Пути уменьшения чувствительности несущих конструкций к неравномерным осадкам

При проектировании фундаментов и надземных несущих конструкций необходимо учитывать их совместную работу с основанием. Прочность их должна быть рассчитана, в том числе, и на усилие, возникающее от неравномерного распределения давления по подошве фундаментов из-за неравномерной податливости (осадки) грунтов основания.

Если основание имеет выдержанное напластование (горизонтальное залегание слоев и отсутствие прослоев слабых грунтов) грунтов, обладающих малой или средней сжимаемостью, и прогнозируемые осадки меньше предельных, то конструкции зданий, включая фундаменты, допускается проектировать без учета деформируемости грунтов основания.

При наличии в основании здания (сооружения) сильносжимаемых (при модуле деформации Е < 5 МПа) и неравномерно сжимаемых грунтов в зависимости от отношения между жесткостью сооружения и податливостью основания в надземных несущих конструкциях, как правило, возникают значительные дополнительные усилия, которые могут привести к появлению трещин и разрушению этих конструкций. При сооружениях, обладающих конечной жесткостью, дополнительные напряжения и деформации в фундаментах и надземных конструкциях зависят от величины ожидаемой неравномерности осадки основания и жесткости несущих конструкций здания вместе с фундаментами, оказывающими сопротивление развитию неравномерных осадок основания.

Меры по уменьшению чувствительности конструкций зданий к неравномерным осадкам принимаются в зависимости от их конструктивной схемы:

а) здания с продольными несущими стенами из кирпича или крупных панелей обладают в продольном направлении значительной жесткостью и способны воспринимать некоторый изгиб. Однако при значительной неравномерности осадок по длине здания возникают недопустимые деформации, вызывающие появление в стенах трещин. Для предотвращения таких деформаций при проектировании указанных зданий на сильно - и неравномерносжимаемых грунтах фундаменты и стены следует усиливать непрерывными армированными швами или железобетонными поясами, способными воспринять растягивающие усилия, возникающие при развивающихся неравномерных осадках. Стены, армированные такими поясами, в значительной степени способствуют выравниванию неравномерности осадок и претерпевают изгиб без появления в них трещин.

б) здания с несущими поперечными стенами из кирпича или крупных панелей обладают повышенной чувствительностью к неравномерным осадкам, поскольку каждая поперечная стена может иметь свою осадку, почти независимую от осадки соседних стен. При проектировании фундаментов на естественном основании с целью некоторого выравнивания ожидаемой неравномерности осадки отдельных поперечных стен, когда это необходимо, рекомендуется устраивать фундаменты продольных стен в виде лент из монолитного железобетона или из сборных фундаментных плит и железобетонных монолитных стенок, армированных в верхней и нижней зонах. Высота такой стенки определяется по расчету с учетом совместной работы ее с грунтами основания.

в) здания с продольными наружными несущими стенами и неполным каркасом (внутренним) при наличии в основании сильносжимаемых грунтов получают значительные неравномерности осадок вследствие различия в развитии во времени осадок ленточных фундаментов и колонн. Это приводит к недопустимым деформациям элементов зданий. Каркасы в таких зданиях рекомендуется проектировать связевыми с шарнирным сопряжением стоек и ригелей.

г) чувствительность к неравномерным осадкам крупнопанельных зданий с полным каркасом и стенами из навесных панелей зависит от вида и жесткости каркаса. Выравнивание ожидаемых неравномерностей осадок отдельных стоек каркаса в случае использования естественного основания можно достигнуть устройством фундаментов из монолитного железобетона в виде перекрестных лент или сплошной фундаментной плиты под всем зданием. При большом количестве этажей (более 12) и небольшой протяженности здания существенную роль в выравнивании неравномерности осадок играет пространственная жесткость самого каркаса.

д) односекционные (точечные) здания повышенной этажности независимо от конструктивной схемы обладают, как правило, большой пространственной жесткостью, поэтому они способны выравнивать даже значительные деформации перекоса или изгиба, возникающие в несущих конструкциях здания при неравномерных осадках. Это приводит к тому, что в элементах несущих конструкций возникают значительные дополнительные усилия, способные привести к их разрушению. Так, в угловых частях зданий (выступающие углы) в кирпичной кладке стен от концентрации давления по подошве фундаментов иногда возникают напряжения, приводящие к раздавливанию кладки. Вследствие этого в указанных местах усилия в кладке следует определять с учетом реального отпора грунта при загрузке основания или вводить повышенный коэффициент условий работы, который обуславливал бы увеличение прочности кладки в первом этаже на 50 %, а во втором - на 30 %. При сильносжимаемых грунтах в основании такие здания целесообразно возводить на свайных фундаментах или, если нет опасения крена, на сплошной фундаментной плите.

Если опасность развития неравномерных осадок вызвана невыдержанным напластованием грунтов (наличие линз или выклинивание отдельных пластов, имеющих различную сжимаемость), то для зданий высотой не более 9 этажей рекомендуется разрезка зданий на блоки осадочными швами. Швы следует располагать в местах изменения напластования грунтов. В случаях зданий сложной конфигурации в плане их следует разрезать осадочными швами на блоки прямоугольной формы. Осадочные швы рекомендуется также устраивать в местах резкого перепада нагрузок на единицу площади пятна застройки, а также при длине здания более 90 м. Здания более 9 этажей рекомендуется возводить на свайных фундаментах.

Осадочные швы должны обеспечивать свободные перемещения отдельных блоков как по вертикали, так и при развитии их крена. Они должны исключать продуваемость даже при увеличении их раскрытия в 2 раза (при крене отдельных блоков). Для этого осадочные швы заполняются упругим сильносжимаемым долговечным материалом.

В случае неравномерно-сжимаемых грунтов в основании для уменьшения опасности возникновения в здании недопустимых деформаций, кроме мер, перечисленных в пп. 1.4.4.- 1.4.6, рекомендуется:

а) предусматривать порядок возведения здания, уменьшающий развитие неравномерных осадок отдельных его частей (в первую очередь следует возводить более высокую и тяжелую часть здания);

б) повышать общую пространственную жесткость и прочность несущих конструкций зданий введением дополнительных к основной конструктивной схеме продольных и поперечных стен;

в) избегать применения без необходимости неразрезных железобетонных конструкций;

г) усиливать несущие и самонесущие стены продольным армированием.

Арматурные пояса для увеличения прочности кладки на растяжение устраивают во всех несущих и самонесущих наружных и внутренних стенах, стенах лестничных клеток и поперечных диафрагмах. Количество арматурных поясов (поясов армирования) по высоте здания и сечения арматуры назначаются по расчету или на основании опыта строительства в аналогичных инженерно-геологических условиях. Наименьший диаметр арматуры - 10 мм, наименьшая площадь сечения в одном уровне - 4 см².

Пояса армирования устраиваются, как правило, в уровне перекрытий, а именно:

а) в кирпичной кладке арматуру целесообразно укладывать в утолщенный шов в уровнях низа перекрытий (рис. 1.1);

б) в крупнопанельных зданиях арматуру рекомендуется закладывать в верхней части панелей стен и концы ее соединять сваркой или иным способом при монтаже здания; соединения должны обеспечивать непрерывность пояса и работу его на растяжение;

в) в крупноблочных зданиях горизонтальную арматуру можно закладывать в блоки рядов перемычек и соединять их на стыках с помощью сварки или укладывать в утолщенный шов в уровне перекрытий.

Рис.1.1. Армированный шов на уровне низа перекрытия:1 - кладка стены; 2 - перекрытие; 3 - шов армирования

Если пояс армирования разрывается оконными или дверными проемами (например, лестничной клеткой), то над или под такими проемами необходимо устраивать дополнительное армирование, как показано на рис. 1.2. За пределы контура проема эта арматура должна заходить не менее чем на два расстояния между поясами (по высоте), но не менее 1 м

Повышение прочности фундаментов на изгиб (совместно со стенами) может быть достигнуто:

а) устройством пояса армирования в шве по верху подушки или первому ряду стеновых блоков сборных фундаментов;

б) устройством пояса армирования по обрезу фундаментов (по верху блоков или панелей стен фундаментов).

Примечание. При фундаментах из панелей арматуру можно заложить в верхней их части и соединить сваркой на стыках.

в) устройством монолитной железобетонной подушки или монолитных железобетонных стен фундаментов;

г) устройством монолитных фундаментов под стены и колонны.

Повышенную прочность и жесткость продольных ленточных фундаментов необходимо принимать для зданий с поперечными несущими стенами и навесными наружными панелями.

Для уменьшения развития неравномерных осадок, исключить которые не всегда удается, прибегают к уменьшению давления под подошвой фундамента за счет использования уширенной подошвы или сооружения сплошных плитных фундаментов под всем зданием. Если не удается заранее предсказать вид деформации здания или сооружения, используют меры по уменьшению влияния неравномерных осадок на несущие конструкции, о которых уже говорилось ранее. В некоторых случаях применяют плавающий фундамент, при устройстве которого вес извлекаемого грунта должен быть равен весу возводимого сооружения. Однако в последнем случае при разработке котлована необходимо предусматривать мероприятия, направленные на сохранение природной структуры слабых грунтов, которая очень легко нарушается, вызывая поднятие дна котлована с последующим развитием осадок разуплотнения.