Державний комітет будівництва, архітектури та житлової політики України

ДЕРЖАВНИЙ науково – дослідний інститут

будівельних конструкцій

(ндібк)

Кошелєва Ніна Миколаївна

УДК 624.042.12: 624.012.44 + 624.15.151.5

вплив фундаментно-підвальної частини на роботу

безкаркасних будинків на деформівній основі

(на прикладі монолітного будинку)

05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі та споруди

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Державному науково-дослідному інституті будівельних конструкцій (НДІБК) Державного комітету будівництва, архітектури та житлової політики України.

Науковий керівник доктор технічних наук, професор

Клєпіков Сергій Миколайович,

Державний науково-дослідний інститут будівельних

конструкцій (НДІБК), завідувач відділом “Досліджень

конструкцій будинків та споруд у складних інженерно-

геологічних умовах”, м. Київ.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Дехтяр Анатолій Соломонович,

Український транспортний університет,

м. Київ;

кандидат технічних наук,

старший науковий співробітник

Трегуб Анатолій Степанович,

завідувач відділом Запорізького відділення Державного

науково-дослідного інституту будівельних конструкцій,

м. Запоріжжя.

Провідна установа Державний технічний університет

ім. Ю. Кондратюка, м. Полтава.

Захист відбудеться “25” червня 2002 р. о 16 годині на засіданні Спеціалізованої вченої ради К 26.833.01 в Державному науково-дослідному інституті будівельних конструкцій за адресою: 03680, м. Київ-37, вул. І. Клименка, 5/2.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного науково-дослідного інституту будівельних конструкцій за адресою: 03680, м. Київ-37, вул. І. Клименка, 5/2.

Автореферат розіслано “22” травня 2002 р.

Вчений секретар

Спеціалізованої вченої ради,

к.т.н., с.н.с. Слюсаренко Ю.С.

1

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У 90–і роки розвивається монолітне домобудування з відсіками будинків довільної конфігурації у плані, із переривчастими стінами, що поліпшує їх архітектурно-планувальну виразливість. Актуальність теми визначається значними об'ємами та подальшим розвитком застосування при будівництві безкаркасних будинків із монолітного залізобетону в складних інженерно-геологічних умовах. При будівництві таких будинків вирішальне значення набуває міцність і жорсткість будинку, зокрема співвідношення жорсткістних властивостей фундаментно-підвальної частини (ФПЧ) і наземної будови.

Практика проектування та експлуатації таких будинків підтвердила, що чинник жорсткості ФПЧ відіграє істотну роль у забезпеченні надійності в умовах просідаючих ґрунтів і підроблюваних територій. Конструювання й розрахунок ФПЧ із повним сприйняттям нею усіх зусиль від деформацій основи не запобігає появі значних тріщин, пошкоджень і навіть руйнувань у наземних конструкціях будинку. Але дотепер кількісний вплив зазначеного чинника на роботу будинку в цілому вивчено недостатньо, внаслідок чого відомі випадки, коли під впливом нерівномірних деформацій основи в конструкціях наземної частини будинків утворюються тріщини, а міцність ФПЧ при цьому не порушується.

У зв'язку з цим одним із головних завдань є розробка удосконаленої розрахункової системи “безкаркасний будинок – ФПЧ”, що дозволяє враховувати в розрахунках її конструктивні особливості (монолітні конструкції, збільшення висоти чи товщини стін підвалу, уведення додаткових поперечних чи поздовжніх стін у підвалі без обпирання на них стін наземної частини, а також розбіжність по вертикалі прорізів у стінах підвалу і наземної будови), варіанти рішень наземних конструкцій будинку (монолітність, особливості обпирання перекриттів і т.п.). Не менш важливою задачею є врахування впливу конструктивних особливостей ФПЧ будинку на напружений стан несучих конструкцій наземної будови.

Виходячи з вище наведеного – тема дисертаційної роботи є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дана робота виконувалась у відділі основ та фундаментів будівель та споруд в звичайних і складних інженерно-геологічних умовах Державного науково-дослідного інституту будівельних конструкцій в складі завдань: програми та договорів. Науково-технічна програма “Безпека будівництва та інженерний захист територій населених пунктів, об'єктів, населення у районах з складними інженерно-геологічними умовами” (затверджена наказом Міністерства України у справах будівництва та архітектури від 28 липня 1993 р. у м. Києві, № 130). Автор проводив дослідження по згаданій програмі. Дог. № 694 (РК № 0194U0006341) "Розробити метод статичного розрахунку великопанельних і великоблочних будинків по допустимим деформаціям конструкцій з врахуванням ширини розкриття тріщин" у 1993-1994 р.; дог. № 26 “Вивчення технічного стану основи і конструкцій головного корпусу ПРБ Коростишівського РЕС в м. Коростишів та розробка рекомендацій по його подальшій безаварійній експлуатації”; дог. № 316 “Розробка рекомендацій по забезпеченню експлуатаційної придатності будинку школи № 57 у м. Києві на основі вивчення технічного стану його конструкцій, властивостей ґрунтової основи,

2

інструментальних й розрахунково-теоретичних досліджень”; дог. № 455 “Провести обстеження, виконати оцінку технічного стану конструкцій 16-поверхового жилого будинку по вул. Мельникова, 7 у м. Києві та підготувати висновок з рекомендаціями по забезпеченню його нормальної експлуатації”, які виконувались у 1999-2000 р. Автор безпосередньо брав участь у виконанні зазначених науково-дослідних робіт як співвиконавець.

Мета й задачі дослідження. Метою дослідження є виявлення впливу варіантів різних конструктивних рішень ФПЧ, що використовуються при будівництві в складних інженерно-геологічних умовах, на напружений стан конструкцій монолітних безкаркасних багатоповерхових будинків та розробка рекомендацій по їх раціональному застосуванню.

Для досягнення зазначеної мети необхідно вирішити такі задачі:

- розробити схему апроксимації конструкцій монолітних безкаркасних будинків для наступних їх розрахунків на деформівній основі в умовах підроблюваних територій та ґрунтів, що просідають від власної ваги;

- розробити методику визначення величин жорсткісних характеристик елементів рамної розрахункової схеми для розрахунку монолітних безкаркасних будинків з врахуванням деформації зсуву, особливостей конструктивного рішення ФПЧ та наземної будови, а також з врахуванням роботи перекриттів;

- розробити алгоритм розрахунку монолітних безкаркасних будинків як системи "наземна будова-ФПЧ-деформована основа" із застосуванням запропонованої схеми апроксимації;

- скласти алгоритм для розрахунку міцності надфундаментної стіни монолітного безкаркасного будинку як системи "стіна – фундамент – деформована основа" з врахуванням впливу на неї повороту фундаменту;

- оцінити достовірність результатів розрахунків напружено-деформованого стану (НДС) конструкцій монолітного безкаркасного будинку (при трьох варіантах жорсткісних характеристик), отриманого за трьома розрахунковими схемами: двома схемами рамної аналогії (з врахуванням і без врахування деформації зсуву) та пластинчастої апроксимації;

- виконати чисельні дослідження впливу різних варіантів конструктивних рішень ФПЧ на напружений стан конструкцій наземної будови монолітного безкаркасного багатоповерхового будинку та дати рекомендації з їх раціонального застосування при деформаціях основи.

Об'єкт дослідження – монолітний безкаркасний багатоповерховий будинок.

Предмет дослідження – зусилля в елементах будинку при різних варіантах конструктивних рішень ФПЧ.

Методи дослідження – чисельні дослідження впливу ФПЧ на роботу конструкцій безкаркасних будинків, зведених на деформівній основі, виконані з використанням персонального ком'ютера і програмного комплексу.

Наукова новизна отриманих результатів:

- розроблено методику визначення величин жорсткісних характеристик елементів рамної розрахункової схеми з врахуванням деформації зсуву, особливостей конструктивного рішення ФПЧ та наземної будови, а також з врахуванням роботи

3

перекриттів для розрахунку монолітних безкаркасних будинків. Методика реалізована в програмі Excel;

- розроблено алгоритм та програму для розрахунку міцності надфундаментної стіни монолітного безкаркасного будинку як системи "стіна-фундамент-деформована основа" з врахуванням впливу на неї повороту фундаменту;

- виконані чисельні дослідження впливу різних варіантів конструктивних рішень ФПЧ на напружений стан конструкцій монолітного безкаркасного багатоповерхового будинку.

Практичне значення отриманих результатів:

- розроблена практична методика, що реалізована в програмі Exсel, по визначенню жорсткісних характеристик конструкцій монолітних безкаркасних будинків для їх розрахунків на основі рамних розрахункових схем з врахуванням деформації зсуву, особливостей конструктивного рішення ФПЧ і наземної будови, а також врахуванням роботи перекриттів;

- розроблено алгоритм та програму для розрахунку міцності надфундаментної стіни монолітних безкаркасних будинків із врахуванням впливу на неї повороту фундаменту;

- отримані результати чисельних досліджень впливу на напружений стан конструкцій монолітного безкаркасного багатоповерхового будинку з різними варіантами конструктивних рішень ФПЧ.

Значення для науки: розроблена практична методика, що реалізована в програмі Exсel, по визначенню жорсткісних характеристик конструкцій монолітних безкаркасних будинків для їх розрахунків на основі рамних розрахункових схем. Методика дає можливість враховувати деформації зсуву, особливості конструктивного рішення ФПЧ і наземної будови, роботу перекриттів. За допомогою такої методики можна оцінювати другі методики. З методикою можна рівняти натурні або модельні експерименти. У подальшому слід розвити чисельні дослідження у напрямку розрахунків з врахуванням нелінійності матеріалу конструкцій та ґрунтової основи, інших конструктивних систем, при розробці елементів посилення для реконструкції будинків, оцінки НДС при подальшій експлуатації будинків.

Вірогідність результатів розрахунків визначається достатньою збіжністю значень вертикальних переміщень та відповідністю характеру розподілу (по висоті) значень зусиль у конструкціях монолітного безкаркасного будинку (при трьох варіантах жорсткісних характеристик), отриманих за трьома розрахунковими схемами: двома схемами рамної аналогії (з врахуванням і без врахування деформації зсуву) та пластинчастою апроксимацією.

Особливий внесок здобувача. Дисертантом складені: методика визначення величин жорсткісних характеристик конструкцій для розрахунку монолітних безкаркасних будинків по рамній розрахунковій схемі з врахуванням деформації зсуву, особливостей конструктивного рішення ФПЧ та наземної будови, а також з врахуванням роботи перекриттів (ця методика реалізована в програмі Excel), а також програма для розрахунку міцності надфундаментної стіни монолітного безкаркасного будинку як системи "стіна – фундамент – деформована основа" з врахуванням впливу на неї повороту фундаменту. Проведено порівняння НДС конструкцій мо-

4

нолітного безкаркасного будинку (при трьох варіантах жорсткісних характеристик), отриманого за трьома розрахунковими схемами: двома схемами рамної аналогії (з врахуванням і без врахування деформації зсуву) та пластинчастої апроксимації.

Дисертантом отримані результати чисельних досліджень впливу різних варіантів конструктивних рішень ФПЧ на напружений стан наземних конструкцій, у тому числі: висоти й розташування стін у ФПЧ, взаємного розташування (по вертикалі) осей дверних прорізів у внутрішній стіні ФПЧ і наземній частині будинку, ширини підошви стрічкових і плитних фундаментів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень, представлених у дисертаційній роботі, доповідалися на:

- Третій Українській науково-технічній конференції “Механіка ґрунтів і фундаментобудуванню” 17-19 вересня 1997 р., Одеса, Україна;

- Четвертій Українській науково-технічній конференції “Механіка ґрунтів та фундаментобудуванню” 14-16 листопада 2000 р., Київ, НДІБК;

- Всеукраїнській науково-технічній конференції “Реконструкція будівель і споруд. Досвід та проблеми” 11-14 червня 2001 р., Київ, НДІБК.

Публікації. За темою дисертації опубліковано п'ять робіт, що відображають основні положення виконаних досліджень. В тому числі, у 2 спільних роботах здобувачем розроблена методика визначення величин жорсткісних характеристик конструкцій ФПЧ та наземної частини будинку з врахуванням деформації зсуву стосовно до розрахункової рамної схеми.

Обсяг і структура дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів і загальних висновків, списку використаних джерел і додатків. Загальний обсяг 192 с., з них 139 с. основного тексту, 57 мал., 20 таблиці, 120 найменувань використаних джерел і 5 додатків на 31 с.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність роботи, сформульована її мета і поставлені задачі для її досягнення, визначені наукова новизна роботи, її практична цінність і основні положення, що виносяться на захист.

У першому розділі приведений аналіз конструктивних систем безкаркасних будинків і їх ФПЧ, що застосовуються у будівництві в складних інженерно-геологічних умовах, розглянуті методи оцінки НДС будинку при впливі на нього нерівномірних деформацій основи. Це питання гостро постає під час проведення проектних розробок багатоповерхових монолітних безкаркасних будинків.

Конструктивними системами безкаркасних будинків і їх ФПЧ, які застосовуються у будівництві у складних інженерно-геологічних умовах, займалися багато вчених: Сергєєв Д.Д., Лішак В.І., Маклакова Т.Г., Юшин О.І., Муллєр Р.А., Григор'єв Г.М., Клєпіков С.М., Кісіль А.І., Шевельов В.Б., Метелюк М.С., Вронський А.В., Єфремов М.Г., Крутов В.І., Коновалов П.А., Трегуб А.С., Шокарев В.С. та ін.

5

Існує ряд засобів установлення (оцінки) нДс будинку, у тому числі за допомогою візуального й візуально-інструментального методів і на основі результатів розрахунків.

Значний внесок у розробку й удосконалювання розрахункових схем, методів розрахунку й вибору конструктивних рішень будинків, що проектуються з врахуванням впливу нерівномірних деформацій основи, вніс Клєпіков С.М.

Розробками методів розрахунку конструкцій будинків в складних інженерно-геологічних умовах займалися Петраков О.О., Кісіль А.І., Косіцин Б.О., Юшин О.І., Муллєр Р.А., Лішак В.І., Шевельов В.Б., Сергєєв Д.Д., Диховичний О.О., Вронський А.В., Вайнберг А.С., Міхєєв В.В., Матвєєв І.В., Розенфельд І.О., Дроздов П.Ф., Олександров А.В., Печенов О.М., Ковальський А.П., Армановський Л.І., Бутенко Ю.І., Кан С.Н., Вахненко П.Ф., Подольський Д.М., Захаров А.В., Калманок А.С., Фалевич Б.М., Штрігер К.Ф., Шагін П.П., Ягупов Б.А. та ін.

Кожен запропонований розрахунковий метод має свою обмежену область застосування в залежності від прийнятих передумов, допущень і гіпотез, покладених у його основу.

Розрахунками монолітних безкаркасних будинків за схемою балки кінцевої жорсткості з врахуванням ефектів нелінійно-непружного осідання основи й розподілом узагальнених зусиль у вертикальних перерізах безкаркасних будинків займалися Клєпіков С.М., Матвєєв І.В., Кісіль А.І., Бородачова Ф.М. і ін.

В даний час для розрахунку несучих конструкцій будинків і споруд застосовуються спеціалізовані програми (Городецький О.С., нємчинов Ю.І., Деркачов А.А., Манжос А.А., Матвєєв І.В., Кісіль А.І., Кравченко В.І. та ін.).

З огляду на викладене вище слід зазначити, що в даний час методи розрахунку безкаркасних будинків на деформівній основі на базі теорії лінійно-деформованого середовища розроблені досить повно. Спрощені методи розрахунку мають і будуть надалі мати реальне застосування, головним чином, на стадії вибору принципових рішень, ескізного проектування конструктивної системи будинку, його ФПЧ та ін. Однак прагнення до більш повного використання конструктивної системи з метою удосконалення конструктивно-планувальних рішень будинків з врахуванням конструкцій ФПЧ та особливостей деформування ґрунтової основи на стадії ескізного проектування дає імпульс до розробки нових інженерних розрахункових методів, достовірно відображаючих дійсну картину роботи будинку разом з основою.

Другий розділ присвячений розробці методики визначення величин жорсткісних характеристик з врахуванням деформації зсуву, особливостей конструктивного рішення ФПЧ та наземної будови монолітних безкаркасних будинків. Наведено схему апроксимації конструкцій монолітних безкаркасних будинків для їх розрахунків на деформівній основі в умовах подроблюваних територій та просідаючих ґрунтів.

Найбільш достовірні результати розрахунку будинків на деформівній основі досягаються за допомогою методу скінчених елементів (комплексні програми “Міраж”, “LIRA-WINDOWS” і інші).

6

Вважається, що метод скінчених елементів у вигляді просторових пластинчастих елементів у порівнянні з рамною розрахунковою схемою відбиває картину реальної роботи конструкцій будинку при нерівномірних деформаціях його основи більш точно. Але цей метод трудомісткий, потребує значних об'ємів пам'яті персональних комп'ютерів і витрат часу для варіантного проектування з необхідністю вибору раціонального варіанта конструктивного рішення будинку і його ФПЧ і тому є мало ефективним. У зв'язку з цим для оперативного обґрунтування вибору та розрахунку варіантів конструктивних рішень (жорсткісних характеристик й геометричних розмірів ФПЧ будинків при впливі на них нерівномірних деформацій основ) доцільніше використовувати рамну розрахункову схему [2], що відображає реальну картину деформованого стану конструкцій будинку з достатньою точністю.

З цією метою розроблено методику визначення жорсткісних характеристик будинку з врахуванням деформації зсуву. При цьому приймається до уваги, що головною особливістю монолітних будинків, які зводяться на нерівномірно осідаючих основах, є їх висока просторова жорсткість, що обумовлюється спільною роботою їх ФПЧ і наземної будови, із включенням у роботу міжповерхових та горищного перекриттів (при цьому кожна стіна оцінюється з погляду ослаблених прорізами ділянок її конструкцій).

Жорсткісні характеристики вертикальних стержнів визначаються у вигляді осьової жорсткості та жорсткості на згин їхнього горизонтального перетину з врахуванням суцільних ділянок поздовжніх і поперечних стін, а горизонтальних стержнів – як вертикального переріза з врахуванням суцільних ділянок стін і перекриттів, що примикають до них.

Жорсткість на згин j–го вертикального стержня ФПЧ обчислюється як жорсткість горизонтального перетину повздовжньої стіни до прорізів і поперечної стіни без ділянок із розташуванням прорізів із її площини:

, (1)

тут – модуль пружності матеріалу ділянки стіни підвалу, що відноситься до даного вертикального стержня, з врахуванням коефіцієнта jb = jb1 / jb2 (п. 4.24, СНиП 2.03.01-84*); – довжина чи товщина, які відносяться до j–го вертикального стержня; – висота перетину i–ої суцільної ділянки стіни, яка впливає на жорсткістні характеристики j–го вертикального стержня; – відстань від центра тяжіння перетину j–ої стійки підвалу до центра ваги i–ої розглянутої ділянки перетину;

– коефіцієнт, який враховує деформації зсуву:

, (2)

7

де – приведена висота перерізу j–го вертикального стержня підвалу;

– довжина зігнутої ділянки вертикального стержня підвалу.

Осьова жорсткість j–го вертикального стержня підвалу:

. (3)

Визначення осьової жорсткості та жорсткості на згин розташованих вище ФПЧ вертикальних стержнів враховуються аналогічно осьовій жорсткості та жорсткості на згин ФПЧ будинку.

Жорсткість на згин j–го горизонтального стержня конструктивних елементів будинку визначаються як жорсткість вертикальних перерізів суцільних ділянок стіни з врахуванням перекриттів:

. (4)

Момент інерції j–го горизонтального стержня (рис. 1), визначаються як сума першої ділянки перетину ( ) та другої ( ).

Для j–го горизонтального стержня внутрішньої стіни:

, (5)

де – ширина перекриття, що включається в жорсткість j–го горизонтального стержня (Указания по расчету и проектированию каркасных и бескаркасных зданий на просадочных грунтах. – К.: НИИСК Госстроя СССР, 1990.); – товщина перекриття, що відноситься до даної стіни.

, (6)

де , – відповідно товщина та висота внутрішньої стіни, що відносяться до j–го горизонтального стержня.

Коефіцієнт :

8

, (7)

де – приведена висота перетину j–го горизонтального стержня.

Для j–го горизонтального стержня зовнішньої стіни у випадку, коли перекриття розміщене з двох її сторін:

, (8)

. (9)

де , – відповідно товщина та висота зовнішньої стіни, що відноситься до j–го горизонтального стержня.

Для j–го горизонтального стержня зовнішньої стіни у випадку, коли перекриття розміщене з однієї її сторони:

, (10)

Коефіцієнт для j–го горизонтального стержня зовнішньої стіни визначається за формулою (7), виведеною для j–го горизонтального стержня внутрішньої стіни.

Осьова жорсткість горизонтальних стержнів конструктивних елементів будинку визначається як добуток модуля пружності бетону та площі поперечного переріза стіни з врахуванням перекриття.

Жорсткість на згин нижнього j–го горизонтального стержня, що спирається на основу, визначається як жорсткість на згин j–ої ділянки фундаменту, розташованої під j–ою ділянкою стіни.

Для внутрішніх стін момент інерції j–го нижнього горизонтального стержня, стосовно до рис. 2, знаходиться як сума двох ділянок та :

, (11)

, (12)

де , , , – відповідно ширина фундаменту, ширина стіни підвалу, висота перетину надфундаментної стіни, висота перетину фундаменту, що відносяться до j–го нижнього горизонтального стержня; , – відстані від центрів тяжінь перетину j–го нижнього горизонтального стержня до центрів тяжінь першої та другої розглянутих ділянок.

Коефіцієнт , який враховує деформації зсуву, має вигляд:

9

, (13)

де – приведена висота перетину j–го горизонтального стержня фундаменту; – довжина зігнутої ділянки горизонтального стержня фундаменту.

Для j–го горизонтального стержня фундаменту під зовнішньою стіною:

, (14)

де – приведена ширина фундаменту; – ширина зовнішньої стіни.

. (15)

Коефіцієнт для j–го горизонтального стержня зовнішньої стіни визначається за формулою (13), виведеною для j–го горизонтального стержня внутрішньої стіни.

Осьова жорсткість j–го горизонтального стержня фундаменту, що спирається на основу, визначається як добуток модуля деформації та площі поперечного перерізу j–ої ділянки фундаменту, розташованого під j–ою ділянкою стіни.

Таким чином, маємо удосконалену рамну розрахункову схему стосовно до монолітних безкаркасних будинків.

Методика реалізована в програмі Excel.

Запропоновано алгоритм розрахунку монолітних будинків як системи “наземна будова – ФПЧ – деформована основа”, заснований на наведеній вище методиці.

Розроблено алгоритм та програму для розрахунку міцності надфундаментної стіни монолітного безкаркасного будинку як системи "стіна-фундамент-деформована основа" з врахуванням впливу на неї повороту фундаменту.

Виконана оцінка достовірності результатів розрахунку НДС конструкцій монолітного безкаркасного будинку (при трьох варіантах жорсткісних характеристик), отриманого за трьома розрахунковими схемами: двома схемами рамної

10

аналогії (з врахуванням і без врахування деформації зсуву) та пластинчастої апроксимації.

У третьому розділі розв'язується задача дослідження конструктивної системи 9–поверхового будинку із застосуванням наведеної у розділі 2 методики. Будинок запроектований з монолітними несучими зовнішніми та внутрішніми стінами, з обпертими по контуру монолітними перекриттями, що забезпечує його жорсткість і стійкість. Для розв'язання поставленої задачі було проведено розрахунки за допомогою комплексної програми “LIRA-WINDOWS”.

Чисельні дослідження впливу конструктивної системи ФПЧ на напружений стан надфундаментних конструкцій будинку було проведено на 24 розрахунках будинку з різними конструктивними рішеннями ФПЧ на вплив деформацій земної поверхні на підроблюваних територіях та при просіданні від власної ваги ґрунту (ДБН В.1.1-5-2000 Ч. I, Ч. II), рис. 3. З них на деформації на підроблюваних територіях IV групи з R = 12 км: 6 – за схемою прогину і 6 – за схемою вигину. На деформації основи при просіданні від власної ваги ґрунту: 6 розрахунків при розрахунковій довжині ділянки осідання земної поверхні (просіданні від власної ваги ґрунту) більше довжини будинку (r > L) l = 7.5 м, 6 – те ж саме з l = 20.5 м.

Для чисельних досліджень впливу різних варіантів конструктивних рішень монолітної ФПЧ (висоти та розташування стін ФПЧ, впливу розбіжності вертикальних осей дверних прорізів по висоті внутрішніх стін будинку, а також впливу ширини підошви стрічкових та плитних фундаментів) на напружений стан монолітних наземних конструкцій будинку було прийнято вхідні дані, що враховують

Рис. 3. Схеми деформацій будинку та основи11

розглянуті можливі варіанти конструктивної системи ФПЧ монолітного будинку (рис. 4).

Для дослідження впливу висоти стін ФПЧ на напружений стан конструкцій наземної частини було проведено розрахунки монолітного безкаркасного будинку за варіантами 1, 2 і 3 (рис. 4). Розрахункові схеми, що відповідають кожному з варіантів, розрізняються висотою стін ФПЧ будинку (тобто, відповідно, жорсткості на згин).

Було виконано 12 розрахунків будинку в сполученні з різною висотою його ФПЧ і нерівномірними деформаціями основи

Рис. 4. Схеми конструктивної системи наземної частини та варіантів ФПЧ монолітного безкаркасного багатоповерхового будинку

12

Вплив висоти та розташування стін ФПЧ

Різна висота ФПЧ приймалася в такій послідовності: підвал висотою 2 м (варіант 1); підвал висотою 3.6 м (варіант 2); безпідвальне рішення будинку з висотою стін h = 0.8 м (варіант 3).

Результати розрахунків, отримані при різних варіантах ФПЧ будинку, уведені в графіки та таблиці.

Графіки ілюструють якісну картину розподілу значень зусиль у горизонтальних стержнях середньої частини та у краю зовнішньої та внутрішньої стін у залежності від різних варіантів конструктивних рішень ФПЧ будинку і по його висоті при деформаціях основи на підроблюваних територіях IV групи з R = 12 км за схемами вигину і прогину, при просіданні від власної ваги ґрунту (r > L) l = 7.5, l = 20.5 м.

Графіки, що приведені на рис. 5, ілюструють кількісний характер розподілу значень зусиль по висоті середньої частини зовнішньої стіни в залежності від висоти ФПЧ та по висоті будинку (варіанти 1, 2, 3) при деформаціях основи на підроблюваних територіях IV групи з R = 12 км за схемою вигину. На прикладі цих графіків показана кількісна оцінка результатів розрахунків монолітного будинку при деформаціях основи на підроблюваних територіях IV групи з R = 12 км за схемами вигину і прогину, при просіданні від власної ваги ґрунту (r > L) l = 7.5, l = 20.5 м.

Рис.5. Графіки розподілу значень зусиль по висоті

середньої частини зовнішньої стіни будинку:

1- варіант 2; 2 - варіант 1; 3 - варіант 3

Примітка. 2, 4, 6, 8 поверхи – рівні перекриттів над 1, 3, 5, 7 поверхами відповідно.

13

Таблиці зображають відношення значень зусиль варіантів 1, 3, 4, 5, 6 до варіанту 2 у горизонтальних стержнях середньої частини та біля краю зовнішньої та внутрішньої стін у залежності від різних варіантів конструктивних рішень ФПЧ будинку і по його висоті при деформаціях основи на підроблюваних територіях IV групи з R = 12 км за схемами вигину і прогину, при просіданні від власної ваги ґрунту (r > L) l = 7.5 м, l = 20.5 м.

Таблиця 1 показує відношення значень повздовжніх і поперечних сил варіанта 1, 3 до варіанту 2 у горизонтальних стержнях середньої частини зовнішньої стіни у залежності від висоти ФПЧ та по висоті будинку при деформаціях основи на підроблюваних територіях IV групи з R = 12 км за схемою вигину.

Таблиця 1.

Співвідношення значень повздовжніх і поперечних зусиль у розглянутих

варіантах по висоті середньої частини зовнішньої стіни

при деформаціях основи на підроблюваних територіях по схемі вигину

П Повздовжня сила Поперечна сила

о в е р х

2 1,2 1,3 1,2 1,3

3 1,2 1,3 1,1 1,3

4 1,2 1,3 1,1 1,2

5 1,1 1,3 1,1 1,2

6 1,1 1,2 1,1 1,1

7 1,1 1,2 1,0 1,1

8 1,1 1,2 1,0 1,1

9 1,0 1,1 1,0 1,1

Примітка. 1...11 поверхи – рівні перекриттів над ФПЧ, над 1...9 і технічним поверхами відповідно.

На прикладі таблиці 1 показана оцінка результатів розрахунків монолітного будинку при деформаціях основи на підроблюваних територіях IV групи з R = 12 км за схемами вигину і прогину, при просіданні від власної ваги ґрунту (r > L) l = 7.5 м, l = 20.5 м.

Для дослідження розташувань стін ФПЧ було проведено 4 розрахунки за розрахунковою схемою варіанта 4 і використано результати 4 розрахунків варіанта 2.

Вплив взаємного розташування (по вертикалі) осей дверних прорізів

у фундаментно-підвальній частині і наземній будові будинку

Розрахункові схеми, що було розглянуто для врахування й оцінки впливу розбіжності (по вертикалі) осей дверних прорізів у стінах підвалу висотою 3.6 м на напружений стан конструкцій будинку, відповідають варіантам 2 та 6.

14

Було виконано 4 розрахунки за розрахунковою схемою варіанта 6. Для даного порівняння узяті результати 4–х розрахунків варіанта 2, що було отримано для досліджень впливу висоти стін ФПЧ. В 2–му варіанті осі дверних прорізів у стінах підвалу висотою 3.6 м та наземній будові монолітного безкаркасного багатоповерхового будинку співпадають.

Вплив ширини підошви стрічкових та плитних фундаментів

Для дослідження впливу ширини підошви стрічкових та плитних фундаментів на зусилля, що виникають у горизонтальних стержнях наземної будови будинку було проведено розрахунки по вхідним даним варіанту 2, із заміною стрічкових фундаментів фундаментною плитою (варіант 5).

Усього було виконано 4 розрахунки за розрахунковою схемою варіанту 5. Для дослідження впливу ширини підошви стрічкових та плитних фундаментів на напружений стан наземної будови будинку використані результати розрахунків варіанта 2, отримані для чисельного дослідження впливу висоти стін ФПЧ на напружений стан конструкцій.

У четвертому розділі наводяться рекомендації по застосуванню методики і алгоритму для вибору раціональних варіантів ФПЧ, основані на зіставлені напруженого стану елементів наземної будови будинку на деформівній основі.

висновки

1. В дисертаційній роботі розглянуто: існуючі конструктивні системи безкаркасних будинків, які знайшли застосування при зведенні в складних інженерно-геологічних умовах, відібрано як основний – варіант монолітного безкаркасного будинку, який відповідає найбільш сучасним напрямкам у масовому домобудуванні; основні конструктивні системи ФПЧ будинків; різні методи оцінки НДС будинку при впливі нерівномірних деформацій основи.

2. Розроблено схему апроксимації конструктивних систем монолітних безкаркасних багатоповерхових будинків для їх розрахунків на деформівній основі в умовах підроблюваних територій і на просідаючих ґрунтах.

3. Розглянуто розрахункові схеми деформування основи.

4. Розроблено методику визначення значень жорсткісних характеристик конструкцій монолітних безкаркасних будинків на основі рамної розрахункової схеми з врахуванням деформації зсуву, особливостей конструктивного рішення ФПЧ та наземної будови для розрахунку монолітних безкаркасних будинків, а також з врахуванням роботи перекриттів. Методика реалізована в програмі Excel та частково міститься в статтях [3, 4].

5. Розроблено алгоритм та програму для розрахунків міцності надфундаментної стіни монолітного безкаркасного будинку як системи "стіна – фундамент – деформована основа". Ці дослідження частково містяться в статті [1].

6. Виконано оцінку достовірності результатів розрахунку НДС конструкцій монолітного безкаркасного будинку (при трьох варіантах жорсткісних характеристик), отриманих за трьома розрахунковими схемами: двома схемами рамної

15

аналогії (з врахуванням і без врахування деформації зсуву) та пластинчастою апроксимацією.

Аналіз результатів цих розрахунків показав, що для рішення задач перебору можливих варіантів конструктивних рішень ФПЧ при розрахунках монолітних безкаркасних багатоповерхових будинків доцільно використовувати рамну розрахункову схему, що включає запропоновану методику.

Результати виконаного теоретичного аналізу частково містяться в статтях [2, 3].

7. На основі запропонованої методики розроблено алгоритм розрахунку монолітних безкаркасних будинків як системи "наземна будова – ФПЧ – деформована основа".

8. Дослідження виконувались для вивчення впливу різних варіантів конструктивних рішень ФПЧ на розподіл зусиль у конструкціях монолітного безкаркасного багатоповерхового будинку, який проектують для будівництва у найбільш поширених в Україні складних інженерно-геологічних умовах: на просідаючих ґрунтах для умов Середнього та Нижнього Придніпров'я – при Нsl = 22 м и Ssl.g = 0.7 м; на підроблюваних територіях для умов Донецького вугільного басейну – при радіусі 12 км (IV група територій).

Результати таких досліджень частково містяться в статті [5].

9. Розроблено рекомендації по методичній послідовності операцій для вибору раціональних варіантів ФПЧ, заснованих на зіставлені напруженого стану елементів наземної будови монолітного безкаркасного будинку.

10. ??? ?????? ???????? ??????????????? ??????? ???, ? ???????????? ????????? ????????? ? ??? ????????? ??????? ??????, ? ???????? ?? ????????????? ?????????? ?? ???????? 12 ?? ?? ?????? ?????? ? ???? ??????????? ?????????????? ???????? ??????? ??? з висотою підвалу 3.6 м, без уведення додаткової стіни в ФПЧ, зі збігом вертикальних осей дверних прорізів у стіні підвалу і наземній будові, і стрічковими фундаментами. ??? ?????? ???????? ??????????????? ??????? ???, ? ???????????? ????????? ????????? ? ??? ????????? ??????? ??????, ? ???????? ?? ??????????? ??????? ?? ??????????? ??? ??????? ???? ?????? ??? ????????????? ??????? ??????? ???????? ?????? ????????, ?? ??????????? ??????? ???????, ?? ??? ???????? ??? ??????? ??????????? ?? ????????????? ??????? 7.5, 20.5 ? – ??????? ФПЧ з безпідвальним рішенням висотою 0.8 м і стрічковими фундаментами.

11. Запропонований у дисертації методичний підхід до оцінки впливу конструктивних рішень ФПЧ на напружений стан наземних конструкцій монолітних безкаркасних будинків може використовуватись при аналогічних дослідженнях монолітних бескаркасних будинків з іншою архітектурно-планувальною та конструктивною структурою.

12. Встановлено, що різні варіанти жорсткості ФПЧ здійснюють істотний вплив на розподіл внутрішніх зусиль по висоті будинку, при цьому на верхніх поверхах їх вплив виявляється у меншому ступені.

16

13. Показано, що при одній і тієї ж незмінній жорсткості наземної частини зі збільшенням жорсткості ФПЧ розрахункові значення зусиль в конструкціях наземної частини будинку знижуються з одночасним зменшенням в них деформацій. І навпаки, зі зменшенням жорсткості ФПЧ розрахункові значення зусиль в конструкціях наземної частини будинку зростають з одночасним зростанням в них деформацій. При цьому значення зусиль в ФПЧ зростають при збільшенні її жорсткості.

Таким чином, основною задачею проектування являється вибір такого конструктивного рішення ФПЧ за допомогою розроблених у дисертації розрахункових методів, яке забезпечить співвідношення зусиль і деформацій в конструктивних елементах наземної частини будинку, що буде задовольняти умовам міцності та деформаціям.

Перевірка характеру і величин деформацій і переміщень у наземних конструкціях у залежності від жорсткості ФПЧ не входила до задачі даної дисертації і є предметом спеціального дослідження.

У практичних розрахунках конструктивне рішення варіанта ФПЧ повинно прийматися шляхом вибору оптимального співвідношення жорсткості ФПЧ і величин напруженого стану й деформацій у наземних конструкціях будинку, який буде забезпечувати виконання умов міцності та деформацій.

публікації

1. Кошелева Н.Н. К учету совместной работы фундаментов и стен бескаркасных монолитных зданий на просадочных грунтах // Будівельні конструкції. Вип. 52. – К.: НДІБК, 2000.

2. Кошелева Н.Н. Выбор расчетной схемы монолитного здания для последующих расчетов по рамной расчетной схеме // Будівельні конструкції. Вип. 53. Книга1. – К.: НДІБК, 2000.

3. Матвєєв І.В., Кошелєва Н.М. Загальний принцип визначення жорсткісних характеристик елементів монолітних безкаркасних будинків при проектуванні, реконструкції та застосуванні до рамної розрахункової схеми // Будівельні конструкції. Вип. 54. – К.: НДІБК, 2001.

4. Кошелєва Н.М., Матвєєв І.В. Визначення жорсткісних характеристик елементів монолітних безкаркасних будинків при застосуванні до рамної розрахункової схеми // Будівництво України. Вип. 3 – К.: 2001.

5. Кошелєва Н.М. Вплив висоти фундаментно-підвальної частини на зусилля в наземних конструкціях безкаркасного монолітного будинку // Основи і фундаменти. Вип. 26. – К.: КНУБА, 2001.

анотація

Кошелєва Н. М. Вплив фундаментно-підвальної частини на роботу безкаркасних будинків на деформівній основі (на прикладі монолітного будинку). – Рукопис.

17

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі та споруди. – Державний науково-дослідний інститут будівельних конструкцій, Київ, 2002.

Дисертація висвітлює питання якісного та кількісного впливу конструкції фундаментно-підвальної частини (ФПЧ) на напружений стан конструкцій наземної будови монолітних безкаркасних багатоповерхових будинків.

Проведено аналіз конструктивних систем наземної будови та ФПЧ, методів оцінки напружено-деформованого стану (НДС) конструкцій монолітних безкаркасних будинків.

Розроблено: методику визначення величин жорсткісних характеристик з врахуванням деформації зсуву, особливостей конструктивних рішень ФПЧ та конструктивної системи наземної будови монолітних безкаркасних будинків, а також з врахуванням роботи перекриттів; схему апроксимації конструкцій монолітних безкаркасних будинків для їх розрахунків на деформівній основі в умовах подроблюючих територій та просідаючих ґрунтів; алгоритм розрахунку монолітних будинків як системи “наземна будова – ФПЧ – деформована основа”, заснований на наведеній вище методиці; алгоритм розрахунку міцності надфундаментної стіни монолітного безкаркасного будинку як системи "стіна – фундамент – деформована основа" з врахуванням впливу на неї повороту фундаменту.

Виконано оцінку достовірності результатів розрахунку НДС конструкцій монолітного безкаркасного будинку (при трьох варіантах жорсткісних характеристик), отриманих за трьома розрахунковими схемами: двома схемами рамної аналогії (з врахуванням і без врахування деформації зсуву) та пластинчастою апроксимацією.

Наведено результати аналізу розрахунків та рекомендації по методичній послідовності операцій для вибору раціональних варіантів ФПЧ на основі напруженого стану елементів наземної будови будинку на деформівній основі, який включає розроблену методику, складені алгоритм визначення НДС та алгоритм перевірки міцності надфундаментної стіни на додаткове зусилля, що виникає при повороті фундаменту з плоскості.

Визначено конструктивні варіанти ФПЧ, при застосуванні яких конструктивне рішення будинку є найбільш раціональним на основі зіставлення напруженого стану елементів наземної будови будинку на деформівній основі.

Ключові слова: конструктивна система, розрахункова схема, фундаментно-підвальна частина, наземна будова будинку, напружено-деформований стан, методи розрахунку.

аннотация

Кошелева Н.Н. влияние фундаментно-подвальной части на работу бескаркасных зданий на деформируемом основании (на примере монолитного здания). – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 – строительные конструкции, здания и сооружения. – Госу-

18

дарственный научно-исследовательский институт строительных конструкций, Киев, 2002.

Диссертация посвящена изучению качественного и количественного влияния конструкции фундаментно-подвальной части (ФПЧ) на напряженное состояние конструкций наземного строения монолитных бескаркасных многоэтажных зданий.

Проведен анализ конструктивных систем наземного строения и ФПЧ, методов оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) конструкций бескаркасных монолитных зданий.

Разработаны: методика расчетов по определению величин жесткостных характеристик с учетом деформации сдвига, особенностей конструктивных решений ФПЧ и конструктивной системы наземного строения монолитных бескаркасных зданий, а также с учетом работы перекрытий; схема аппроксимации конструкций монолитных бескаркасных зданий для их расчетов на деформированном основании в условиях подрабатываемых территорий и просадочных грунтов; алгоритм расчета монолитных зданий как системы “наземное строение – ФПЧ – деформированное основание”, основанный на приведенной выше методике; алгоритм расчета прочности надфундаментной стены монолитного бескаркасного здания как системы "стена – фундамент – деформированное основание" с учетом влияния на нее поворота фундамента.

????????? ?????? ????????????? ??????????? ???????? ??????????-???????????????? ????????? ??????????? ??????????? ????????????? ?????? (??? ???? ????????? ??????????? ?????????????), ?????????? ?? ???? ????????? ??????: ???? ?????? ?????? ???????? (? ?????? ? ??? ????? ?????????? ??????) ? ???????????? ?????????????.

Приведены результаты анализа расчетов и рекомендации по методической последовательности операций для выбора рациональных вариантов ФПЧ на основе напряженного состояния элементов наземного строения здания на деформируемом основании, который включает разработанную методику, составленный алгоритм определения НДС и алгоритм проверки по прочности надфундаментной стены на дополнительное усилие, возникающее при повороте фундамента из плоскости.

Определены наиболее целесообразные конструктивные варианты ФПЧ, при применении которых конструктивное решение здания будет самым рациональным на основе сопоставления напряженного состояния элементов наземного строения здания на деформируемом основании.

Ключевые слова: конструктивная система, расчетная схема, фундаментно-подвальная часть, наземное строение здания, напряженно-деформированное состояние, методы расчета.

The annotation

Kosheleva N.N. Influence of a foundation part on