Моделирование кирпичного здания повышенной этажности на свайном фундаменте

Актуальность. Настоящая работа посвящена моделированию напряженно-деформированного состояния кирпичного здания повышенной этажности на свайном фундаменте в сложных инженерно-геологических условиях с использованием проектно-вычислительного комплекса MicroFe, который позволяет создать расчетную схему в системе «основание–фундамент–здание» с использованием свай в виде стержневых конечных элементов в грунтовом массиве.

Цель. Анализ напряженно-деформированного состояния системы «основание – фундамент – здание», получение расчетных значений усилий и армирования в ростверке.

Материалы и методы. Расчет проводился как в линейной постановке, так и в конструктивно нелинейной постановке с односторонними нелинейными связями между объемными элементами грунта и стержневыми элементами свай.

Результаты. В нелинейной постановке решения задачи при ограничении допускаемой расчетной нагрузки на сваи получено перераспределение усилий между сваями через ростверк.

Выводы. Линейный расчет проводится в случае, когда наибольшие усилия в сваях не превышают заданную расчетную нагрузку. Если это условие не выполняется, то в расчетной модели вводится ограничение по величине предельной нагрузки на сваи, равной расчетному значению, и расчет выполняется с учетом конструктивной нелинейности односторонних связей между стержневыми элементами свай и объемными элементами грунта. Решение задачи в нелинейной постановке позволяет учесть перераспределение усилий между сваями через ростверк, в результате чего за счет изменения расположения свай можно получить оптимальное конструктивное решение как свайного фундамента, так и надземной части здания.

1. Шашкин В.А. Эффекты взаимодействия оснований и сооружений // Развитие городов и геотехническое строительство. 2012. № 14. С. 141-167.

2. Шашкин А.Г., Шашкин К.Г. Взаимодействие здания и основания: методика расчета и практическое применение при проектировании. Санкт-Петербург, Стройиздат, 2002. 48 с.

3. Ильичев В.А., Мангушев Р.А. Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения. Москва, АСВ, 2014. 728 с.

4. Шашкин А.Г., Улицкий В.М. Основы мониторинга механической безопасности сооружений при строительстве и экплуатации // Промышленное и гражданское строительство. 2017. №12. С. 6-14.

5. Карпенко Н.И, Карпенко С.Н., Кузнецов Е.Н. О современных проблемах расчета высотный зданий из монолитного железобетона // II Всероссийская (Международная) конференция. Бетон и железобетон – пути развития. 2005. Т. 1. 149-166 с.

6. Шулятьев О.А. Основания и фундаменты высотных зданий. Москва, 2016. 392 с.

7. Шулятьев О.А. Фундаменты высотных зданий // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. 2014. №4. С. 202-244.

8. Шулятьев О.А. Геотехнические особенности проектирования высотных зданий в Москве // Промышленное и гражданское строительство. 2016. № 10. С. 17-25.

9. Харичкин А.И., Безволев С.Г., Шуляньев О.А. Практическое исследование краевой сваи // Сборник научных трудов 75 лет НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. 2006. С. 224-230.

10. Колчунов В.И., Потапов В.В., Дмитриева К.О. Расчетный анализ длительного деформирования системы «здание-основание» хранилища ядерных отходов АЭС // Строительство и реконструкция. 2017. №3 (71). С. 27-33.

11. Сапожников А.И., Григоршев С.М. Учет последовательности возведения зданий методом конечных элементов с поэтажным формированием расчетной модели // Строительная механика и расчет сооружений. 2010. № 1. С. 19-26.

12. Кабанцев О.В., Тамразян А.Г. Учет изменений расчетной схемы при анализе работы конструкции // Инженерно-строительный журнал. 2014. № 5. С. 15- 26.

13. Алмазов В.О., Климов А.Н. Экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния конструкций высотного здания // Вестник МГСУ. 2013. № 10. С. 102-109.

14. Нуждин Л.В., Михайлов В.С. Численное моделирование свайных фундаментов в расчетно-аналитическом комплексе SCAD Office // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. 2018. № 1. С. 5-18.

15. Нуждин М.Л., Пономарев А.Б. Расчетное обоснование усиления грунтового основания многоэтажного жилого дома в г. Новосибирске пакетным высоконапорным инъецированием // Проблемы строительного производства и управления недвижимостью. 2020. С. 261-266.

16. Михайлов В.С., Теплых А.В. Учет характерных особенностей различных моделей основания при расчете взаимного влияния зданий на больших фундаментных плитах с использованием расчетно-аналитической системы SCAD Office // Актуальные проблемы компьютерного моделирования конструкций и сооружений. 2016. С.133-134.

17. Королев К.В., Полянкин А.Г., Кузнецов А.А. Несущая способность свай на горизонтальную и моментную нагрузку и оптимальное проектирование свайных фундаментов // Транспортное строительство. № 3, 2013. С. 13-15.

18. Малышкин А.П., Есипов А.В., Бараняк А.И. Современный подход к проектированию высотных зданий в условиях плотной городской застройки // Вестник Московского государственного строительного университета. 2008. №2. С. 158-162.

19. Платонова С.В., Александрова Е.А. Моделирование системы «здание–основание» в расчетном программном комплексе ЛИРА–САПР с применением системы грунта // Проблемы строительного производства и управления недвижимостью. 2020. С. 267-274.

20. Ющубе С.В., Подшивалов И.И., Самарин Д.Г., Филиппович А.А, Шалгинов Р.В. Экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния фрагментов кладки наружных стен из керамического камня // Вестник ТГАСУ. 2017. № 1. С. 174-180.

21. Ющубе С.В., Подшивалов И.И., Филиппович А.А., Тряпицин А.Е. Моделирование напряженно-деформированного состояния кирпичного здания повышенной этажности на свайном фундаменте // Вестник гражданских инженеров. 2018. № 4 (69). С. 72-77.

22. Ющубе С.В., Подшивалов И.И. Моделирование напряженно-деформированного состояния свайного фундамента с плитным ростверком высотного здания с учетом недопогружения свай // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2020. Т. 22. №2. С. 145-161.

23. Кравченко В.С., Криксунов Э.З., Перельмутер М.А., Скорук Л.Н. SCAD Structure. Расчет оснований и фундаментов. Москва, 2006. 33 c.

24. Ковальчук О.А., Колесников А.В., Русанова Е.М. и др. Введение в программный комплекс ЛИРА 10.4. Москва: НИУ МГСУ, 2015. URL: http://lira-soft. com/wiki/manuals (дата обращения: 24.12.2020).

25. Brinkgreve R.B.J., Broere W., Abingdon E.A. PLAXIS 3D Foundation. Balkema, 2004. Vol. 1.