CC BY
47Подземное строительство
------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Научно-технический и производственный журнал
УДК 624.153.524
А.Г. ШАШКИН, д-р геол.-минер. наук, ([email protected]), К.Г. ШАШКИН, канд. техн. наук
ООО «ПИ «Геореконструкция» (190005, Санкт-Петербург, Измайловский просп., 4)
Расчеты взаимодействия высотного здания и основания с учетом нелинейных свойств конструкционных материалов и грунтов
Расчеты взаимодействия здания и основания являются основополагающими для принятия проектных решений о конструкции любого строения, даже здания рядовой застройки. Значимость совместных расчетов многократно возрастает при проектировании уникальных сооружений, опыт возведения которых в инженерно-геологических условиях данной территории отсутствует. Особый интерес представляют расчеты высотного здания на нескальном основании, в которых возникает необходимость оценки деформаций основания под действием непривычно высоких нагрузок с учетом нелинейных свойств конструкционных материалов и грунтов.
Ключевые слова: высотное здание, подземное сооружение, взаимодействие основания и сооружения, нелинейные и реологические свойства.
A.G. SHASHKIN, Doctor of Sciences (Geology and Mineralogy) ([email protected]), KG. SHASHKIN, Candidate of Sciences (Engineering), ООО «Project Institute «Georeconstruction» (4, Izmaylovsky Avenue, 190005, Saint Petersburg, Russian Federation)
Soil-Structure Interaction Calculations for the High-Rise Building Taking into Account Non-Linearity
of Structural Materials and Soils
Soil-structure interaction calculations are crucial for making design decisions on construction of a structure even of a usual building. Importance of SSI calculations considerably increases at design of unique structures while there is no practice of their construction in geotechnical conditions of a given area. Calculations of a high-rise building based on soils pose special interest as we face necessity to evaluate deformations of soils under unusually high loads with account of nonlinear properties of structural materials and soils.
Keywords: high-rise building, underground structure, soil-structure interaction, non-linear and reological properties.
Необходимость учета взаимодействия здания и основания при расчете напряженно-деформированного состояния конструкций сегодня не вызывает особых сомнений. Более того, необходимость расчетов конструкций во взаимодействии между собой и с грунтами основания является требованием основополагающего в области строительного проектирования Федерального закона № 384-Ф3 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». Закон требует при этом учитывать нелинейные и реологические свойства конструкционных материалов и грунтов. Проектировщикам и изыскателям остается только исполнять закон и выполнять нелинейные совместные расчеты здания и основания.
Исследования [1-3] показывают, что взаимодействие сооружения и основания определяет характер распределения напряжений в конструкциях (особенно в нижней части зданий и сооружений). Это обстоятельство не является неожиданным. Еще в 1970-х гг. требования о необходимости учета взаимодействия основания и сооружений заложены в системе нормативных документов на территории бывшего СССР. Данные требования были достаточно прогрессивными, однако на практике ограничивались уровнем развития вычислительных и программных средств того времени. Бурное развитие вычислительной техники привело к появлению возможности учитывать взаимодействие основания и конструкций сооружений в практике проектирования не только уникальных, но и рядовых объектов.
No doubt, today there is a need to take into account soil-structure interaction when computing strain-stress behavior of structures. Moreover, the need to calculate structures interacting with each other and with soils is the requirement of the Federal Law 384 "Technical regulations regarding safety of buildings and structures" which is fundamental in the field of constructional design. The law requires taking into account non-linear and reological properties of structural materials and soils. Engineers and designers have only to stick to the law and to make soil-structure interaction calculations.
Researches [1-3] show that soil-structure interaction defines characteristics of stress distribution in structures (especially in the lower part of buildings and structures). This fact is quite anticipated. Even in 1970-s the requirements to take into account soil-structure interaction were imposed in the system of regulatory documents in the territory of the former USSR. These requirements were rather progressive, however, in practice they were restricted by the level of development of calculation machines and software. Recent rapid development of computing technologies has allowed taking into account soil-structure interaction in design practice not only of unique buildings but also of the usual ones.
Nevertheless, until now there is inertia of separate consideration of soils and structures both in the post-Soviet area and abroad. It is partly explained by labor division of structural engineers and geotechnical engineers. In most of cases existing software for calculations using finite element method follow this labor division and they mainly specialize in calculation of soils or calculation of buildings
Научно-технический и производственный журнал
Тем не менее инерция раздельного рассмотрения оснований и зданий до сих пор сохраняется как на постсоветском пространстве, так и за рубежом. Отчасти этому способствует разделение труда между специалистами по надземным конструкциям и по геотехнике (основаниям и фундаментам). Существующие программные продукты для расчетов методом конечных элементов также в большинстве своем следуют этому разделению труда и специализируются либо преимущественно на расчете оснований, либо главным образом на расчете конструкций зданий и сооружений с упрощенным учетом работы основания. В связи с этим представляет интерес накопленный опыт совместных расчетов в программном комплексе FEM models [4], специально разработанном для решения задач взаимодействия зданий и сооружений.
Поскольку грунт является существенно нелинейной средой, моделирование его работы должно осуществляться с помощью нелинейных моделей. Только в определенных диапазонах напряжений нелинейные зависимости могут быть приближенно заменены линейными (данное допущение лежит, например, в основе расчета деформаций основания методом послойного суммирования, базирующегося на соотношениях теории упругости). Сравнение наблюдаемых (по результатам многолетних наблюдений) и расчетных осадок показывает, что упрощение нелинейной работы грунта приводит к достаточно низкой точности прогноза деформаций [5].
Можно утверждать, что по результатам длительных наблюдений за осадками зданий на водонасыщенных глинистых грунтах само понятие конечной осадки несколько утрачивает смысл. По имеющимся данным многолетних наблюдений, кривые осадок во времени имеют логарифмический характер, т. е. осадки медленно затухают, но не имеют явно выраженной асимптоты. Совершенно очевидно, что при расчете осадок следует учитывать их развитие во времени.
При использовании упрощенных линейных моделей работы грунта расчетные осадки зданий на водонасыщенных глинистых грунтах оказываются заниженными на величину порядка 30% по сравнению с данными наблюдений за зданиями в пределах 5-10 лет. При рассмотрении выборки зданий с наблюдениями в течение 20-70 лет различие с расчетом еще больше увеличивается, накопленные за это время осадки превышают расчетные уже более чем в два раза. При этом различные возможные корректировки упрощенной расчетной методики не позволяют заметно улучшить качество прогноза деформаций.
Для существенного улучшения прогноза деформаций, как показывают исследования [5], необходимо использовать нелинейные модели работы грунта, описывающие его нелинейную реакцию как при объемном сжатии, так и при сдвиге, получаемую в трехосных испытаниях. Подобные модели называются упрочняющимися с двойным упрочнением (double hardening). Примером таких моделей являются Hardening Soil Model [6], получившая широкую известность благодаря программе Plaxis, или вязкоупругопластическая модель [7], заложенная в программу FEM models. В последней модели учтено также вязкопластическое развитие деформаций сдвига во времени, что позволяет более четко поставить вопрос сопоставления наблюдаемых и расчетных осадок на каждый момент времени. Исследования показывают, что на рассмотренной выборке зданий качество прогноза существенно улучшается [5].
and structures simplifying soil behavior. Therefore, the accumulated experience of SSI calculations in the software FEM models [4] which was especially developed to solve problems of soil-structure interaction is of special interest.
As soil is mainly non-linear environment simulation of its behavior should be made using non-linear models. Non-linear dependencies can be replaced by the linear ones only in certain ranges (for example, this assumption constitutes the basis for calculations of soil deformations using the method of layerwise summation based on ratios of the theory of elasticity). Calculation of observed (according to results of perennial observations) and calculated settlements shows that simplification of non-linear soil behavior leads to rather low accuracy of deformation prediction [5].
One can reaffirm that according to long-term monitoring of settlements of buildings resting upon saturated clayey soils the very notion of final settlement somehow does not make sense. According to the existing data of perennial observations curves of settlements in time are logarithmic, i. e. settlements slowly diminish but they do not have a manifested asymptote. It is absolutely clear that calculating settlements one should take into account their development in time.
When using simplified linear models of soil behavior calculated settlements of buildings in saturated clayey soils are underestimated by approximately 30% compared to the data of buildings observations during 5-10 years. Considering a sampling of buildings monitored during 20-70 years calculation-observation discrepancy grows, settlements accumulated in this time period exceed calculated settlements more than twofold. Meanwhile various possible adjustments of the simplified calculation method do not provide significant improving quality of deformation prediction.
According to research [5] in order to provide significant improvement of deformation prediction one should use non-linear models of soil behavior which describe non-linear response both at volumetric compression and at shear obtained during triaxial tests. These models are called hardening models with double hardening. An example is Hardening Soil Model [6] which is well-known due to Plaxis software or visco-elasto-plastic model utilized in FEM models software. The latter also considers visco-plastic development of shear deformations in time that allows posing the issue of comparison of observed and calculated settlements in each time moment. The research shows that as regards the given sampling of buildings the quality of prediction significantly increases [5].
Finally, rigidity of structures is an equally important factor taking into account soil-structure interaction, first and foremost, it concerns reinforced concrete structures (buildings constructed with a steel frame, as a rule, have smaller rigidity; effects of their interaction with soil are less manifested). It is known that reinforced concrete is mainly a non-linear material which rigidity largely depends on cracks in an extended zone. Models with a limit surface such as CoulombMohr or Drucker-Prager surfaces can be applied for simulation of concrete behavior (while model parameters are defined according to values of concrete compressive and tensile strength) [8]. More precise simulation of concrete behavior is possible using models of a tent type [9], however, significant differences occur in complex stress state (for example, while considering behavior of massive RC structures, conducting a detailed analysis of work of joints etc.) For usual structures such as beams and slabs using elasto-plastic models with Coulomb-Mohr or Drucker-Prager criteria provides results which are almost similar to analytical calculations of strengths and deformability of sections accepted in design practice.
The account of non-linear behavior of structures can be taken with complete simulation of concrete volume with corresponding loca- 31
Подземное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Наконец, немаловажным фактором при учете взаимодействия основания и конструкций зданий и сооружений является жесткость конструкций, прежде всего железобетонных (здания, выполненные в стальном каркасе, как правило, обладают меньшей жесткостью, для них эффекты взаимодействия с основаниям проявляются в меньшей степени). Как известно, железобетон также является существенно нелинейным материалом, жесткость которого зависит прежде всего от наличия трещин в растянутой зоне. Для моделирования работы бетона могут применяться модели с предельной поверхностью, подобной поверхности Кулона-Мора или Друкера-Прагера (при этом параметры моделей определяются по значениям прочности бетона на сжатие и растяжение) [8]. Более точное моделирование работы бетона возможно с применением моделей шатрового типа [9], однако существенные различия проявляются в сложном напряженном состоянии, например при рассмотрении работы массивных железобетонных конструкций, при детальном анализе работы узлов и т. п. Для обычных конструкций типа балок и плит применение упругопластических моделей с критериями Кулона-Мора или Друкера-Прагера дает результаты, практически совпадающие с аналитическими расчетами прочности и деформативности сечений, принятыми в практике проектирования.
Учет нелинейной работы конструкций может выполняться с полным моделированием объема бетона с соответствующим расположением арматуры. В этом случае для генерации адекватных конечно-элементных сеток используется прием объединения перемещений бетона и арматуры через контакт-элементы (в противном случае даже простейшая балка с армированием требует крайне громоздкой и непрактичной сетки конечных элементов).
Для моделирования сложных конструкций зданий и сооружений могут применяться нелинейные стержневые и пластинчатые элементы, жесткость которых определяется интегрированием нормальных напряжений по сечению бетона и по арматурным стержням. Данные элементы позволяют также получить точное совпадение с аналитическими расчетами прочности и жесткости нормальных сечений, однако не позволяют адекватно учесть нелинейное поведение при развитии наклонных трещин в железобетоне. В результате применение таких элементов вполне естественно ограничивается сравнительно тонкими изгибаемыми элементами, для которых развитие нормальных трещин имеет преобладающее влияние на величину деформаций.
В практике расчетов железобетонных конструкций также широко распространен прием приближенного учета нелинейной работы железобетона с помощью линейной модели с пониженным модулем деформации, при этом (даже при одинаковом классе бетона) принимаются различные значения приведенного модуля для преимущественно сжатых (колонны) и изогнутых (балки, плиты) элементов конструкции. Иными словами, существенное различие вводится между элементами с отсутствием или наличием нормальных трещин в бетоне. Такой подход вполне оправдан, поскольку нелинейная работа железобетона после возникновения первых трещин может быть относительно точно описана линеаризованной зависимостью.
Кроме расчетно-теоретических следствий учета взаимодействия основания и конструкций зданий и сооружений в практике проектирования проявляются также организующие эффекты применения одного расчетного аппарата для
tion of reinforcement. In this case the procedure of uniting concrete and reinforcement movements via contact-elements is used to generate adequate finite element grids (otherwise, even a simplest reinforced beam requires a bulky and unpractical grid of finite elements).
Non-linear rod and plate elements which rigidity is defined by integrating normal stresses along concrete section and reinforcement rods can be applied to simulate complex structures. These elements provide accurate coincidence with analytical calculations of strength and rigidity of normal sections; however they do not provide adequate account of non-linear behavior at development of tilting cracks in reinforced concrete. As a result use of these elements is naturally confined to relatively thin bending elements for which development of normal cracks largely influences on deformation values.
The method of approximate calculation of non-linear behavior of reinforced concrete with a help of a linear model with a reduced deformation modulus is also widespread in the practice of calculating RC structures, while (even at the same concrete grade) different values of the given modulus are taken for mainly compressed (columns) and bent (beams, slabs) elements of a structure. In other words a significant distinction is drawn between elements which lack or have normal cracks in concrete. Such an approach is completely justified as non-linear behavior of reinforced concrete after first crack occur can be quite accurately described by a linearized dependency.
Besides calculation-theoretical implications of account of soil-structure interaction in design practice there are also organizing effects of application of the unified calculation machine for aboveg-round, foundation structures as well as soil. According to rather large experience of design of various structures (beginning from usual residential blocks up to complex industrial and civil structures of high level of responsibility) joint work of structural and geotechni-cal engineers within the unified calculation scheme provides more efficient design of structures avoiding the lack of reliability of a structure and excluding unnecessary safety factors.
Let us consider an example of design of an about 400 m high skyscraper which consists of 78 aboveground floors and 3 underground levels, it was planned to be based on more than 200 m bulk of sedimentary deposits.
The skyscraper represented a spiral screwing cone, in plan it was a 50-m-side pentagon consisting of 5 square "petals" connected by a round central core.
Structurally the building followed a core and frame scheme. Its total stability was provided by joint work of the central monolith RC core and 15 metal columns located along the perimeter and united into a joint system by metal beam carcasses, which floor discs rested upon, as well as special outrigger beams at three levels of technical floors.
In this structure the core was the main element providing transfer of vertical and horizontal load components. The diameter of the central RC core reduces with the building height.
The thickness of outside wall of the core made of reinforced concrete (concrete class B80) changed from 2 m in the lower part down to 0.4 m in the upper part of the building. Internal bearing reinforced concrete walls of the core of at least 300 mm thickness ensured additional rigidity of the core structures.
The structural scheme of the building implied considerable concentration of loads applied to soil near the central part - the core.
One of the important principles of constructing a high-rise building on soft soil is installation of a developed underground part which has two functions: 1) load distribution from a high-rise building to a large area; 2) reduction of pressure on soil by a weight value of soil extracted from a volume of an underground part. For an underground part of a high-rise building to be able to fulfill the function of load re-
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Рис. 1. Общий вид расчетной схемы: а — общий вид с основанием; b — фрагмент подземной части с ядром и радиальными диафрагмами Fig. 1. General view of the calculation scheme: а — general view with soil; b — a fragment of the underground area with the core and radial diaphragms
моделирования как надземных, так и фундаментных конструкций и основания. Как показывает богатый опыт проектирования самых различных сооружений (от обычных жилых зданий до сложных промышленных и гражданских сооружений повышенного уровня ответственности), совместная работа инженеров-конструкторов и инженеров-геотехников в рамках одной расчетной схемы позволяет более эффективно проектировать конструкции, исключая как недостаток надежности сооружения, так и ненужные запасы.
Рассмотрим пример проектирования небоскреба высотой около 400 м, состоящего из 78 надземных и 3 подземных этажей, который планировалось возвести на более чем 200-метровой толще осадочных пород.
Небоскреб представлял собой спиралевидно закрученный конус, который в плане имел вид пятиугольника со стороной 50 м, состоящего из пяти «лепестков» квадратной формы, соединенных круглым центральным ядром.
Конструктивно здание было решено по ствольно-каркасной схеме. Его общая устойчивость обеспечивалась совместной работой центрального монолитного железобетонного ядра и 15 металлических колонн по периметру, объединенных в единую систему металлическими балочными клетками, по которым устраивались диски перекрытий, и специальными аутригерными балками в трех уровнях технических этажей.
В данной конструктивной схеме основным элементом, обеспечивающим восприятие вертикальной и горизонтальной составляющих нагрузок, служило ядро. Диаметр центрального железобетонного ядра уменьшается с высотой.
Толщина наружных стен ядра, выполненных из железобетона (класс бетона В80) изменялась от 2 м в нижней части до 0,4 м в верхней части здания. Дополнительную жесткость конструкциям ядра придают внутренние несущие железобетонные стены ядра, имеющие толщину не менее 300 мм.
Конструктивная схема здания предполагала значительное сосредоточение нагрузок на основание вблизи центральной части - ядра.
Одним из важных принципов возведения высотного здания на нескальном основании является устройство развитой подземной части, выполняющей две функции: 1) рас-
distribution it should have the required spatial rigidity. It means that underground spaces should be crossed by radial rigidity diaphragms providing even transfer of forces from the core and exterior columns (connected with outrigger beams in technical storeys of the above ground part) throughout a square of underground area of the building.
One should mention that designing this building experts on soil-structure interaction were involved at the early stage of development of an architectural concept, it resulted in an optimum structural solution for the underground space effectively distributing loads applied to soil. It was envisaged to install 800-mm-thick radial traverse wall at the level of underground floors, they spread loads of the core throughout the underground area of the building. This situation resulted in certain difficulties with placing cars in the underground parking lot; however, it was this decision that defined vitality of the whole construction scheme of the building when it rested upon dispersive (soft) soils.
According to investigation data the geotechnical profile of the site within the drilling depth of 170 m consists of quaternary deposits of various origin and venda bedrock (Upper Proterozoic Kotlin deposits) which roof is located at the depth of about 50 m from the ground level.
Fig. 1 shows the general view of the computation scheme for the problem of soil-structure interaction computation.
The organization suggested to construct barrettes (piles of rectangular section made according to the technology of "slurry wall" protected by bentonite grout) of 105 m depth which rest upon the layer of solid venda clays. This option was selected by designers in order to limit expected settlements by the value of about 10 cm. Limiting the value of absolute settlements the designers tended to restrict differential settlements as well.
According the implemented soil-structure interaction computations maximum value of final settlements was observed in the centre of the loaded part and comprised 6,5 cm (fig. 2). On the edges soil strains do not exceed 5 cm. Therefore, maximum relative difference of settlements is 0,00055 that is largely smaller than the admissible value of differential settlements 0.002. According the soil-structure interaction computations stresses in radial walls do not pose considerable problems for reinforcement of these structures. Certainly it is very important to evaluate tilts while estimating deformations of a high-rise building. The calculations showed that rational construc-
Подземное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
пределения нагрузок от высотного здания на большую площадь; 2) снижения давления на основание на величину веса извлеченного грунта из объема подземной части. Для того чтобы подземная часть высотного здания была в состоянии выполнить функцию перераспределителя нагрузок, она должна обладать необходимой пространственной жесткостью. Это означает, что подземное пространство должны пересекать радиальные диафрагмы жесткости, обеспечивающие равномерную передачу усилий с ядра и наружных колонн (связанных с аутригерными балками в технических этажах в надземной части) по площади подземного объема здания.
Следует отметить, что при проектировании рассматриваемого здания на самом раннем этапе создания архитектурной концепции были привлечены специалисты по взаимодействию здания и основания, что позволило создать конструктивную схему, эффективно распределяющую нагрузки на основание. В уровнях подземных этажей было предусмотрено устройство радиальных стен-траверс толщиной 800 мм, распределяющих нагрузки от ядра по всей площади подземной части здания. Данное обстоятельство привело к определенным сложностям с размещением машин в подземном паркинге, однако именно данное решение определило жизнеспособность всей конструктивной схемы здания в условиях опирания на дисперсные (нескальные) грунты.
Согласно материалам изысканий в инженерно-геологическом строении участка в пределах глубины бурения (170 м) принимают участие четвертичные отложения различного генезиса и коренные породы венда (верхнепротерозойские котлинские отложения), кровля которых находится на глубине порядка 50 м от поверхности.
Общий вид расчетной схемы задачи о совместном расчете приведен на рис. 1.
В качестве фундамента высотного здания проектная организация предложила барретты (сваи прямоугольного сечения, выполняемые по технологии «стена в грунте» под защитой бентонитового раствора) с глубиной заложения около 105 м от поверхности, опирающиеся на слой твердых глин венда. Данный вариант выбран проектировщиками из условия ограничения ожидаемых осадок величиной порядка 10 см. Ограничивая величину абсолютных осадок, авторы проекта стремились тем самым ограничить и их неравномерность.
Как показали выполненные нами совместные расчеты высотного здания и его основания, максимальная величина конечных осадок наблюдается в центре загруженной области и составляет 6,5 см (рис. 2). По краям деформации основания не превышают 5 см. Таким образом, максимальная относительная неравномерность осадок составляет 0,00055, что значительно меньше допустимой неравномерности осадок 0,002. По результатам совместных расчетов напряжения в радиальных стенах не составляли существенных проблем с армированием данных конструкций. Конечно же, при оценке деформаций высотного здания особенно важно оценивать возможные крены. Расчеты показали, что рациональное устройство подземной части здания позволяет исключить возникновение опасных кренов практически при любой возможной в данных инженерно-геологических условиях пространственной неоднородности основания.
Изолинии вертикальных напряжений в барреттах приведены на рис. 3. В центральной зоне вблизи ядра вели-
Рис. 2. Эпюры распределения вертикальных перемещений (м) грунтового массива в основании проектируемого здания с учетом нелинейного характера работы грунтового основания по вязкопла-стической модели
Fig. 2. Contours of distribution of vertical displacements (m) in the soil bulk under the designed building with account of non-linearity of soil according to the visco-plastic model
tion of the underground area of the building allows excluding occurrence of dangerous tilts almost at any special heterogeneity of soil which is possible in the given geotechnical conditions.
Contours of vertical displacements of separate barrettes are shown in fig. 3. In the central area near the core the values of normative load on barrettes do not exceed 1310 kH. Barrettes under external walls of the core appear to be more loaded, maximum loads are about 2400 kH. The values of normative load on barrettes under radial traverse walls do not exceed 1500 kH. The edge rows of barrettes are the most loaded that is linked to special nature of soil behavior and rigidity of radial traverse walls distributing pressure from the core and external columns throughout the area of the underground structure. The maximum value of normative load does not exceed 3700 kH.
Calculation analysis of the high-rise building- subsoil interaction allowed to find out that the limitation of settlements by the value of about 10 cm which constituted the basis of structural solution of foundations is extremely restrictive. Relative difference of settlements has apppeared to be four times as low as the value which structural designers found admissible for the designed building. Soil-structure interaction calculations showed that to provide long-term mechanical safety of the high-rise building it was sufficient to install barrettes to the depth of about 65-70 m, using which the skyscraper would settle to maximum 15 cm, the value of differential settlements would reach up to 0.002. The experience of the given calculations of the high-rise building and soil has served the purpose when making
Научно-технический и производственный журнал
чины нормативных нагрузок на барретты не превышают 1310 кН. Барретты под наружными стенами ядра оказываются более нагруженными, максимальные нагрузки составляют порядка 2400 кН. Величины максимальных нормативных нагрузок на барретты под радиальными стенами-траверсами не превышают 1500 кН. Крайние же ряды барретт оказываются наиболее нагруженными, что связано с пространственным характером работы грунтового основания и жесткостью радиальных стен-траверс, распределяющих давление от ядра и наружных колонн по площади подземного сооружения. Максимальная величина нормативной нагрузки на крайние барретты не превышает 3700 кН.
Расчетный анализ совместной работы высотного здания и основания позволил выявить, что заложенное в основу конструктивного решения фундаментов ограничение осадки величиной порядка 10 см является избыточно строгим. Относительная неравномерность осадок оказалась вчетверо ниже того значения, которое проектировщики наземных конструкций приняли допустимым для проектируемого здания. Совместные расчеты показали, что для обеспечения длительной механической безопасности высотного здания достаточно выполнить барретты глубиной порядка 65-70 м, на которых небоскреб получит осадку не более 15 см с относительной неравномерностью деформаций до 0,002. Опыт изложенных расчетов взаимодействия высотного здания и нескального основания сослужил свою службу при принятии проектного решения об устройстве подземного объема и свайного основания первого в Санкт-Петербурге небоскреба.
Список литературы
1. Улицкий В.М., Шашкин А.Г., Шашкин К.Г. Взаимодействие зданий и оснований // Геотехника. 2009. № 1. С. 6-19.
2. Шашкин В.А. Эффекты концентрации напряжений в конструкциях здания при взаимодействии с основанием // Жилищное строительство. 2012. № 9. С. 9-14.
3. Шашкин В.А. Эффекты взаимодействия оснований и сооружений // Развитие городов и геотехническое строительство. 2012. № 14. С. 141-167.
4. Улицкий В.М., Шашкин А.Г., Шашкин К.Г., Парамонов В.Н. Программная система для создания моделей и решения задач строительства и реконструкции с помощью МКЭ «FEM models» // Реконструкция городов и геотехническое строительство. 2000. № 2. С. 76-79.
5. Шашкин А.Г. Учет деформаций формоизменения при расчете оснований зданий и подземных сооружений // Жилищное строительство. 2011. № 7. С. 17-21.
6. Schanz T., Vermeer P.A., Bonnier P.G. The hardening soil model: formulation and verification // Beyond 2000 in Computional Geotechnics /10 years of PLAXIS. Balkema, Rotterdam. 1999. P. 281-296.
7. Шашкин А.Г. Описание деформационного поведения глинистого грунта с помощью вязкоупруго-пластиче-ской модели // Инженерная геология. 2010. № 4. С. 22-32.
8. Клованич С.Ф., Мироненко И.Н. Метод конечных элементов в механике железобетона. Одесса, 2007. 110 с.
9. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиздат, 1996. 416 с.
«А. ;
Рис. 3. Величины усилий в барреттах (кН) по данным расчета на нелинейном основании по вязкопластической модели Fig. 3. Values of forces in barrette s (kN) according to the calculation of non-linear soil based on the visco-plastic model
a design decision on development of underground space and pile foundation of the first skyscraper in St. Petersburg.
References
1. Ulitskii V.M., Shashkin A.G., Shashkin K.G. Interaction of buildings and bases // Geotekhnika. 2009. № 1, pp. 6-19.
2. Shashkin V.A. Effects of concentration of tension in building designs at interaction with the basis. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2012. No. 9, pp. 9-14. (In Russian).
3. Shashkin V.A. Effects of interaction of the bases and constructions // Razvitie gorodov i geotekhnicheskoe stroitel'stvo. 2012. No. 14, pp. 141-167.
4. Ulitskii V.M., Shashkin A.G., Shashkin K.G., Paramonov V.N. Effects of interaction of the bases and constructions by means of MKE "FEM models". Rekonstruktsiya gorodov i geotekhnicheskoe stroitel'stvo. 2000. No. 2, pp. 76-79.
5. Shashkin A.G. The accounting of deformations of forming at calculation of foundations of buildings and underground constructions. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2011. No. 7, pp. 17-21. (In Russian).
6. Schanz T., Vermeer P.A., Bonnier P.G. The hardening soil model: formulation and verification. Beyond 2000 in Computional Geotechnics.10 years of PLAXIS. Balkema, Rotterdam. 1999, pp. 281-296. (In Russian).
7. Shashkin A.G. The description of deformation behavior of clay soil by means of viscous and elasto-plastic model. Inzhener-naya geologiya. 2010. No. 4, pp. 22-32. (In Russian).
8. Klovanich S.F., Mironenko I.N. Metod konechnykh elementov v mekhanike zhelezobetona [Method of final elements in mechanics of reinforced concrete]. Odessa, 2007. 110 p. (In Russian).
9. Karpenko N.I. Obshchie modeli mekhaniki zhelezobetona [General models of mechanics of reinforced concrete]. Moscow: Stroiizdat, 1996. 416 p. (In Russian).
