Проектирование многоэтажных зданий

Вид работы: Курсовая работа

Тема: Проектирование многоэтажных зданий

ВУЗ: «Образовательный комплекс градостроительства «Столица»

ВВЕДЕНИЕ

Объем строительства высотных зданий в мире постоянно увеличивается. На настоящее время уже построено несколько сотен зданий высотой выше 200 м, а общепризнанными лидерами в последнее время в данной области являются Объединённые Арабские Эмираты и Китай. Самое высокое здание на планете высотой 828 м («Burj Khalifa») было построено в Дубае в 2010 г. В настоящее время ведётся строительство в Джидде (Саудовская Аравия) башни Kingdom Tower высотой в районе 1000 м. В России высотные здания строятся не только в столице, где, как пример, можно привести район Москва-Сити, где расположено 20 небоскрёбов (рис. 1), но и в Санкт-Петербурге, Грозном, Екатеринбурге, Ханты-Мансийске и других городах. В Санкт-Петербурге ведётся строительство башни Лахта-Центр высотой 463 м, которая после окончания строительства будет выше башни Меркурий Сити Тауэр (339 м), расположенной в Москва-Сити, которая на настоящее время является самым высоким зданием в Европе.

Особенности и основные строительные принципы при проектировании высотных зданий

В соответствии с принятой в России классификацией все здания выше 75 м считаются высотными, здания высотой выше 100 м относятся к уникальным и имеют повышенный уровень ответственности. Согласно международной классификации здания делятся на высокие — высотой выше 30 м, небоскрёбы — выше 150 м и сверхвысокие небоскрёбы — выше 300 м.

Выбор типа фундаментов зависит от величины и вида нагрузок, характера, несущей способности и деформативности грунтов основания.

При строительстве фундаментов высотных зданий возникает ряд особенностей, которые необходимо учитывать при проектировании:

а) давление по подошве фундамента высотных зданий может быть на порядок выше, чем для зданий высотой до 75 м, что требует проведения специальных полевых и лабораторных изысканий;

б) особенности инженерно-геологических изысканий;

в) действующие нормы по СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты распространяются на расчёт несущей способности сваи длиной 35 м (сопротивление по нижнему концу сваи) и 40 м (сопротивление по боковой поверхности), что может быть недостаточно для проектирования фундаментов высотных зданий;

г) большие нагрузки (1-2 МПа), передаваемые на грунт основания, требуют учитывать в расчёте деформационные и прочностные характеристики нескальных и скальных грунтов с Е>100 МПа, считающихся в соответствии с действующими нормами несжимаемыми, а так же увеличенную зону распределения напряжений в грунте по глубине и в плане, что может привести к увеличению слоёв грунта, воспринимающих нагрузку от фундамента; особенно сильно это может сказаться при неравномерном залегании слоёв;

д) увеличение размеров (ширины и глубины) сжимаемой толщи в массиве грунта приводит к увеличению сроков завершения консолидации грунта, а так же растягиванию процесса осадки во времени;

е) в случае, когда основание сложено грунтами с различными коэффициентами консолидации (как для первичной, так и для вторичной), настоятельно требуется учитывать возможность возникновения в результате данного неравномерного напряжённо-деформированного состояния грунта (на промежуточной стадии консолидации) неодновременного окончания процессов консолидации различных видов грунтов и, как следствие этого, возникает возможность крена здания, превышающего предельные значения.

ж) высокая чувствительность к крену;

з) увеличение размеров деформируемой области грунта основания приводит к возникновению большего влияния на окружающие здания и сооружения, в том числе и подземные коммуникации всех видов, что необходимо учитывать в расчёте.

В связи с приведёнными выше особенностями при проектировании высотных зданий были разработаны основные строительные принципы, которые включают в себя:

1) стремление создания подземного объёма такого, чтобы вес вынутого грунта при устройстве подземной части здания был равен весу здания;

2) снижение давления по подошве фундамента путём увеличения его площади за счёт развития по площади подземной и стилобатной частей здания и создания коробчатого фундамента;

3) проектирование передачи нагрузки на фундаменты симметрично относительно центральной оси здания, используя соответствующую его конструктивную схему;

4) жёсткостные элементы здания (монолитные стены, лифтовые шахты, лестничные клетки и т.д.) располагать симметрично относительно его центральной оси;

5) глубина заложения подошвы фундамента здания должна возрастать при увеличении высоты здания;

6) соответственное снижение предельно допустимого значения осадки фундамента при увеличении высоты здания.

7) применение (при возможности) пирамидальной формы здания;

Выбор конструкции фундаментов, кроме перечисленных выше принципов, зависит от наличия окружающих зданий, туннелей, метро и подземных коммуникаций, размеров строительной площадки, физико-механических характеристик и характера напластования грунтов основания и нагрузок, передаваемых на них, формы и размеров высотного здания и т.п.

Основная классификация фундаментов высотных зданий представлена ниже.

Строительная практика выработала ряд конструктивных решений фундаментов для высотных зданий: свайные фундаменты, применяемые в виде забивных свай квадратного или прямоугольного сечения, набивных свай различных систем, свай-оболочек; фундаменты на естественном основании: ленточные — в виде параллельных (не пересекающихся) или перекрёстных лент; плитные — в виде ребристых или безбалочных плит.

Фундаменты глубокого заложения

В качестве примера рассмотрим устройство конструкций фундаментов глубокого заложения. Фундаменты глубокого заложения подразделяются на фундаменты, изготавливаемые как с выемкой грунта, так без таковой. Без выемки грунта — сваи набивные и забивные. Стандартные забивные и задавливаемые сваи сечением 300×300 и 350×350 мм из-за их ограниченной несущей способности по стволу, как правило, применяются при давлении по подошве фундамента до 1 МПа, что примерно соответствует зданию высотой до 200 м. В противном случае необходимо проектировать фундаменты с выемкой грунта — сваи буронабивные или из стальных труб, кессоны, баретты, что увеличивает площадь подошвы фундамента, создавая консоли.

Наиболее часто применяемым фундаментом глубокого заложения применяются буронабивные сваи, которые могут быть устроены практически в любых грунтовых условиях диаметром до 2 м и даже более. В Российской Федерации имеется опыт устройства буронабивных свай диаметром 2 м и глубиной заложения до 83 м в сложных грунтовых условиях г. Санкт-Петербург.

Опускные колодцы (кессоны) применяются в случаях, когда грунт трудно поддаётся проходке при бурении, требуется передать сверхвысокие нагрузки на большую глубину и необходимости высокой скорости выполнения строительно-монтажных работ. В настоящее время наиболее широко кессоны применяются при строительстве высотных зданий в Гонконге (южная часть КНР). Они изготавливаются в основном двух типоразмеров диаметром 3 и 5 м, длиной до 50 м и в отдельных случаях даже более.

В некоторых случаях эффективным методом работы является применение стальных трубчатых свай при строительстве на структурно-неустойчивых грунтах (в этом случае труба может служить не извлекаемой обсадкой) полых круглых свай заводского изготовления с предварительно напряжённой арматурой или стальных свай из металлических двутавров.

Основные конструкции фундаментов глубокого заложения, применяемые при строительстве высотных зданий, в зависимости от грунтовых условий и требуемой длины конструкций представлены в табл. 1.

При необходимости передачи нагрузки на большое количество свай (при наличии в основании фундамента грунта недостаточной несущей способности) выполняют коробчатый ростверк, выходящий за контур высотного здания, применённый, как пример, в Санкт-Петербурге на башне Лахта-центр.

Примечание: Условные обозначения: А — железобетонные забивные сваи поперечным сечением от 300×300 до 400×400 мм; Б — сваи из стальных труб; В — буровые сваи; «+», «±» и «–» — конструкция сваи соответственно применима, возможна к применению и неприменима; q_c — удельное сопротивление грунта под конусом зонда.; *при применении баретт в пластичных глинистых грунтах необходимо обеспечить условие устойчивости стенок баретты, для чего может быть повышена плотность бентонита или его уровень относительно поверхности земли за счёт создания подсыпки; в некоторых случаях проводятся специальные мероприятия по закреплению слабого грунта; **устройство опускных колодцев и кессонов в песчаных грунтах, обладающих плывунными свойствами, запрещено.

Для повышения качества устройства гидроизоляции в некоторых случаях может быть применён двухслойный ростверк. Нижняя часть ростверка (силовая бетонная подготовка) объединяет головы свай и служит основой для гидроизоляции (см. рис. 3). Такая конструкция позволяет, с одной стороны, качественно выполнить гидроизоляцию, с другой исключить передачу изгибающего момента на головы свай. Данная конструкция фундамента с успехом применена на многих высотных объектах Москва-Сити.

Прикрепленные файлы:

_mnogoetazhnyx_zdanij