Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Концепция плитного фундамента с компенсирующим слоем 11
1.1. Общие положения. Фундаменты мелкого заложения. Классификация фундаментов мелкого заложения 11
1.2. Особенности взаимодействия фундаментов мелкого заложения с грунтовым основанием 14
1.3. Современные направления исследований фундаментов мелкого заложения 19
1.4. Рациональные конструкции фундаментов мелкого заложения 22
1.5. Регулируемое взаимодействие фундаментов с грунтовым основанием 25
1.6. Результаты анализа литературы 33
1.7. Концепция плитного фундамента с компенсирующим слоем на грунтовом основании 34
Глава II. Теоретическое решение задачи о взаимодействии балки с компенсирующим слоем на упругом основании в условиях плоской деформации 39
2.1. Общие положения 39
2.2. Теоретические основы расчета балки с компенсирующим слоем на упругом основании 39
2.3 Равномерно нагруженная фундаментная балка 48
2.4 Неравномерно нагруженная фундаментная балка 53
2.5 Учет взаимодействия фундаментной балки с надземной частью 54
2.5.1 Случай 1. Абсолютно гибкий каркас 55
2.5.2 Случай 2. Абсолютно жесткий каркас 56
2.5.3 Случай 3. Каркас конечной жесткости 59
2.6 Расчет параметров компенсирующей слоя при регулируемом взаимодействии системы «основание – ПКС – здание» 63
2.7 Выводы по главе II 66
Глава III. Экспериментальные исследования работы модели плитного фундамента с компенсирующим слоем на грунтовом основании 67
3.1. Общие положения. Задачи экспериментальных исследований 67
3.2 Методика проведения эксперимента 67
3.2.1 Площадка проведения экспериментальных исследований 67
3.2.2 Технология изготовления объекта исследования 69
3.2.3 Приборы и оборудование 72
3.2.4 Порядок проведения натурных экспериментов 77
3.3 Результаты экспериментального исследования работы ПКС 81
3.3.1 Контактные давления под штампом с компенсирующим слоем на грунтовом основании 81
3.3.2 Осадки штампов 82
3.3.3 Оценка деформированного состояния грунтового основания 84
3.4 Выводы по главе III 91
Глава IV. Инженерная методика расчета системы «основание – ПКС – здание»» 93
4.1 Общие положения 93
4.2 Материал компенсирующего слоя 93
4.3 Общая последовательность инженерного расчета системы «основание – ПКС – здание» 98
4.4 Инженерная методика расчета ПКС в составе системы «основание – ПКС – здание» 100
4.4.1 Этап 1. Исходные данные 100
4.4.2 Этап 2. Расчет надземной части 102
4.4.3 Этап 3. Совместный расчет системы «основание – фундамент – здание» 103
4.4.4 Этап 4. Расчет параметров компенсирующего слоя 113
4.4.5 Этап 5. Совместный расчет системы «основание– ПКС – здание» 116
4.4.6 Этап 6. Конструктивные расчеты фундамента. Технико-экономические показатели 119
4.5 Рекомендации по технологии устройства ПКС 122
4.6 Опыт внедрения ПКС в практику строительства 123
4.5 Выводы по главе IV 126
Заключение
- Особенности взаимодействия фундаментов мелкого заложения с грунтовым основанием
- Равномерно нагруженная фундаментная балка
- Оценка деформированного состояния грунтового основания
- Опыт внедрения ПКС в практику строительства
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Возведение фундаментов оказывает существенное влияние на трудовые и материальные затраты строительства и в зависимости от конструктивных особенностей составляет 5-15% общей стоимости здания. Перспективным путем снижения стоимости плитных фундаментов является устройство между подошвой фундамента и грунтовым основанием промежуточного слоя переменной толщины из сильно деформируемого материала, обеспечивающего регулируемое распределение реактивных давлений.
Эффективность плитных фундаментов с компенсирующим слоем (далее ПКС) обусловлена уменьшением прогибов и внутренних усилий в фундаменте; сокращением его материалоемкости; расширением области применения гибких фундаментов; снижением усилий в надземных конструкциях от неравномерных осадок основания. При этом сохраняется конструктивная простота и технологичность возведения, присущие фундаментам традиционных форм.
Таким образом, изучение взаимодействия плитного фундамента с грунтовым основанием при устройстве компенсирующего слоя в их контактной зоне является актуальной задачей.
Степень разработанности темы. В настоящее время российскими и зарубежными учеными изучены методы оптимизации работы фундаментов путем активного регулирования их взаимодействия с грунтовым основанием. Исследования в данном направлении проводили Г.Г. Болдырев, С.А. Болдырев, М.М. Дубина, Р.Катценбах, В.И. Крутов, Г.Е. Лабезник, В.В. Лушников, Е.А. Сорочан, Я.А. Пронозин, А.Н. Тетиор, З.Г. Тер-Мартиросян и др. Однако освещенность вопроса, как правило, ограничивается рекомендациями, основанными на эмпирических и численных зависимостях. В диссертационной работе рассматривается поиск общих принципов расчета компенсирующего слоя, позволяющего регулировать работу системы «основание – фундамент».
Объект исследования: система «основание – ПКС – здание».
Предмет исследования: напряженно-деформированное состояние системы «основание – ПКС – здание» в процессе их силового взаимодействия.
4 Цель диссертационной работы: выявление закономерностей взаимодействия плитного фундамента с грунтовым основанием при устройстве компенсирующего слоя в их контактной зоне.
Задачи исследования:
-
Обосновать эффективность устройства компенсирующего слоя между плитным фундаментом и грунтовым основанием;
-
Предложить расчетный метод оценки влияния компенсирующего слоя на работу системы «основание - ПКС - здание»; разработать основные принципы рационального расположения компенсирующих элементов;
-
Выполнить экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния грунтового основания при взаимодействии с моделью ПКС в полевых условиях;
-
Разработать инженерную методику расчета параметров компенсирующего слоя, реакций основания и внутренних усилий системы «основание - ПКС - здание»; оценить технико-экономический эффект от устройства компенсирующего слоя.
Научная новизна работы:
-
Развиты идеи формирования заданного НДС системы «основание - фундамент - здание» с помощью устройства промежуточного слоя переменной толщины из сильно деформируемого материала.
-
Теоретически выявлены закономерности влияния компенсирующего слоя на работу системы «основание - ПКС - здание»;
-
Экспериментально выявлены особенности напряженно-деформированного состояния грунтового основания при взаимодействии с моделью ПКС в полевых условиях;
-
Теоретически доказана эффективность использования ПКС в качестве фундамента здания.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается:
в усовершенствовании метода подготовки контактной зоны между основанием и фундаментом мелкого заложения путем устройства компенсирующего слоя из пористых сильно деформируемых материалов;
в обосновании эффективности устройства компенсирующего слоя между плитным фундаментом и грунтовым основанием;
в определении принципов расчета компенсирующего слоя исходя из условия регулируемого нагружения грунтового основания;
в экспериментальном исследовании зависимостей взаимодействия грунтового основания естественного сложения и модели ПКС в полевых условиях;
в разработке инженерной методики определения параметров компенсирующего слоя, реакций основания и внутренних усилий системы «основание - ПКС - здание».
Методология и методы исследования:
изучение современного состояния фундаментостроения в области рационализации работы фундаментов мелкого заложения;
аналитические и численные методы расчета взаимодействия ПКС с грунтовым основанием;
натурный эксперимент по исследованию взаимодействия модели ПКС с грунтовым основанием естественного сложения.
Личный вклад автора состоит в изучении текущего состояния вопроса о способах регулирования взаимодействия фундаментов с основанием; в выполнении аналитических и численных исследований взаимодействия системы «здание - ПКС - грунтовое основание»; в подготовке и проведении натурных экспериментальных исследований; в получении, обработке и обобщении данных натурного эксперимента; в разработке инженерной методики определения параметров системы «основание - ПКС - здание».
Результаты исследований реализованы: при разработке проекта фундамента многофункционального комплекса по ул. Комсомольская, 71 в г. Тюмени; при выполнении выпускной квалификационной работы по направлению подготовки 08.04.01 «Строительство», магистерская программа «Теория и проектирование геотехнических сооружений»; во Всероссийском конкурсе магистерских выпускных квалификационных работ по направлению 08.04.01 «Строительство» (г. Нижний Новгород, 2016 г.).
Положения, выносимые на защиту:
усовершенствование метода подготовки контактной зоны между основанием и фундаментом мелкого заложения путем устройства компенсирующего слоя из пористых сильно деформируемых материалов;
теоретически выявленные закономерности влияния компенсирующего слоя на работу системы «здание - ПКС - грунтовое основание»;
результаты экспериментальных исследований взаимодействия грунтового основания естественного сложения с моделью ПКС в полевых условиях;
инженерная методика определения параметров компенсирующего слоя, реакций основания и внутренних усилий системы «основание - ПКС - здание».
Достоверность защищаемых положений обеспечивается: использованием в работе методов классической и современной механики грунтов; применением сертифицированных и верифицированных программных комплексов; выполнением экспериментальных исследований с помощью современного апробированного контрольно-измерительного оборудования, тарированных преобразователей и поверенных приборов.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на трех конференциях международного уровня: «Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение» (г. Санкт-Петербург, 2014), «Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении» (г. Новочеркасск, 2015), «Актуальные проблемы архитектуры, строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» (г. Тюмень, 2016); трех всероссийских конференциях: II и III молодежных конференциях по геотехнике (г. Москва, 2016-2017); «Инженерно-геотехнические изыскания, проектирование и строительство оснований, фундаментов и подземных сооружений» (г. С.-Петербург, 2017).
Публикации. Научные результаты изложены в 8 научных работах, из которых 4 статьи опубликованы в журналах, включенных Перечень в рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук (Перечень рецензируемых научных изданий), 1 статья опубликована в журналах, индексируемых в международных реферативных базах Scopus, Web of Science и других и получен 1 патент на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений. Общий объем работы составляет 146 страниц, в том числе 87 рисунка и 18 таблиц.
Особенности взаимодействия фундаментов мелкого заложения с грунтовым основанием
Устройство фундаментов зданий являются дорогостоящим мероприятием, удельная стоимость которого в среднем достигает 5-10% от всей стоимости строительства. Однако до недавнего времени при проектировании фундаментов строители использовали простые материалы и эмпирические зависимости для их расчета. Результатом становились массивные конструкции подземной части, работающие преимущественно на сжатие. Развитие технологий конструкционных материалов расширило область применения железобетона в строительстве, позволив применять в фундаментах тонкие изгибаемые элементы, более требовательные к точности их расчета (рисунок 1.4).
Исторически первой попыткой расчетного обоснования взаимодействия фундамента с основание являлась гипотеза Н.И. Фусса (1801 г.), основанная на изучении образования колеи на грунтовых дорогах, о прямой пропорциональной зависимости между внешней нагрузкой и остаточной осадкой грунтового основания в пределах приложения нагрузки.
В 1867 г. аналогичное предположение было сделано Е.Винклером [127]. С целью расчета железнодорожных путей он связал давление на грунт и его деформацию коэффициентом пропорциональности, что по существу явилось первой контактной моделью взаимодействия гибкого фундамента с грунтовым основанием: p=Cz, (1.1) где С – коэффициент постели основания, z – осадка основания в точке приложения реакции p.
Теория Винклера широко использовалась в практических расчетах инженерами конца XIX – начала XX века (и иногда используется в настоящее время). Однако вскоре после ее появления многие ученые-исследователи (Г.Э. Проктор, К. Вихгарт, Д.Е. Польшин, В.А. Флорин, Н.А. Цытович, Б.Н. Жемочкин и д.р.) указали на существенные недостатки данной модели, такие как (рисунок 1.5):
1) Не учитывается неравномерность распределения реактивных давлений по площади фундамента;
2) Не учитывается распределительная способность грунтового основания, из-за которой возникает неравномерность осадок грунтового основания под нагрузкой: середина фундамента осаживается больше краев, фундамент прогибается, за контуром плиты поверхность основания также получает осадку;
3) Коэффициент постели является параметром, сложно поддающимся измерению и определению, поскольку зависит от размеров и формы фундамента, нагрузки, активной зоны основания и других факторов [109].
Единственным достоверным способом определения коэффициента постели может считаться полевое испытание штампа, сопоставимых с фундаментом размеров, что, конечно же, не всегда представляется возможным.
Таким образом, применение модели Винклера в расчетах может привести к недостоверной оценке взаимодействия здания с грунтовым основанием. Тем не менее, в ряде исследований [57, 62] указывается, что расчет по модели Винклера дает достаточно надежные и адекватные результаты в случае грунтов основания с малой распределительной способностью (слабые водонасыщенные грунты, рыхлые пески, илы и др.).
Следующим этапом развития теории расчетов фундаментов стало представление об основании как о бесконечной упругой среде.
Математическим основанием послужили решения Фламана [125] и Буссинеска [122] о приложении сосредоточенной силы к упругой полуплоскости и полупространству соответственно. При этом грунт упрощался до линейно-деформируемого материала, описываемого только модулем деформации Е и коэффициентом Пуассона v.
Разработкой теории расчета балок и плит на грунтовом основании занимались Г.Э. Проктор, К. Вихгарт, Н.П. Пузыревский, Л.С. Гильман, В.А. Флорин, Н.М. Герсеванов, Я.А. Мачерет, Г.Я. Попов и др. Серьезным вкладом в решение задачи о взаимодействии балок и плит с упругим основанием стали работы М.И. Горбунова-Посадова [19], И.А. Симвулиди [82], Б.Н. Жемочкина и С.А. Синицина [42]. Авторами данных работ предложены оригинальные методы определения реакций основания при различных вариантах воздействия нагрузки на балку или плиту, а также приведены многочисленные таблицы пригодные для практических расчетов таких задач.
Решение задачи о взаимодействии балки с упругим основанием дало принципиальное обоснование того, что «при центральной симметричной нагрузке чем жестче балка и слабее грунт, тем больше по концам балки величины реактивного давления; чем больше гибкость балки и тверже основание, тем больше реактивные давления в средней части балки» [с. 8, 82]. Было установлено, что теоретическая эпюра реактивных давлений основания жесткого штампа имеет седловидное очертание с минимальным значением реакций в центре и стремящимся к бесконечности у краев (рисунок 1.6).
Экспериментальные исследования работы жесткого фундамента с основанием [58, 60, 61, 83, 85 ,87, 95 и др.], показали, что вследствие пластических деформаций грунта под краями штампа и возникновения в нем трещин пиковые значения под краями выравниваются. С ростом нагрузки и пластических процессов эпюра реактивного давления и вовсе становится ориентированной выпуклостью вниз. Соответственно в процессе трансформации эпюры реактивных давлений основания происходит и перераспределения нагрузок в фундаменте.
В случае плитных (сплошных) фундаментов развитие сдвиговых процессов в основании происходит на глубину незначительную относительно размеров фундамента. В работе С.О. Шулятьева [116] показано, что фактор упруго-пластического поведения основания при среднем давлении, не превышающем расчетное сопротивление, оказывает слабое влияние (не более 20%) на НДС плитного фундамента.
В настоящее время упругая модель основания подвергается критике за преувеличение распределительной способности, излишнюю «звонкость» [56], необходимость искусственного ограничения сжимаемой толщи. Развитие получили сложные многопараметрические модели, учитывающие упругопластическое поведение, упрочнение с увеличением обжатия, увеличение модуля деформации с глубиной и т.д. Обзор современных моделей грунта, их достоинств и недостатков, границ применимости приведен в работах [90, 103]. Моделирование взаимодействия балки или плиты с упруго-пластическим основанием в области неразвитых пластических сдвигов дает результат близкий к упругому решению – седлообразная эпюра реакций основания, неравномерные осадки под краем и центром, прогиб и изгиб фундамента.
Таким образом, когда грунтовое основание фундамента работает в пределах линейной деформируемости, при давлениях, не превышающих расчетное сопротивление, использование упругого основания будет давать достаточно достоверный результат. При этом сохраняются присущие ему практические достоинства: меньшая ресурсоемкость и продолжительность расчетов, суперпозиционное приложение нагрузок, возможность оценки различных состояний НДС системы и определении сочетаний усилий в элементах в рамках одного статического расчета. Уточнение результатов расчета на наиболее значительное сочетание нагрузок, а также в случае развитых областей пластических деформаций расчет системы «основание – фундамент – здание» следует производить с применением нелинейных моделей грунта.
Равномерно нагруженная фундаментная балка
Рассмотрим пример практического расчета фундамента с компенсирующим слоем. Железобетонная балка, имеющая длину 6,0 м и толщину 0,20 м, покоится на упругом основании с модулем деформации Е0=14 МП а и коэффициентом Пуассона ji0=0,33 (рисунок 2.8a). Модуль упругости материала балки Е1=30000 МПа, коэффициент Пуассона JUI=0,2. Балка загружена равномерно распределенной нагрузкой q=100 кПа. Требуется определить характеристики компенсирующей прокладки из условия равенства внешней нагрузки и реактивного давления грунтового основания.
Найдем решение прямой задачи без компенсирующей прокладки отсутствует, т.е. податливость опор Х1} Х2… X 25 равна нулю. Из балки выделим участок шириной Ъ=1 пог.м., который будет работать в условиях плоской деформации. Разобьем балку по длине на 25 частей, в середине которых между балкой и основанием установим связующий стержень. Равномерно распределенную нагрузку приведем к сосредоточенным силам в середине участка, умножив ее значение на ширину расчетного участка. На конец балки установим связь, закрепляющую ее в горизонтальном направлении. Расчетная схема задачи приведена на рисунке 2.8б.
Решим задачу смешанным методом. Основную систему получим, поместив на конец балки жесткую заделку и отрезав ее от опорных стержней, усилия в которых обозначим Xj, Х2…Х25. Неизвестными также будут перемещение у0 и угол поворота ср0 заделки. С помощью формул (2.2), (2.4) и (2.6) определим осадки основания yh и прогиб балки vki от действия единичных сил реакций грунта. По формуле (2.9) определено значение прогиба балки от внешних нагрузок по каждому направлению. Неизвестные могут быть найдены из решения системы (2.13).
Результат решения в виде эпюр контактных давлений по подошве, моментов и прогибов фундамента приведены на рисунке 2.8в и рисунке 2.8г. Расчет показал, что краевых зонах максимальные напряжения достигают 300 кПа, максимальный изгибающий момент равен 50 кН м, прогиб в центре балки 9 мм.
Для решения обратной задачи примем заданное распределение контактных давлений по подошве балки равное 100 кПа (рисунок 2.9а). На рисунке 2.9б изображена расчетная схема задачи, неизвестными в данном случае будут податливости опор Х\, Я … Я 25 Основная система будет аналогична той, что приведена для прямой задачи.
Если реакции отпора основания зеркальны внешней нагрузки ({Рг:} = {- X.}), то, приложенные к консольной балке основной схемы, они будут взаимоисключать друг друга. Прогибы балки и поворот заделки будут равны нулю
Следовательно, податливость компенсирующего слоя не зависит от жесткости самой балки. Из принятых условий отсутствия прогиба и изгибающего момента распределение прокладок будет абсолютно одинаковым для балок (плит) абсолютно жестких, абсолютно гибких и конечной жесткости.
Таким образом, в задаче требуется определить разницу перемещений основания и прогиба балки, которая и будет компенсироваться обжатием прокладки (рисунок 2.9в). Из (2.10) - (2.11) находится значение податливости и толщина прокладки под каждым из расчетных участков. Результаты расчета компенсирующего слоя приведены в виде диаграммы на рисунке 2.9г.
Проверочный расчет задачи с принятой податливостью прокладок показал, что распределение контактных давлений соответствует заданному, усилия и прогибы в балке равны нулю. Результаты решения прямой и обратной задачи приведены в таблице 2.1.
В ПК PLAXIS 2D выполнено численное моделирование задачи. Расчет основания выполнен в упруго-пластической постановке с критерием прочности Мора-Кулона. Прочностные характеристики грунта приняты равными =21 и c=23 кПа по таблице Б.2 СП 22.133330.2016 [89] для суглинка с коэффициентом пористости e=0,75. Деформационные характеристики и характер расположения компенсирующих прокладок принят по результатам теоретического решения.
Численное решение в нелинейной постановке показало (рисунок 2.10), что устройство компенсирующего слоя позволило более чем в 10 раз уменьшить прогибы и моменты в фундаментной балке. Абсолютное значение максимальных осадок основания составило 51,30 мм для случая без компенсирующих прокладок и 53,13 мм с ними, т.е. осадки возросли незначительно (в приведенном случае 3,5%). Таким образом, допустимо рассматривать расчетный метод как базовый для определения параметров компенсирующего слоя, уточняемых затем численными расчетами в упругопластической постановке
Оценка деформированного состояния грунтового основания
В ходе статических испытаний моделей фундаментов посредством глубинных марок замерялись послойные перемещения грунта в основании штампов, приведенные в виде графиков на рисунке 3.15.
В ходе обработки экспериментальных данных для каждой ступени загружения были построены (рисунок 3.16):
изолинии вертикальных перемещений для точек грунта в активной зоне основания, определенные расчетом в геоинформационной системе Golden Software Surfer 8;
эпюры абсолютных вертикальных деформаций, послойных деформаций под центром штампов. Также построена эпюра теоретических послойных перемещений методом послойного суммирования из предположения, что общая теоретическая осадка равна фактической осадке плоского штампа;
эпюры относительных вертикальных послойных деформаций под центром штампов, определяемые по формуле: где sj - абсолютная осадка верхней границы слоя, мм; si+1 - абсолютная осадка нижней границы слоя, мм; толщина слоя, мм.
Доля осадки слоя относительно полной осадки, равная отношению деформации слоя к общей осадке на ступени.
Анализ послойных перемещений точек грунта показывает существенную разницу сжимаемости отдельных слоев по глубине экспериментальных штампов .
На ступенях загружения 25 – 100 кПа наблюдается практически полное затухание перемещений в основании штампов на глубинах до 0,5d, которое по теоретическому решению должно происходить на глубинах 1,0 - 1,5d. При этом перемещения по центральной оси плоского штампа развиваются на глубину существенно большую по отношению к ПКС. Вертикальные деформации грунтового основания под ПКС локализованы верхним слоем твердых глин, в то же время перемещения в основании плоского штампа развиваются в подстилающем слоем мягкопластичных суглинков. Так при нагрузке в 50 кПа деформация приповерхностного слоя толщиной 0,5d, ограниченного твердыми глинами, составила 81% суммарной деформации для плоского и 95% для ПКС штампа.
При дальнейшем увеличении нагрузки, сопровождающейся появлением и развитием зон пластических деформаций под ребрами, наблюдается выравнивание послойных деформаций в основании ПКС по отношению к плоскому штампу вплоть до практически полной идентификации послойных перемещений на последних ступенях.
При превышении нагрузки в 150 кПа зафиксировано интенсивное развитие относительных деформаций в подстилающем слое мягкопластичных суглинков, что может свидетельствовать об активном развитии областей предельного состояния в подстилающем слое.
На рисунке 3.17 приведен график зависимости глубины сжимаемой толщи от нагрузки на экспериментальные штампы. За критерий глубины сжимаемой толщи принималась осадка слоя, равная 1 мм. Из приведенного графика видно, что при нагрузке до 100 кПа глубина сжимаемой толщи ПКС до 2-х раз меньше в сравнении с плоским штампом и фактически локализована слоем твердых глин.
При этом для ПКС график до p носит характер близкий к линейному, а после наблюдается «проваливание» с резким увеличением глубины сжимаемой толщи, связанное по всей видимости с формированием зон предельного равновесия под ребрами штампа и перераспределением нагрузки по подошве.
Выявленный эффект более раннего затухания осадок в грунтовом основании описан во многих экспериментально-теоретических работах [15, 39, 56 и др.]. В дальнейшем при расчетах ПКС следует принимать его во внимание.
Опыт внедрения ПКС в практику строительства
Результаты теоретических и экспериментальных исследований работы плитного фундамента с компенсирующим слоем нашли применение в разработке проекта фундамента многофункционального комплекса по ул. Комсомольская, 71 в г. Тюмени.
Объект строительства является 6-этажным зданием в каркасно-монолитном исполнении, состоящим из одного подземного и пяти надземных этажей.-Габаритные размеры здания в осях –24,00м х 23,75м. Высота здания, определяемая разностью проектной отметки уровня земли и наивысшей точки здания – 27,6 м.
Геологический разрез на глубину исследования представлен толщей рыхлых нелитифицированных отложений современного – олигоценового возраста. Грунтовое основание сложено водонасыщенными суглинками от полутвердой до текучей консистенции.
Среднее давление по подошве фундамента ниже расчетного сопротивления грунта. В этом случае концентрация давлений под несущими элементами позволит разгрузить пролетную зону, уменьшить изгибающие моменты в плите, снизить материалоемкость по сравнению с плитой постоянной толщины.
Заданное нагружение грунтового основания достигается за счет предварительного обжатия компенсирующей прокладки заданной толщины и последующего включения в работу пролетной зоны.
Фундамент [66] состоит из жестких ортогональных лент высотой 900 мм (2), ориентированных по осям здания (1), объединенных плитой толщиной 400 мм в пролетных зонах (3), а также компенсирующей прокладки из пенопласта (4) толщиной 50 мм между плитой и естественным основанием (рисунок 4.21).
Конструирование фундамента осуществлено на основании результатов статического расчета полноразмерной КЭ-модели здания, выполненной в программном комплексе STARK ES (рисунок 4.22).
Расчетом установлено, что средняя осадка, при принятых жесткостях ребер и плит, составила 9,4 см в зависимости, что не превышает 15 см – требования норм ([89], таблица Д.1, поз. 1). Максимальная осадка, при принятых жесткостях ребер и плит, составила 10,8 см, что не превышает 15 см – требования норм ([89], таблица Д.1, поз. 1). Минимальная осадка, при принятых жесткостях ребер и плит, составила 6,5 см. Максимальная относительная разность осадок составила 0,00070 – 0,00087, что не превышает 0,003 – требования норм ([89], таблица Д.1, поз. 1).
Среднее давление под пролетной частью составило 50-60 кПа, под средними ребрами 200-250 кПа, под крайними – 320-360 кПа (рисунок 4.23) при расчетном сопротивлении, определенном по [89] с учетом пригруза от пролетных зон и бокового давления грунта, равном 434 кПа.
Таким образом, принятая конструкция фундамента в виде плиты переменной жесткости, с компенсирующей прокладкой между ней и грунтовым основанием соответствует расчетным требованиям СП 22.13330.2016 [89] по 2-ой группе предельных состояний.