В.Г. Федоровский С.О. Шулятьев НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ, ПРОЕКТНО-ИЗЫСКАТЕЛЬСТКИЙ И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ИМ. Н.М. ГЕРСЕВАНОВА (НИИОСП ИМ. Н.М. ГЕРСЕВАНОВА) ЕЖЕГОДНЫЙ СЕМИНАР "РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ В СРЕДЕ SCAD OFFICE" АПРЕЛЯ 2013 Г. МОСКВА.

Наиболее распространенное решение Игнорирование совместной работы здания с основанием Определение нагрузок Методом грузовых площадей (МГП) или выполнение расчетов на жестком или Винклеровском основании с постоянными коэффициентами постели ОШИБОЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ!

Контактные модели основания. где w(x) – осадка основания, p(x) – функция нагрузки, а k – коэффициент пропорциональности, чаще всего называемый коэффициентом постели. Модель Винклера Модель упругого полупространства (задача Буссинеска) где - функция расстояния от места приложения нагрузки где К и С - параметры модели, а - оператор Лапласа. Первый параметр по смыслу аналогичен коэффициенту постели по гипотезе Винклера, а второй учитывает работу упругого основания на сдвиг (срез). где H – глубина сжимаемого слоя, E и v –модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта. Двухконстантная контактная модель - параметры модели по Власову-Леонтьеву

Грунтовое основание песок Е=25 МПа, ν=0,2, ϒ=1,8 Т/м 3 H=4.8 м упругие 3D элементы Фундаментная плита t=0,5 м пластинчатые элементы Расчеты выполнены в ANSYS 13 и SCAD 11 Плиты перекрытия t=0,2 м пластинчатые элементы Колонны 0,2х0,2 м, H=3 м стержневые элементы Ср. давление по подошве 50 кН/м 2

Осадки фундамента при различных моделях грунта. Продольный разрез.

Разница 66% Моменты в фундаментной плите по оси Ох при различных моделях грунта. Продольный разрез.

Разница до 25% Разница до 35%

Редкое решение Учет совместной работы здания с основанием Итерационная методика, например используя SCAD- CROSS Трудозатратные расчеты, требующие времени и опыта! Расчет системы основание- фундамент-сооружение в единой модели, например используя ANSYS

0,0868 m 3 –unit stiffness - цилиндрическая жесткость плиты S max n - максимальная осадка фундаментной плиты при учете N - этажей S max 1 - максимальная осадка фундаментной плиты при учете одного этажа

δ=0,4 м δ=0,3 м δ=0,35 м δ=0,25 м δ=0,2 м δ=0,15 м Зависимость приведенной жесткости одного этажа (D, м 3 ) от количества этажей (N) и толщины плит перекрытия (δ)

Формула приведенной жесткости плиты перекрытия одного этажа - коэффициент, зависящий от приведенной толщины плит перекрытия исходного здания n - количество этажей (от 3 до 40) - приведенная толщина плит перекрытий (0.15…0.4 m) δ le - толщина плиты перекрытия N-этажа - цилиндрическая жесткость плиты δ 0 - эквивалентная толщина плиты перекрытия одного этажа

Министерство Иностранных Дел Российской Федерации Построено в 1952 с 16 и 28 надземными и двумя подземными этажами Высота здания 172 м (включая шпиль) Конструктивная схема – полный металлический каркас Толщина плит перекрытий – 0,15 м Высота этажа – 4,1 м Несущие элементы – рамы, колонны из несущей арматуры 0,6x0,6 m Ограждающие и внутренние стены – самонесущие с поэтажной разрезкой Шаг колонн 5,8x5,8 м

1 1 – насыпной грунт 2 – песок ср. крупности 3 – суглинок пластичный 4 – известняк 5 – твердая глина Фундамент с размерами в плане 97,4 x 47,8 м коробчатого типа высотой 5,45 м с верхней плитой толщиной 1,1 м, нижней плитой 1,2 м и сеткой стен толщиной 0,8 м. Среднее давление под подошвой фундамента 485 кН/м 2 в центральной части и 428 кН/м 2 в краевой части, что превышает бытовое давление (180 кН/м 2 ) Основанием фундамента является 11 м слой песка с модулем деформации 40 МПа и модулем упругости 60 МПа. Слой песка подстилается известняками

Расчеты выполнены в ANSYS Все материалы упругие. Основание задано упругими объемными элементами, учитывающими билинейное поведение грунта под нагрузкой. Для сравнения выполнены следующие расчеты: С учетом совместной работы Без учета совместной работы (нагрузка определялась по МГП) С учетом одного этажа приведенной жесткости. Результаты расчетов сравнивались с данными мониторинга.

Зона B – 14 этажей. D=0.049 м 3,δ 0 =0.82 м. Зона A – 29 этажей. D=0.165 м 3,δ 0 =1.24 м. a = 0.71 (средняя толщина перекрытия – 0.15 м)

Результаты мониторинга Расчеты без учета совместной работы Расчеты с учетом совместной работы Расчеты с учетом одного этажа приведенной жесткости Изгиб фундаментной плиты здания МИДа. Продольный разрез.