вблизи свай.

Положения, выносимые на защиту

На защиту выносятся результаты разработки метода расчета осадок свайных фундаментов

со сваями различной длины включающие:

• Инженерные методы расчета осадки ненагруженной сваи в составе группы из двух свай одна из которых нагружена для условий однородного упругого полупространства, двухслойного упругого полупространства и упругого слоя конечной толщины подстилаемого несжимаемым слоем.

• Методика получения приближенного решения пространственной задачи об осадке ненагруженной сваи в составе группы из двух свай, одна из которых нагружена, на основе результатов численного решения задачи об осадке одиночной сваи и окружающего ее грунта.

• Алгоритм расчета СФРД с учетом нелинейного характера работы индивидуальных свай для компьютерных расчетов.

Степень достоверности результатов исследования

Достоверность результатов исследований обеспечена:

• Учетом при выполнении численных расчетов положений действующих нормативных документов;

• Использованием численных методов расчетов в сертифицированных геотехнических программных комплексах;

• Применению апробированных статистических методов при разработке аналитических аппроксимаций

• Хорошей сходимостью результатов расчетно-теоретических исследований и разработанной методики с опубликованными данными экспериментальных исследований и натурных наблюдений отечественных и зарубежных авторов.

Текст научной работы на тему «Последние достижения в области фундаментостроения высотных зданий на сжимаемом основании»

ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ФУНДАМЕНТОСТРОЕНИЯ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ НА СЖИМАЕМОМ ОСНОВАНИИ

Рольф Катценбах Технический университет г. Дармштадта (Германия)

В настоящей статье дается краткое изложение лекции доктора технических наук, профессора РКат-ценбаха, которую он прочитал 29 апреля 2005 года в зале Ученого Совета МГСУ на очередном 89-ом Международном Московском семинаре по теоретическим и прикладным проблемам современной механики грунтов при МГСУ, руководимый профессором, доктором технических наук З.Г. Тер-Мартиросяном.

Профессор Р. Катценбах является заведующим кафедрой, научно-исследовательским институтом и лабораторией геотехники Технического университета г. Дармштадт (ТУД), партнером инженерного бюро ООО «Профессор доктор технических наук Катценбах» во Франк-фурте-на-Майне, председателем технического комитета МОМГГиФ и членом правления «DIN».

Геотехническое и научное сопровождение многих проектов строительства высотных зданий, проводимое под руководством профессора РКатценбаха позволили разработать и внедрить в инженерную практику последние достижения в области теоретической и прикладной ме-

ханики грунтов, технологии строительного производства фундаментов глубокого заложения, устраиваемых в слабых горных породах, а также мониторинга и методику крупномасштабных испытаний свай. В результате были спроектированы и осуществлены оригинальные и экономически эффективные конструкции фундаментов глубокого заложения многих высотных зданий, возведенные в Германии, в том числе и самого высокого здания в Европе -здания Коммерцбанка во Франкфур-те-на-Майне высотой 300 м.

Профессор РКатценбах любезно принял наше приглашение прочитать лекцию о последних достижениях в области фундаментостро-ения высотных зданий, возводимые на сжимаемом основании на постоянно действующем ежемесячном Московском Международном семинаре по теоретическим и прикладным проблемам современной механики грунтов при МГСУ. После чтения лекции он передал участникам семинара (более 100 специалистов из различных организаций г Москвы) - записанный на СД демонстрационный материал своей лекции.

Это позволило мне составить краткое изложение содержания его лекции. Содержание лекции изложено в двух частях. В первой части изложена текстовая часть, а во второй -графическая. Это обусловлено большим количеством демонстрационного материала. Ссылки на рисунки и фото во второй части приводятся в тексте первой части лекции, что может вызвать некоторое неудобство для читателя.

Перед началом семинара профессор Р.Катценбах был принят проректором МГСУ по научной работе доктором технических наук, профессором Король Е.А. и проректором по иностранными связями МГСУ, профессором Жихаревым Ф.К. Состоялось краткое совещание при участии руководителя семинара профессора З.Г. Тер-Мартиросяна и ученого секретаря семинара профессора Крыжановского А.Л. Обсуждались вопросы перспектива сотрудничества между МГСУ и ТУД и был подписан договор о сотрудничестве между двумя университетами в области науки и образования. В совещании в качестве переводчика участвовала дипломница кафедры МГрОиФ МГСУ, стажер ТУД Куз-мина Александра. Предисловие составил: руководитель семинара заведующий кафедрой Механики грунтов, оснований и фундаментов, академик АВН и Нью-Йоркской АН, заслуженный деятель науки РФ профессор, д.т.н. З.Г.Тер-Мартиро-

Краткое содержание профессора РКатценбаха

«Прежде всего я хотел бы выразить благодарность профессору, д.т.н. З.Г. Тер-Мартиросяну за приглашение на кафедру МГрОиФ МГСУ для чтения лекции на этом

семинаре. Это большая честь для меня представить на Ваше рассмотрение результаты наших исследований для разработки фундаментов высотных зданий.

Моя лекция состоит из семи разделов:

- Определение физико-механических свойств грунтов основания;

- Комбинированные плитно-свайные фундаменты (КПСФ);

- Фундаменты на кавернозном франкфуртском известняке;

- Мониторинги в процессе строительства в период эксплуатации зданий;

Вид на европейскую столицу банков и высотных зданий Франкфурт-на-Майне

Skyline оf Frankfurt am Main

- Предписание органов надзора;

- Современные масштабные испытания свай, устраиваемых в слабых горных породах».

1. Общие сведения.

Строительство зданий высотой от 100 до 300 метров во Франкфур-те-на-Майне (рис.2) велось в сложных инженерно-геологических условиях, обусловленных сжимаемым основанием (рис. 3). Основные проблемы при высотном строительстве на сжимаемом основании являются:

- осадки, разность осадок и крен фундаментов, который не должен превышать 0,001;

- максимальная осадка не ограничена и определяется из условия эксплуатации зданий;

- достоверная оценка инженерно-геологических условий строительной площадки;

- выбор и расчетно-теоретиче-ское обоснование конструкции фундамента в соответствии с инженерно-геологическими условиями и стесненных условий городской территории;

- мониторинг в процессе строительства и в период эксплуатации зданий;

- обеспечение выполнения предписаний органов надзора.

На рисунках 4,5,6 и 7 представлены общий вид и разрез высотных зданий включая подземные части.

2.Определение физико-механических свойств грунтов оснований высотных зданий.

Для изучения инженерно-геологических условий строительной площадки и определения характеристик грунтов оснований на участке застройки и прилегающей территории бурятся 10-20 скважин, глубиной 50-100 метров. Как минимум по-

ловина скважин оборудуются измерительной техникой на нескольких уровнях. Лабораторные исследования грунтов проводятся на стаби-лометрах (приборах симметричного трехосного сжатия). Все документы, оценивающие надежность основания и несущей конструкции, проверяются по поручению строительного надзора независимыми, официальными экспертами по смыслу так называемого «принципа четырех глаз».

Согласно Европейским нормам (ЕС-7), части второй, приложения в при строительстве высотных зданий рекомендуется исследовать грунты основания на глубину не менее 7а (рис. 8,9,10). На рис. 10 представлены характерные результаты трехосных испытаний различных грунтов, отобранные из разных районов строительства в Германии. На рис. 11 показан общий вид лаборатории трехосных испытаний при кафедре геотехники ТУД.

Однако результаты трехосных испытаний недостаточны для принятия окончательных проектных решений. Необходимо учитывать также опыт проектирования высот-

ного строительства и современным формационных свойств грунтов ос-

достижения прикладной механики нования по глубине 2 (рис.12), опре-

грунтов. В частности при выборе деляемое зависимостью вида расчетной модели основания следу- е^) _Е ^ + ) т

ет учитывать влияние исходного

(природного) напряженного состоя- где а - коэффициент неоднород-

ния, а также неоднородность де- нос™.

га> 1,0 • Ьо га>5,0 т га>10 -Бр

Фундаменты выиш ных зданий на млас! и чнон франкфургеюэй глиае Роииёайсй»о

*— С1ау [РгяпкГш1 ил Маш)

— Коску Маг! (ВосКит)

В этом случае осадка основания фундаментов мелкого заложения определяется методом суммирования, т. е. по формуле

В случаях фундаментов глубокого заложения высотных зданий осадка и разность осадок определяется по результатам численного моделирования МКЭ напряженно-деформированного состояния (НДС) грунтов основания с учетом их нелинейного деформирования и взаимодействия с конструкциями плитного и плитно-свайного фундамента. Нелинейные свойства грунтов описывался упруго-пластической моделью Друккера-Прагера, кото-

рая предполагает существование поверхности нагружения (рис.13) и поверхности разрушения.

3. Комбинированные плитно-свайные фундаменты (КПСФ).

На основании, всесторонних и исследований, и разработок ТУД для зданий высотой от 200 до 300 м. используются КПСФ, что позволяет часть нагрузки передавать на более глубокие и плотные слои. Кроме того, по мере роста нагрузки на фундамент и развития осадки плиты возрастает боковое давление грунтов в межсвайном пространстве и это приводит к росту несущей способности свай.

Концепция распределения нагрузок между плитой и сваями в КПСФ представлена на рис. 14 и 15. Учет исходного НДС грунтов основания и перемещений свай оказывают существенное влияние на характер кривой распределения трения по боковой поверхности свай. В случае одиночной сваи и сваи с плитой закономерности распределения трения по боковой поверхности существенно отличаются друг от друга (рис.17). В тоже время распределение осевого усилия с глубиной не меняется (рис.18).

В КПСФ с большим количеством свай распределение нагрузок между плитой и сваями в центральной и периферийной частях плиты существенно отличаются от свайного фундамента без плит. Периферийной части плиты сваи несут большие нагрузки, чем в центральной части (рис.19), причем эта закономерность зависит от относительного расстояния между сваями (рис. 20,21).

В связи со сложностью передачи нагрузки все комбинированные плитно-свайные фундаменты находятся под постоянным техническим контролем в соответствии с требо-

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.

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.

Дан обзор публикаций по определению предельных деформаций оснований фундаментов зданий и сооружений, приведена информация по основным исследованиям, отечественным и международным нормативным документам. С целью определения критериев ограничения деформаций оснований фундаментов высотных зданий выполнен анализ конструктивных и архитектурно-технологических требований, предъявляемых к деформациям высотных зданий, и дана оценка возможной случайной составляющей неравномерных деформаций, возникающей от статистической неоднородности основания. Статистическая неоднородность основания рассмотрена с использованием упрощенного детерминированного подхода. Выявленные критерии, определяющие ограничение деформаций оснований фундаментов высотных зданий, могут рассматриваться в качестве основы для дальнейших исследований.

Ключевые слова

Об авторах

Список литературы

1. ГОСТ 20522-2012 Грунты. Методы статической обработки результатов испытаний.

2. Ермолаев Н.Н., Михеев В.В. Надежность оснований сооружений. - Л.: Стройиздат, 1976.

3. Клепиков С.Н. Расчет сооружений на деформируемом основании. - Киев: НИИСК, 1996.

4. Михеев В.В. Исследование вопросов расчета оснований гражданских зданий по деформациям : дисс.. канд. техн. наук. - М.: НИИОСП, 1957.

5. НиТУ 127-55 Нормы и технические условия проектирования естественных оснований зданий и промышленных сооружений.

6. Соболев Д.Н. К расчету конструкций, лежащих на статистически неоднородном основании // Строительная механика и расчет сооружений. 1965. № 1. С. 1-4.

7. Соболев Д.Н., Фаянс Б.Л., Шейнин В.И. К расчету плит на статистически неоднородном основании // Строительная механика и расчет сооружений. 1968. № 3. С. 24-26.

8. Современное высотное строительство. Монография. - М.: ГУП «ИТЦ Москомархи-тектуры», 2007.

9. Сотников С.Н. Строительство и реконструкция фундаментов зданий и сооружений на слабых грунтах : дисс.. д-ра техн. наук. - Л.: ЛИСИ, 1986.

10. СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений.

11. СНиП РК 5.01-01-2002 Основания зданий и сооружений.

12. Токарь Р.А. О расчете оснований по деформациям / Тр. ин-та НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР. 1956. Вып. 30. С. 5-38.

13. Т СН 50-302-96 Устройство фундаментов гражданских зданий и сооружений в Санкт-Петербурге и на территориях, административно подчиненных Санкт-Петербургу. - Санкт-Петербург: СПбГАСУ, 1997.

14. Ханджи В.В. Расчет многоэтажных зданий со связевым каркасом. - М.: Стройиздат, 1977.

15. Цытович Н.А. Механика грунтов / 3-е изд., перераб. и доп. - М. - Л.: Гос. изд-во лит. по стр-ву и архитектуре, 1957.

16. Шейнин В.И. [и др.] Алгоритм и программа инженерного расчета фундаментных плит с учетом неравномерности нагрузки на основание и неоднородности массива // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2006. № 5. С. 2-7.

18. Шитова И.В. Об оценке надежности расчета деформаций оснований // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1980. № 2. С. 17-20.

19. ДБН В.2.1-10:2018 Основи і будівел. Основні положення. - Київ, 2018.

20. Binder G. Tall Buildings of China. - Victoria: CTBUH, 2015.

21. Bjerrum L. Allowable settlements of structures - contribution to the discussion // Proc. 3rd European Conf. On Soil Mech. and Found. Eng’g. 1963. Vol. 2. - Р. 135-137.

22. Boone S.J. Ground movement related building damage // J. of Geotech. Eng. 1996. № 122(11). Р. 886-896

23. Boscardin M.D., Cording E.J. Building response to excavation-induced settlement // J.l of Geotech. Eng. 1989. № 115(1). Р 1-21.

24. Burland J.B., Wroth C.P. Settlement of buildings and associated damage // Proc. of a Conf. on Settlement of Structures. 1974. Р. 611-654.

25. Canadian foundation engineering manual. 4th edition. - Canadian Geotechnical Society, 2006.

26. Engineer Manual 1110-1-1904 Settlement Analysis. - Washington: Department of the Army, U.S. Army Corps of Engineers, 1990.

27. EN 1997-1:2004 Eurocode 7. Geotechnical design. Part 1 : General rules. - 2004.

28. Fenton G.A., Griffiths D.V. Risk assessment in geotechnical engineering. New Jersey: John Wiley & Sons, 2008.

29. GB 5007-2011 Code for the design of buildings foundations. Beijing: Ministry of construction, 2011.

30. Grant R., Christian J.T., Vanmarcke E.H. Differential Settlement of Buildings // J. of the Geotech. Eng. Div. 1974. № 100(9). Р. 973-991.

31. Griffiths D.V., Fenton G.A. Probabilistic Settlement Analysis by Stochastic and Random Finite-Element Methods // J. of Geotech. and Geoenviron. Eng. 2009. № 135(11). Р. 1629-1637.

32. Henry S., Wood A. Tall Buildings + Urban Habitat. Vol.1. CTBUH, 2018.

33. Meyerhof G.G. The settlement analysis of building frames // The Structural Engineer. 1947. № 25. Р. 369-409.

34. Poulos H.G., Carter G.P., Small J.C. Foundation and retaining structures - research and practice / Proc. of the 15th Int. Conf. on Soil Mech. and Foun. Engr. 2001. Vol. 1. Р. 2527-2606.

35. Shepard D. A two-dimensional interpolation function for irregularly-spaced data / Proc. 23rd Nat. Conf. ACM. New York. 1968. Р. 517-524.

36. Scholl R.E. Brace dampers: An alternative structural system for improving the earthquake performance of buildings / Proc. of the 8th World Conf. on Earthquake Eng. - San Francisco, 1984. Vol. 5. Р. 1015-1022.

37. Skempton A.W., MacDonald D.H. The allowable settlement of Buildings / Proc. of the Inst. of Civ. Engineers. 1956. Vol. 5. Iss. 6. Р. 727-768.

38. Terzaghi K., PeckR.B., Mesri G. Soil Mechanics in Engineering Practice. New York: John Wiley & Sons, 1996.

39. Zhang L., A.M.Y. Ng. Limiting Tolerable Settlement and Angular Distortion for Building Foundations / Geotechnical Special Publication No. 170, Probabilistic applications in geotechnical engineering. - Denver: ASCE, 2007.

М.: Стройиздат, 1979. — 248 с.: ил. — Перевод изд. High–Rise Building Structures. W.Shueller.
Систематизированы конструктивные решения зданий большой этажности. Приведена подробная классификация систем несущих конструкций, даны описания конструктивных элементов и примеры расчетов их прочности и перемещений при ветровых и сейсмических нагрузках. Приведены рекомендации по конструктивным схемам железобетонных и стальных каркасов в зависимости от этажности зданий.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие к русскому изданию 5
Предисловие автора 7
Введение 9
Высокое здание в общей планировке города 9
Высокое здание и его несущие конструкции 10
Глава I. Нагрузки на высотные здания 12
Постоянные нагрузки 12
Временные нагрузки 14
Монтажные нагрузки 17
Нагрузки от снега, дождя и гололеда 17
Ветровые нагрузки 19
Сейсмические нагрузки 28
Нагрузки от давления воды и грунта 46
Нагрузки от изменения объема материала в замкнутом ограниченном объеме 47
Импульсивные и динамические нагрузки 55
Нагрузки от взрыва 57
Сочетание нагрузок 57
Глава II. Введение в курс проектирования конструкций высотных зданий 58
Развитие конструктивных решений высотных зданий 58
Обычные конструкции высотных зданий 60
Общие требования по планировке 63
Глава III. Вертикальные несущие конструкции 67
Распределение вертикальных нагрузок 67
Распределение горизонтальных нагрузок 69
Оптимальное пространственное решение в уровне земли 76
Расположение стен-диафрагм 78
Работа стен-диафрагм при горизонтальных нагрузках 79
Глава IV. Обычные конструкции высотных зданий и их работа под нагрузкой 84
Системы с несущими стенами 84
Системы со стволами жесткости 89
Системы рам с жесткими узлами 93
Несущие конструкции в виде балок-стенок: системы с чередованием и шахматным расположением ферм 95
Рамно-связевые конструкции зданий 97
Конструкции зданий с безбалочными плитами перекрытий 100
Взаимодействие системы стен-диафрагм с каркасом при наличии горизонтальных поясов жесткости 101
Коробчатые системы 103
Здания комбинированной конструкции 112
Сравнение систем несущих конструкций высотных зданий 113
Глава V. Другие принципы проектирования с учетом ограничения прогиба зданий 119
Эффективные формы зданий 119
Силы и параметры динамической реакции, противодействующие нагрузкам 122
Глава VI. Приближенные методы расчета и проектирования несущих конструкций зданий 126
Приближенный расчет зданий с несущими стенами 126
Несущие конструкции в виде рам с жесткими узлами 141
Рамно-связевые каркасы со стенами-диафрагмами 171
Несущие системы в виде балок Виренделя 172
Несущие системы в виде коробки (полой трубы) 180
Глава VII. Конструкции перекрытий или компоновка систем зданий в плане 183
Несущие системы перекрытий 183
Горизонтальные связи 191
Составные системы междуэтажных перекрытий 193
Глава VIII. Высотные здания из сборных конструкций 200
Системы с рамным каркасом 203
Системы с несущими панельными стенами 208
Каркасно-панельные системы 211
Многоэтажные системы из объемных блоков 213
Глава IX. Другие несущие системы высотных зданий 217
Системы с высокими балками 217
Подвесные системы высотных зданий 217
Высотные здания с пневматическими конструкциями 222
Пространственные рамы применительно к высотным зданиям 231
Архитектура зданий из объемных блоков 235
Пояснения к иллюстрациям 237
Список литературы 242

Читайте также: