Конструкции в архитектуре

Расчет свайных фундаментов зданий и сооружений, возводимых на подрабатываемых территориях, должен производиться по предельным состояниям на особое сочетание нагрузок, назначаемых с учетом воздействий со стороны деформируемого при подработке основания.

В зависимости от характера сопряжения голов свай с ростверком и взаимодействия фундаментов с грунтом основания в процессе развития в нем горизонтальных деформаций от подработки территории различаются следующие схемы свайных фундаментов:

а) жесткие -- при жесткой заделке голов свай в ростверк путем заанкеривания в нем выпусков арматуры свай или непосредственной заделки в нем головы сваи в соответствии с требованиями, изложенными в п. 7.5;

б) податливые -- при условно-шарнирном сопряжении сваи с ростверком, выполненном путем заделки ее головы в ростверк на 5 -- 10 см или сопряжения через шов скольжения.

Расчет свайных фундаментов и их оснований на подрабатываемых территориях должен производиться с учетом:

а) изменений физико-механических свойств грунтов, вызванных подработкой территории, в соответствии с требованиями п. 10.6;

б) перераспределения вертикальных нагрузок на отдельные сваи, вызванного наклоном, искривлением и уступообразованием земной поверхности, в соответствии с требованиями п. 10.7;

в) дополнительных нагрузок в горизонтальной плоскости, вызванных относительными горизонтальными деформациями грунтов основания, в соответствии с требованиями п. 10.8;

Несущую способность по грунту основания F_cr кН (тс), свай всех видов, работающих на сжимающую нагрузку, при подработке территории следует определять по формуле

F_cr = g_cr--F_d--(38)

где--g_cr -- коэффициент условий работы, учитывающий изменение физико-механических свойств грунтов и перераспределение вертикальных нагрузок при подработке территории: для свай-стоек в фундаментах любых зданий и сооружений g_cr = 1; для висячих свай в фундаментах податливых зданий и сооружений (например, одноэтажных каркасных с шарнирными опорами) g_cr = 0,9: для висячих свай в фундаментах жестких зданий и сооружений (например, бескаркасных многоэтажных зданий с жесткими узлами, силосных корпусов) g_cr = 1,1;

F_d -- несущая способность сваи, кН (тс), определенная расчетом в соответствии с требованиями разд. 4 или определенная по результатам полевых исследований, испытаний свай динамической и статической нагрузками и зондирования грунта в соответствии с требованиями разд. 5.

Примечание. В случае крутопадающих пластов, кроме того, следует учитывать зависящий от значения относительной горизонтальной деформации e_h, мм/м, дополнительный коэффициент g_cr = 1/(1+100 e_h).

Дополнительные вертикальные нагрузки ± DN на сваи или сваи-оболочки зданий и сооружений с жесткой конструктивной схемой следует определять в зависимости от расчетных значений вертикальных перемещений свай, вызванных наклоном, искривлением, уступообразованием земной поверхности, а также горизонтальными деформациями грунтов основания при условиях:

а) свайные фундаменты из висячих свай и их основания заменяются в соответствии с п.6.1 условным фундаментом на естественном основании;

б) основание условного фундамента принимается линейно деформируемым с постоянными [по длине здания (сооружения) или выделенного в нем отсека] модулем деформации и коэффициентом постели грунта.

Определение дополнительных вертикальных нагрузок производится относительно продольной и поперечной осей здания.

В расчетах свайных фундаментов, возводимых на подрабатываемых территориях, следует учитывать дополнительные усилия, возникающие в сваях вследствие их работы на изгиб под влиянием горизонтальных перемещений грунта основания при подработке территории по отношению к проектному положению свай.

Расчетное горизонтальное перемещение u_sr, мм, грунта при подработке территории следует определять по формуле

u_sr =--g_f--g_c--e_h--x--(39)

где--g_f--g_c -- соответственно коэффициенты надежности по нагрузке и условий работы для относительных горизонтальных деформаций, принимаемые согласно СНиП 2.01.09.-91;

e_h _ ожидаемое значение относительной горизонтальной деформации, определяемое по результатам маркшейдерского расчета, мм/м;

x _ расстояние от оси рассматриваемой сваи до центральной оси здания (сооружения) с ростверком, устраиваемым на всю длину здания (отсека), или до блока жесткости каркасного здания (отсека) с ростверком, устраиваемым под отдельные колонны, м.

Свайные фундаменты зданий и сооружений, возводимых на подрабатываемых территориях, следует проектировать исходя из условий необходимости передачи на ростверк минимальных усилий от свай, возникающих в результате деформации земной поверхности.

Для выполнения этого требования необходимо в проектах предусматривать:

а) разрезку здания или сооружения на отсеки для уменьшения влияния горизонтальных перемещений грунта основания;

б) преимущественно висячие сваи для зданий и сооружений с жесткой конструктивной схемой для снижения дополнительно возникающих усилий в вертикальной плоскости от искривления основания;

в) сваи возможно меньшей жесткости, например призматические, квадратного или прямоугольного поперечного сечения, причем сваи прямоугольного сечения следует располагать меньшей стороной в продольном направлении отсека здания;

г) преимущественно податливые конструкции сопряжения свай с ростверком, указанные в п. 10.4;

д) выравнивание зданий с помощью домкратов или других выравнивающих устройств.

При разрезке здания или сооружения на отсеки между ними в ростверке следует предусматривать зазоры (деформационные швы), размеры которых определяются как для нижних конструкций зданий и сооружений в соответствии с требованиями СНиП 2.01.09-91.

Свайные фундаменты следует применять, как правило, на подрабатываемых территориях I -- IV групп, в том числе:

а) с висячими сваями -- на территориях I -- IV групп для любых видов и конструкций зданий и сооружений;

б) со сваями-стойками -- на территориях III и IV групп для зданий и сооружений, проектируемых с податливой конструктивной схемой здания при искривлении основания, а для IV группы -- также и для зданий и сооружений, проектируемых с жесткой конструктивной схемой.

Примечания: 1. Деление подрабатываемых территорий на группы принято согласно СНиП 2.01.09-91.

2. Сваи-оболочки, набивные и буровые сваи диаметром более 600 мм и другие виды жестких свай допускается применять, как правило, только в свайных фундаментах с податливой схемой при сопряжении их с ростверком через шов скольжения (см. п. 10.4.).

3. Заглубление в грунт свай на подрабатываемых территориях должно быть не менее 4 м, за исключением случаев опирания свай на скальные грунты.

На подрабатываемых территориях Iк -- IVк групп с возможным образованием уступов, а также на площадках с геологическими нарушениями применение свайных фундаментов допускается только при наличии специального обоснования.

Конструкция сопряжения свай с ростверком должна назначаться в зависимости от значения ожидаемого горизонтального перемещения грунта основания, причем предельные значения горизонтального перемещения для свай не должны превышать при сопряжении с ростверком (см.п. 10.4), см:

2 -- жестком;

5 -- податливом, условно-шарнирном;

8 -- то же, через шов скольжения.

Примечание. Для снижения значений усилий, возникающих в сваях и ростверке от воздействия горизонтальных перемещений грунта основания, а также для обеспечения пространственной устойчивости свайных фундаментов здания (сооружения) в целом сваи свайного поля в зоне действия небольших перемещений грунта (до 2 см) следует предусматривать с жестким сопряжением, а остальные -- с податливым (шарнирным или сопряжением через шов скольжения).

Свайные ростверки должны рассчитываться на внецентренное растяжение и сжатие, а также на кручение при воздействии на них горизонтальных опорных реакций от свай (поперечной силы и изгибающего момента), вызванных боковым давлением деформируемого при подработке грунта основания.

При применении свайных фундаментов с высоким ростверком в бетонных полах или других жестких конструкциях, устраиваемых на поверхности грунта, следует предусматривать зазор по всему периметру свай шириной не менее 8 см на всю толщину жесткой конструкции. Зазор следует заполнять пластичными или упругими материалами, не образующими жесткой опоры для свай при воздействии горизонтальных перемещений грунта основания.

Ученые и специалисты бьются над решением задач по обеспечению целостности конструкций и сведения повреждений к минимуму. В современных конструкциях невозможно повысить сейсмостойкость, только благодаря увеличению величины сечений прочности или веса.

Требуется разработка новых более эффективных методов сейсмозащиты. Подобные решения подразумевают изменение массы и жесткости, демпфирование системы в зависимости от ее перемещений и скоростей.

Сейсмостойкость сооружения обеспечивается как выбором благоприятной в сейсмическом отношении площадки строительства, так и разработкой наиболее рациональных конструктивной и планировочной схем сооружения, специальными конструктивными мероприятиями, повышающими прочность и монолитность несущих конструкций, создающих возможность развития в конструктивных элементах и узлах пластических деформаций, значительно увеличивающих сопротивляемость сооружений действию сейсмических сил.

Сейсмостойкое строительство -- это раздел гражданского строительства, который специализируется в области поведения зданий и сооружений под сейсмическим воздействием в виде сотрясений земной поверхности, потери грунтом своей несущей способности, волн цунами.

Сейсмостойкое строительство может рассматривать любой строительный объект как фортификационное сооружение, но предназначенное для обороны от специфического противника -- землетрясения. В обоих случаях основной принцип проектирования общий: замедлить или ослабить возможную атаку

Главные задачи сейсмостойкого строительства:

* Понимать, что происходит при взаимодействии строительных объектов с трясущимся основанием.

* Предвидеть последствия возможных толчков.

* Проектировать, возводить и поддерживать в надлежащем состоянии сейсмические объекты

Сейсмически прочное сооружение не обязательно должно быть громоздким и дорогим как, например, Пирамида Кукулькана в городе майя Чичен-Ица.

В настоящее время наиболее эффективным и экономически целесообразным инструментом в сейсмостойком строительстве является вибрационный контроль cейсмической нагрузки и, в частности, сейсмическая изоляция, позволяющая возводить сравнительно легкие и недорогие постройки.

Сейсмический анализ

Сейсмический анализ или анализ сейсмостойкости является интеллектуальным инструментом в сейсмостойком строительстве, который разбивает эту сложную тему на ряд подразделов для лучшего понимания работы зданий и сооружений под сейсмической нагрузкой.

Анализ сейсмостойкости основывается на принципах динамики сооружений и антисейсмического проектирования. В течение десятилетий, самым распространённым методом анализа сейсмостойкости являлся метод спектров реакции который получил свое развитие в настоящее время.

Микросейсморайонирование- это исследование сейсмичности территории для проведения строительства объекта. Выполняется карта Микросейсморайонирования.

Скальные грунты всех видов (в том числе вечномерзлые и вечно­мерзлые оттаявшие) невыветрелые и слабо-выветрелые: крупнообло­мочные грунты плотные маловла­жные из магматических пород, содержащие до 30% песчано-глинистого заполнителя: выветрелые и сильновыветрелые скальные и нескальные твердомерзлые (вечномерзлые) грунты при температуре минус 2°С и ниже при строительстве и эк­сплуатации по принципу I (сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии)

Скальные грунты выветрелые и сильновыветрелые, в том числе вечномерзлые, кроме отнесенных к I категории; крупнообломочные грунты, за исключением отнесен­ных к I категории; пески гравели­стые, крупные и средней крупно­сти плотные и средней плотности маловлажные и влажные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности маловлажные; глинистые грунты с показателем консистенции IL 0,5 при коэффи­циенте пористости е < 0,9 для глин и суглинков и е < 0,7 -- для супесей; вечномерзлые нескальные грунты пластичномерзлые или сыпучемер­злые, а также твердо-мерзлые при температуре выше минус 2°С при строительстве и эксплуатации по принципу I

Пески рыхлые независимо от вла­жности и крупности: пески граве­листые, крупные и средней круп­ности плотные и средней плотно­сти водонасыщенные; пески мел­кие и пылеватые плотные и сред­ней плотности влажные и водона­сыщенные; глинистые грунты с показателем консистенции IL>0,5; глинистые грунты с показателем консистенции IL<0,5 при коэффи­циенте пористости е>0,9 для глин и суглинков и е>0,7-для супесей; вечномерзлые нескальные грунты при строительстве и эксплуатации по принципу II (допускается отта­ивание грунтов основания)

Сейсмостойкость сооружения обеспечивается как выбором благоприятной в сейсмическом отношении площадки строительства, так и разработкой наиболее рациональных конструктивной и планировочной схем сооружения, специальными конструктивными мероприятиями, повышающими прочность и монолитность несущих конструкций, создающих возможность развития в конструктивных элементах и узлах пластических деформаций, значительно увеличивающих сопротивляемость сооружений действию сейсмических сил.

Сейсмическое нагружение происходит на поверхностях контакта сооружения с грунтом , либо с соседним сооружением , либо с порождённой землетрясением гравитационной волной цунами. Оно постоянно экзаменует сейсмостойкость сооружения и иногда превышает его возможность выстоять без разрушений.

38.Сейсмостойкие конструкции фундаментов каркасных зданий и сооружений. Фундаменты мелкого заложения ФМЗ(ленточные, перекрестные, сплошные, коробчатые)и свайные фундаменты СФ(с промежуточной подушкой, комбинированные свайно-плитные КСП)

Способность здания или сооружения противостоять сейсмическим воздействиям называют сейсмостойкостью. Для достижения необходимой сейсмостойкости зданий, строящихся в сейсмических районах, необходимо учитывать, что на конструкции действуют не только обычные нагрузки, но и горизонтальные пульсирующие, возникающие во время землетрясения. Эти нагрузки носят циклический характер и могут действовать в различных направлениях.

Обеспечение сейсмостойкости зданий и сооружений достигается осуществлением градостроительных, объемно-планировочных и конструктивных мероприятий.

Фундаменты здания или его отсеков, как правило, необходимо закладывать на одном уровне. Под несущие каменные стены надо применять ленточные фундаменты. При устройстве свайных фундаментов следует отдавать предпочтение сваям-стойкам. В зданиях каркасного типа фундаменты под колонны делают железобетонными, монолитными или сборными, связывая их между собой фундаментными балками. В каркасных деревянных зданиях предусматривают устройство дополнительных элементов жесткости в плоскости стен (раскосы, косая обшивка) и перекрытий (диагональный настил черного пола). Стены должны быть надежно заанкерены с фундаментом.

Подземная часть сооружения, предназначенная для передачи нагрузки на грунт, называется фундаментом. Главное требование к его сейсмостойкости заключается в том, чтобы при суммарном воздействии на него сейсмических и обычных нагрузок не происходило его разрушения, сдвига или опрокидывания и обеспечивалась общая прочность конструкции «основание - сооружение». Основные типы конструкцийфундаментов представлены на рисунке.

Рис. 59

К ФМЗ относятся фундаменты, имеющие отношение высоты к ширине подошвы, не превышающее 4, и передающие нагрузку на грунты основания преимущественно через подошву.

ФМЗ возводятся в открытых котлованах или в специальных выемках, устраиваемых в грунтовых основаниях.

Рис. 60

Ленточный фундамент - это железобетонная полоса, идущая по периметру всего здания. Ленту закладывают под все внутренние и наружные стены застройки, сохраняя одинаковую форму поперечного сечения по всему периметру фундамента. Ленточный фундамент мелкого заложения применяется при строительстве домов с тяжелыми стенами с целью снижения стоимости фундамента. Такой вид фундамента заглубляется не более чем на 60 см. его можно устанавливать на непучинистых грунтах или при проведении дополнительных мероприятий по утеплению грунта и уменьшению тем самым глубины промерзания грунта. Но обо всем по порядку.

Рис 61 Ленточные фундаменты: а - монолитный; б - сборный сплошной; в - сборный прерывистый; 1 - армированная лента; 2 - фундаментная стена; 3 - стена здания; 4 - фундаментная подушка; 5 - стеновой блок.

Ленточные фундаменты представляют собой непрерывную стенку, равномерно нагруженную вышележащими стенами и передающую эту нагрузку на грунт. Ленточные фундаменты нужно устраивать по плотному материковому грунту естественного уплотнения. Песчаная подготовка под традиционные фундаменты делается толщиной не более 10 см. Ее основное назначение -- устранить неровности в плоскости контакта подошвы фундамента и грунта основания, образующиеся при разработке грунта. Другими словами, неровный грунт основания присыпается песком и выравнивается в горизонт. При этом устраняется возможность смятия грунта и выравниваются контактные напряжения по подошве фундамента.

Сплошные фундаменты

Выполняются, как правило, из монолитного железобетона. - По конструктивным особенностям различают:

Плитные (гладкие, ребристые); Коробчатые.

Рис 62 Сплошные фундаменты: а - гладкая плита со сборными стаканами; б - гладкая плита с монолитными стаканами; в - ребристая плита; г - плита коробчатого сечения.

Толщину плиты определяют расчетом на моментные нагрузки (от изгиба в двух взаимно перпендикулярных направлениях) и исходя из расчета на продавливание в местах опирания колонн. - Опирание колонн осуществляется через сборные и монолитные стаканы, ребристые плиты соединяются с колоннами с помощью монолитных стаканов или выпусков арматуры.

Свайный фундамент. Свайные фундаменты незаменимы в тех случаях, когда строительство ведётся на неустойчивых грунтах. Это самая подходящая конструкция фундамента для крупногабаритного строительства. В основе конструкции фундамента используются сваи - столбы с заострёнными нижними концами.

Свайный фундамент с промежуточной песчаной подушкой, отличающийся тем, что песчаная подушка уложена на плоскую пленочную мембрану, стыки которой проклеены соответствующим клеевым составом, при этом стыки свая - плоская пленочная мембрана также проклеены во избежание попадания влаги, причем для исключения подмачивания песчаной подушки с боковой поверхности, края плоской пленочной мембраны накинуты на саму песчаную подушку с заходом под основание фундамента со всех сторон.

Рис. 63 Комбинированные свайно-плитные фундаменты (КСП)