Оптимізація пальового поля десятиповерхової будівлі за методом граничних елементів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оптимізація пальового поля десятиповерхової будівлі за МГЕ

Моргун А.С., Меть І.М., Ніцевич А.В.

Вінницький національний технічний університет

Анотація

За МГЕ визначено несучу здатність одиночних паль та пальового фундаменту в цілому. Запропоновано оптимізацію пальового поля будівлі з урахуванням взаємовпливу активних зон паль та зміни напружено-деформованого стану в підземній частині будівлі.

Аннотация

По МГЭ определено несущую способность одиночных свай и свайного фундамента в целом. Предложено оптимизацию свайного поля здания с учетом взаимовлияния активных зон свай и изменения напряженно-деформированного состояния в подземной части здания.

Abstract

The carrying capacity of the single piles and pile foundation as a whole was determined by MBE. Invited to optimization of pile field the building with the interaction of the active zones of piles and changes of the stress-strain state in the underground part of the building.

Збільшення поверховості сучасного міського будівництва піднімає навантаження на основи до 1 МПа. Тому сучасний проект споруди потребує тісної співпраці конструктора та геотехніка ще на етапі архітектурного вирішення з метою уникнення помилок, пов'язаних з недостатнім врахуванням властивостей ґрунтів, адже будівля в процесі свого існування знаходиться в постійному контакті та взаємодії з ґрунтовою основою. Успішне рішення задачі потребує використання новітніх інструментів розрахунку системи "фундамент-основа" при залученні сучасних числових методів та програмних комплексів, які враховують реальні властивості ґрунтової основи.

Згідно проектної документації пальове поле з 245 паль С10-35 являлось фундаментом для десятиповерхової житлової будівлі (рис. 1).

З метою оптимізації пальового поля будівлі проведено за методом граничних елементів (МГЕ) додаткові числові розрахунки по визначенню несучої спроможності як одиночних паль С10-35, С9-35, С8-35 так і пальового поля із цих паль. Усі розрахунки виконувались з використанням сучасних комп'ютерних технологій та на основі розвитку модифікованої моделі І. П. Бойка, яка ґрунтується на дилатансійній теорії В. М. Ніколаєвського й узагальненому критерії Мізеса-Шлейхера-Боткіна [1].

пальовий будівля фундамент граничний

Рис. 1. Скінченно-елементна модель досліджувальної будівлі

Прогноз за МГЕ несучої спроможності одиночних паль при осіданні s = 1 см склав: для палі С 10-35 - 1022 кН, С 9-35 - 821 кН, С 8-35 - 630 кН - рис. 2.

Рис. 2. а) - графік несучої спроможності одиночних паль С 10-35, С 9-35, С 8 - 35 б) - дискретизація активної зони навколопальового ґрунту

Розрахунок прогнозного осідання пальового поля із 227 паль С9-35, при осіданні s = 1 см за МГЕ наведено в табл. 1.

Геологічна будова ґрунтового масиву розвідана до глибини 16 м. Дані інженерно-геологічних вишукувань та фізико-механічні характеристики ґрунтів будівельного майданчика наведено в табл. 2.

Фізико-механічні характеристики ґрунтів будівельного майданчика слугували вхідними параметрами числової моделі і приймались середньозваженими за результатами інженерно-геологічних вишукувань:

Е = 19,14 МПа; н = 0,3797; с = 39,09 кПа; ц = 20,97є; = 19,11 кН/м³; ^min = 15,4 кН/м³; ^max = 27,8 кН/м³; р₀ = - 2000 кПа - напруження на октаедричній площині, коли щільність ґрунту сягає максимальної величини і дисперсний ґрунт працює як суцільне середовище.

Таблиця 1

Таблиця 2

При числових дослідженнях за МГЕ несучої спроможності пальового поля будівлі було спрогнозовано несучу здатність кожної палі. Матриця впливу МГЕ компонувалась з урахуванням взаємовпливу активних зон сусідніх паль [3] згідно аналітичних рішень Р. Міндліна. Оскільки ці рішення - це двоточкові функції (точка , в якій прикладається одиничне навантаження Р =1, та точка нагляду В), при компоновці матриці впливу МГЕ точки та В переміщались по усіх граничних елементах бокової поверхні та вістрі усіх паль, які входили в активну зону, визначену згідно [2] 11 d, d - діаметр палі. Оскільки, жорсткість є величиною оберненою до піддатливості, то в розрахунку визначалась жорсткість ґрунтової основи по боковій поверхні та вістрі усіх паль пальового поля з урахуванням реальних фізико-механічних характеристик ґрунтів. Результати розрахунку за запропонованою методикою відповідають даним експериментальних досліджень [4] та вимогам нормативних документів [5]. Біля сходових кліток через велику скупченість паль несуча здатність паль складала 50-60% від проектної одиночної. Тому було внесено пропозиції по збільшенню відстані між палями в межах з 3d до 5d, що дало можливість включити в роботу бокову поверхню паль, яка в стиснених умовах значно зменшується і при цьому в роботу включається в основному вістря палі.

В статті були виконані розрахунки пальового поля, при умові осідання 1см, при проектній кількості 245 шт паль С 10-35 розрахункова сумарна несуча здатність поля становить 33131,527 кН; при проектній кількості 245 шт паль С 9 - 35 розрахункова сумарна несуча здатність поля становить 30793,88 кН; при проектній кількості 245 шт паль С 8-35 розрахункова сумарна несуча здатність поля становить 28378,4 кН. При зменшені довжини палі з 10 до 9 м, а також при зменшені кількості паль (в місцях необґрунтованого скупчення паль - сходових кліток, тощо) до 227 шт паль С9-35, розрахункова несуча здатність всього поля становить 31125,16 кН (див. табл. 1). Результати числового розрахунку 3-ох варіантів пальового поля будівлі наведено на рис. 3.

Рис. 3. Очікуване осідання пальового поля десятиповерхової будівлі вагою 186714 кН при: 1 - 245 паль С10-35; 2 - 245 паль С9-35; 3 - 245 паль С8-35

За допомогою програмного комплексу ПК Ліра 9.4 було підраховано вагу десятиповерхової будівлі (рис. 1), яка складалась з власної ваги несучих і огороджуючих конструкцій та корисного навантаження. Вага будівлі становить 186714 кН. За графіком несучої спроможності пальового поля при палях різної довжини зображеного на рис. 3 відповідно прогнозне осідання 245 паль С 10 - 35, С 9 - 35, С 8 - 35 при вазі будівлі 186714 кН склало 5,64; 6,06; 6,58 см. Доцільно з питань економії витрат на влаштування пальового поля зупинитись на палях С9-35 (рис.4).

Рис. 4. План пальового поля з оптимізованим розміщенням паль С9-35 227 шт.

З метою оптимізації розташування пальового поля будівлі було: зменшено довжину паль з С10-35 до С9-35; зменшено кількість паль з 245 шт до 227 шт; збільшено відстань між палями у вказаних раніше ділянках з 3d до 5d. Ця оптимізація дозволила прийняти в пальовому полі 227 паль при сумарній несучій спроможності 31125.157 кН за умови осідання 1 см. Прогнозне осідання будівлі становить 6 см, що є менше допустимого відповідно до норм.

Висновки

З урахуванням взаємовпливу зміни напружено-деформованого стану в підземній частині будівлі було визначено несучу спроможність пальового поля. В ґрунтах працюють механізми саморегулювання, напруження з пластичних зон ґрунту передаються на сусідні менш напружені області.

Проведені розрахунки показують можливість управління поведінкою цієї складної системи "фундамент-основа" шляхом корегування її НДС, що призводить до збільшення терміну її експлуатації.

Література

1. Бойко И. П. Напряженно-деформированное состояние упруго-пластического, дилатирующего основания свайных фундаментов / И. П. Бойко // Основания и фундаменты; вып. 19. - К.: Будівельник, 1986. - С. 7-9.

2. Моргун А. С. Комп'ютерна технологія розрахунку паль пальового поля висотних будівель із збільшеним кроком паль / Моргун А. С., Ніцевич А. В., Моргун І. А. // Вісник ВПІ. - 2007. - № 5. - С. 41-44.

3. Моргун А. С. Комп'ютерні технології розрахунку фундаментних конструкцій на основі методу граничних елементів: монографія / А. С. Моргун, І. М. Меть, А. В. Ніцевич. - Вінниця: ВНТУ, 2009. - 162 с.

4. Моргун А. С. Прогнозування поведінки плитно-пальового поля висотної будівлі за числовим методом граничних елементів [Електронний ресурс] / А. С. Моргун, А. В. Ніцевич // Наукові праці ВНТУ. - 2009. - №2. - С. 1 - 6. - Режим доступу до журн.: http://www.nbuv.gov.ua/e-journals/VNTU/2009-2/2009-2.files/uk/09asmobe_ua.pdf

5. Основания, фундаменты и подземные сооружения МГСН 2.07-97 [Действителен с 1998. 10. 02]. - М.: Стройиздат, 1997. - 79 с.

Размещено на Allbest.ru