Рис. 9. Эпюры распределения продольных сил в колоннах
Рис. 10. Эпюры распределения изгибающих моментов Мх в фундаментной плите
95
Рис. 11. Эпюры распределения изгибающих моментов Мy в фундаментной плите
Рис. 12. Графики вертикальных перемещений по оси Z
Анализ результатов численных исследований. Выполнены численные исследования в программном комплексе Midas GTS NX НДС 26-этажного здания совместно с грунтовым основанием для трех вариантов его размеров на собственный вес. Определялись деформированный вид элементов несущих конструкций здания и грунтового основания, продольные силы в колоннах, изгибающие моменты в плитах перекрытия и фундаментной плите, значения вертикальных перемещений по подошве фундаментной плиты и в грунтовом массиве. Выполнена сравнительная оценка влияния учета грунтового основания и его размеров на конечные результаты расчета. Результаты расчетов для каждого из исследуемых элементов для удобства сопоставления результатов исследования и визуального восприятия сведены в табл. 2.
Таблица 2
Общая сводная таблица для трех моделей грунтового основания
Рассматривае мый элемент |
Колонны |
|
|
|
N |
My |
Mz |
Qy |
Qz |
кН |
кН*м |
кН*м |
кН |
кН |
|
|
|
|
|
3658.00 |
129.43 |
101.00 |
58.47 |
94.70 |
|
|
|
|
|
85.74 |
-120.26 |
-100.18 |
-57.86 |
-51.60 |
|
|
|
|
|
96
Плиты |
перекрытия |
Фундаментная |
плита |
Массив грунта 120х120х65 м
Массив грунта 200х200х80 м
Массив грунта 280х280х100 м
N |
My |
|
Mz |
Qy |
|
Qz |
|
кН |
кН*м |
|
кН*м |
кН |
|
кН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1746.97 |
2063.29 |
|
2932.55 |
2584.97 |
|
2439.65 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-2910.81 |
-215.45 |
|
-525.33 |
-1996.78 |
|
-2477.66 |
|
σх |
σy |
|
τxy |
|
|
|
|
кН/м2 |
кН/м2 |
|
кН/м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2224.96 |
781.40 |
|
2361.18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-1566.77 |
-1294.57 |
|
-2351.09 |
|
|
|
|
σх |
σy |
|
σz |
|
|
|
|
кН/м2 |
кН/м2 |
|
кН/м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.12 |
1.96 |
|
1.23 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-470.57 |
-470.57 |
|
-874.95 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Перемещения, мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Разрез по Х. |
|
|
Разрез по Y. |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
х |
y |
|
z |
х |
|
y |
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.134 |
0.433 |
|
24.40 |
2.77 |
|
0.43 |
24.40 |
σх |
σy |
|
σz |
|
|
|
|
кН/м2 |
кН/м2 |
|
кН/м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.16 |
4.04 |
|
2.30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-654.36 |
-654.33 |
|
-1216.00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Перемещения, мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Разрез по Х. |
|
|
Разрез по Y. |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
х |
y |
|
z |
х |
|
y |
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
2.49 |
2.81 |
|
15.10 |
2.62 |
|
2.81 |
14.90 |
σх |
σy |
|
σz |
|
|
|
|
кН/м2 |
кН/м2 |
|
кН/м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.82 |
4.63 |
|
2.51 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-781.40 |
-781.38 |
|
-1452.13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Перемещения, мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Разрез по Х. |
|
|
Разрез по Y. |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
х |
y |
|
z |
х |
|
y |
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
1.23 |
2.74 |
|
16.20 |
2.45 |
|
2.74 |
16.10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Для использования расчетной модели без грунтового основания граничные условия были назначены на подошве фундамента. Результаты по сравнению с расчетом при использовании первого варианта размеров грунтового основания оказались несколько завышенными, кроме продольной силы N. Во второй расчетной модели с грунтом основания граничные условия задачи были наложены на массив грунта, где результаты напряжений точнее, чем у предыдущей расчетной модели без грунтового основания. Значение N больше на 4.64 %, чем в первой расчетной модели, а значения My уменьшились на 19.61 %. Это изменение объясняется тем, что здание несимметрично в плане.
Выводы по результатам исследования
97
Анализ результатов численных исследований позволяет сформулировать следующие выводы:
-напряжения в колоннах зависят от принятых размеров массива грунтового основания и для получения адекватных результатов необходимо рассчитывать сооружение в одной модели с грунтом основания;
-первая расчетная модель оказалась малопригодна для выполнения расчетов, так как толщина сжимаемого грунта оказалась меньше осадки грунта от собственного веса;
-при использовании второй расчетной модели получаются заниженные значения перемещений по оси z;
-третья расчетная модель удовлетворяет всем выбранным критериям и является наиболее пригодным вариантом, но из-за большого количества элементов, используемых в модели, время расчета задачи существенно увеличивается, что требует больших вычислительных мощностей.
Выбраны в качестве критериев для оптимизации размеров грунтового основания максимальные перемещения грунта под подошвой фундаментной плиты, продольные напряжений в колонах и изгибающие моменты в фундаментной плите. Выполнена оценка влияния учета грунтового основания и его размеров на конечные результаты расчета в
программном комплексе Midas GTS NX. Показана необходимость выполнения расчетов с учетом грунтового основания. Определены границы применения модели «Здание - грунтовое основание», обусловленные требуемой точностью расчетов, простотой использования, оптимальным временем расчета, малыми трудозатратами при создании и подготовке модели к расчету. Рекомендована формула для определения оптимальных размеров грунтового основания для выполнения практических расчетов.
Библиографический список
1.СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений. Актуализированная версия СНиП 2.02.01-83*»
2.Тер-Мартиросян, З. Г. Проблемы механики грунтов, оснований и фундаментов при строительстве многофункциональных высотных зданий» / З. Г. Тер-Мартиросян, В. И. Теличенко, М. В, Королев // Вестник МГСУ. – Т. 1. -2006. - С. 18-27.
3.Шулятьев, О. А. Фундаменты высотных зданий / О. А. Шулятьев // Вестник ПНИПУ «Строительство и архитектура». – 2014. - № 4 – С. 203-245.
4.Lin, Lan & Hanna, Adel & Sinha, Anup & Tirca, Lucia. (2017). High-rise building subjected to excessive settlement of its foundation: A case study. International Journal of Structural Integrity. 8. 10.1108/IJSI-05-2016-0019.
5.Мирсаяпов, И. Т. Численные исследования осадок оснований глубоких фундаментов высотных зданий/ И. Т. Мирсаяпов, Д. М. Нуриева // Известия КГАСУ. – 2015. - № 4. - С. – 183-190.
6.Гусев, Г. Н. А. Математическое моделирование систем «Здание – фундамент – грунтовое основание / Г. Н. Гусев, А. А. Ташкинов // Вестник СГТУ. – 2012. - № 4.
– С. 222-226.
98
7.Мирсаяпов, И. Т. Выбор типа фундаментов и оснований многофункционального комплекса «Фатих, Амир и Хан» по ул. Фатыха Амирхана г. Казани»/ И. Т. Мирсаяпов, И. Ф. Шакиров // Известия КГАСУ. – 2015. - №3. – С. 86 – 92
8.Пронозин Я.А., Степанов М.А., Волосюк Д.В., Шуваев А.Н., Рыбак Г.И. Опыт устройства фундаментов зданий повышенной этажности в условиях юга Тюменской области // Вестник МГСУ // 2018 - Том. 13 - Вып. 3 (114) - С. 282–292.
9.Степанов, М. А. Устранение прогрессирующего развития неравномерности осадок многоэтажного жилого дома на ленточных свайных фундаментах/ М. А. Степанов [и др.] // НАУКОВЕДЕНИЕ: Интернет-журнал. – 2017. - Том 9. - №4.
10.Улицкий, В. М. Основы совместных расчетов зданий и оснований» / В. М. Улицкий, А. Г. Шашкин, К. Г. Шашкин, В. А. Шашкин. – СПб: Изд-во ин-та «Геореконструкция», 2014. – 328 с.
11.Шашкин, А.Г., Шашкин К. Г. Расчет фундаментных плит в пространственной постановке с учетом нелинейных деформаций основания / А. Г. Шашкин, К. Г. Шашкин // Реконструкция городов и геотехническое строительство. – 2000. - №3. – С. 42-46.
12.Шашкин, К. Г. Использование упрощенных моделей основания для решения задач совместного расчета оснований и конструкций сооружения/ К. Г. Шашкин // Реконструкция городов и геотехническое строительство. – 1999. - №1. – С. 57-62.
13.Gridnev S.Yu. Analyzing the features of oscillations of a floating bridge under a moving
load in view of non-linear effects of end supports // Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture / - 2014.- № 3 (23) - С. 75-83.
14.Гриднев, С. Ю. Моделирование конструктивно-нелинейных колебаний наплавных мостов неразрезной системы с ограничительными жесткими опорами в концевых частях под действием подвижной нагрузки/ С. Ю. Гриднев // Современные методы статического и динамического расчета зданий и сооружений: Научный вестник Воронеж. гос. арх.-строит. ун-та. - 2004. - № 1. - С. 72-77.
15.Gridnev, S. Yu., Volkov V. V., Budkovoy A. N. In-situ measurements of vibrations of
elastically supported steel reinforced concrete bridge during car braking // Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture /- 2011. - № 1 (9). - С. 11-23.
References
1.SP 22.13330.2011 “Foundations of buildings and structures. Updated version of SNiP 2.02.01-83*."
2.Ter-Martirosyan Z.G., Telichenko V.I., Korolev M.V. Problems of soil mechanics, bases and foundations in the construction of multifunctional high-rise buildings. Bulletin of MGSU. 2006. Pp. 18-27.
99