Расчет взаимодействия плитного фундамента с грунтовым основанием с учетом жесткости верхнего строения Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

РАСЧЕТ ВЗАИМОДЕИСТВИЯ ПЛИТНОГО ФУНДАМЕНТА С ГРУНТОВЫМ ОСНОВАНИЕМ С УЧЕТОМ ЖЕСТКОСТИ ВЕРХНЕГО

СТРОЕНИЯ

В. В. Орехов Ю. К. Зарецкий М. И. Кельман

Согласно нормативным документам при проектировании зданий и сооружений расчетные исследования грунтовых оснований должны выполняться в рамках единой расчетной системы «сооружение-основание» с учетом наиболее существенных факторов, определяющих напряженно-деформированное состояние основания и конструкций сооружения.

Однако, ввиду сложности корректного совместного расчета всей системы, расчет грунтового основания при взаимодействии с фундаментом осуществляется, как правило, без учета реальной жесткости самого здания. При использовании в качестве фундамента единой монолитной железобетонной плиты, расположенной под зданием или комплексом зданий, такая расчетная схема может привести к существенным погрешностям в расчетах осадки, прогиба и крена фундамента.

При использовании для расчетов грунтовых оснований геотехнических вычислительных программ, реализующих метод конечных элементов, эффективным приемом для учета жесткости зданий является добавление в расчетную модель грунтового основания суперэлемента, в который "сворачивается" подробная конечно-элементная модель здания, созданная для расчета его прочности в специализированной вычислительной программе.

Использование такого приема позволяет существенно снизить размерность матрицы разрешающих уравнений метода конечных элементов для системы «сооружение-основание» и использовать при моделировании здания специальные конечные элементы (балочные, плитные и т.д.) которые отсутствуют в геотехнических программах.

В качестве иллюстрации данного метода рассмотрим результаты расчетных исследований напряженно-деформированного состояния грунтового основания при строительстве многофункционального комплекса (МК), состоящего из нескольких зданий (рис. 1), возводимых на единой монолитной плите толщиной 1,0 м и размерами в плане ~170,0 х 80,0 м.

Рис. 1. Конечно элементная модель многофункционального комплекса

Расчетные исследования выполнялись по вычислительной программе «Земля» [1] с учетом поэтапности работ (природное НДС, разработка котлована, устройство фундаментной плиты, возведение зданий). Для описания поведения грунтов основания в расчетах использовалась математическая модель Ю. К. Зарецкого [2], сформулированная в рамках теории пластического течения с упрочнением, параметры которой определись при стандартных стабилометрических испытаниях образцов грунтов.

В расчетную модель вошла часть грунтового основания размерами в плане 300x200 м от подошвы фундамента до известняков, в которой были выделены основные инженерно-геологические элементы, и монолитная железобетонная плита (рис. 2).

фундаментная плита

Рис. 2. Расчетная область грунтового основания

Учет жесткости и нагрузок от возводимых на фундаментной плите зданий МК осуществлялся на основе включения в расчетную модель суперэлемента, созданного в программе Л№У8 для верхнего строения МК. Суперэлемент состоит из 445 узловых точек, расположенных в местах примыкания колонн верхнего строения к фундаментной плите.

Результаты выполненных расчетов показали, что поскольку уровень дополнительной нагрузки на основание под фундаментной плитой от веса зданий МК соответствует уровню вертикальных природных напряжений на отметке подошвы фундамента, то развитие пластических деформаций в основании происходит только под наиболее нагруженной частью фундамента. Максимальная осадка фундамента при этом составляет 0,037 м, а минимальная - 0,006 м (рис. 3 а).

В тоже время, расчеты, выполненные без учета жесткости здания, прогнозирую большую величину максимальной осадки края фундамента - 0,056 м и больший прогиб фундаментной плиты (рис. 3б).

Таким образом, учет реальной жесткости зданий позволяет в расчетных прогнозах снизить максимальную величину осадки фундаментной плиты, уменьшить ее прогиб, что, в свою очередь, приводит к уменьшению расчетных усилий, возникающих в фундаментной плите, и, как следствие этого, уменьшению необходимого процента ее армирования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Орехов В. В. Комплекс вычислительных программ «Земля-89». - Межвузовский сборник «Исследования и разработки по компьютерному проектированию фундаментов и оснований». - Новочеркасск. - 1990 г.

2. Зарецкий Ю. К. Вязко-пластичность грунтов и расчеты сооружений. - М.: Стройиздат. - 1988 г.

Рис. 3. Распределение вертикальных перемещений фундаментной плиты (м)

а) с учетом жесткости верхнего строения;

б) без учета жесткости верхнего строения