Автор работы: Пользователь скрыл имя, 09 Марта 2014 в 15:22, реферат
Цель реферата – изучить геотехнические проблемы строительства высотных зданий.
Задачи, поставленные при написании реферата:
рассмотреть мировой опыт в решении геотехнических проблем строительства высотных зданий;
рассмотреть отечественную практику опыт в решении геотехнических проблем строительства высотных зданий.
ВВЕДЕНИЕ 3
1. ГЕОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СТРОИТЕЛЬСТВА ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ 4
2. МИРОВОЙ И ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ ОПЫТ ВЫСОТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА 7
Сплошной свайно-плитный фундамент 7
Сплошные свайно-плитные фундаменты высотных зданий на переуплотненных «франкфуртских глинах» 7
Сплошной свайно-плитный фундамент на песках средней плотности 9
Отечественный опыт 12
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 16
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»
Нижнетагильский технологический институт (филиал)
Факультет Металлургических и строительных технологий
Кафедра «Технология и организация строительного производства»
Специальность 270102 - Промышленное и гражданское строительство
РЕФЕРАТ
по дисциплине Механика грунтов
Тема: Геотехнические проблемы строительства
высотных зданий.
Мировой опыт и отечественная практика.
Руководитель
Студент гр. 38107 ПГС
Нижний Тагил 2011
Сегодня уже трудно себе представить современный мегаполис без зданий, упирающихся в облака. Архитектурные гиганты, представляющие собой различные вариации на тему стекла, бетона и металла, – непременный атрибут крупнейших мировых столиц. Отличительной особенностью высотных зданий является то, что они возводятся, как правило, в глубоких котлованах, имеют большую площадь опирания и передают значительные нагрузки на грунты основания. При этом взаимодействие с подземными и надземными частями высотных зданий вовлекаются огромные массивы грунта, как под фундаменты, так и за ограждением котлована.
При проектировании и строительстве таких зданий особое место занимают проблемы обеспечения надежности оснований, фундаментов и конструкций подземных частей. Эти обстоятельства приобретают особую значимость в выполнении инженерных изысканий, проектировании и строительстве высотных зданий.
Цель реферата – изучить геотехнические проблемы строительства высотных зданий.
Задачи, поставленные при написании реферата:
Данными для написания работы послужили данные средств массовой информации, в частности международного журнала для изыскателей, геотехников и строителей «Геотехника», а также данные сети Internet.
Как известно, основная особенность высоких зданий по сравнению с обычными сооружениями заключается в том, что к их основанию прикладываются более значительные по величине и, зачастую, более неравномерные давления. Эти обстоятельства вызваны как большим (порядка сотен тысяч тонн) весом здания, так и тем, что высокие здания часто проектируются по архитектурно-планировочным соображениям как сооружения башенного типа. Высота современных высоких зданий обычно значительно превышает горизонтальные размеры. Удельное давление на основание под фундаментной конструкцией ряда возведенных и эксплуатируемых высотных зданий достигает величин 500-800 кПа и более, что особенно опасно при сейсмических и ветровых воздействиях.
Высокие здания вовлекают в работу большие массивы грунтов, обладающие, как правило, существенной неоднородностью в плане и по глубине. В таких условиях неравномерность передачи нагрузок, неоднородность грунтов и их повышенная деформируемость при недостаточно эффективных проектных решениях могут привести к развитию недопустимых осадок, прогибов и кренов фундаментных частей зданий и, как следствие, к развитию чрезмерных усилий в конструкциях здания, а также к дополнительному отклонению верха здания от вертикали. Это, как правило, приводит к смещению центра тяжести здания и увеличению моментных нагрузок на основание, что вызывает еще большее усиление неравномерности деформаций основания. Значительные отклонения здания от вертикальной оси, которые могут вызываться не только креном фундаментной части здания, недопустимы в основном из соображения безопасной эксплуатации лифтов, коммуникаций и других возникающих технологических неудобств. Специалисты отмечают, что при возведении высоких зданий развиваются более значительные, чем при строительстве обычных сооружений, зоны деформаций грунтового массива вне контура здания. Это, вместе с увеличением значений напряжений в массиве грунта, может приводить, в частности, к тому, что осадки высоких зданий стабилизируются относительно медленнее и достигают конечных значений за более длительные интервалы времени, чем обычных зданий. Увеличение размеров зоны влияния приходится учитывать при проектировании сооружений, примыкающих к высокому зданию, и при разработке мероприятий по защите прилегающей застройки.
Отмеченные геотехнические особенности учитываются при строительстве высоких зданий существенным повышением требований к детальности и содержательности инженерных изысканий, к расчетам оснований и фундаментов, а также к выбору конструктивных типов фундаментов и технологий их устройства, рациональных для конкретных условий.
Такое повышение требований продиктовано также и тем обстоятельством, что степень ответственности выбора проектных решений нулевого цикла при строительстве высоких зданий выше, чем для обычных сооружений, так как исправление допущенных геотехнических ошибок в процессе строительства для таких зданий значительно сложнее и дороже обычных, а иногда такие исправления могут оказаться невозможными.
При проектировании оснований и фундаментов высотных зданий приходится принимать различные, «идущие в запас», дополнительные положения, которые должны уравновешивать недостаточную полноту знаний о факторах, влияющих на условия работы их оснований.
Выбор конструкции фундамента высокого здания должен осуществляться на основании технико-экономического сравнения вариантов и определяется конструктивной схемой здания, характером напластований и свойствами грунтов, нагрузками, передаваемыми зданием на основание, взаимодействием строящегося здания с массивом грунта и с окружающей застройкой; особенностями организации и технологии строительства здания. При использовании различных современных конструктивных решений (стилобат, заглубление фундамента и т.д.) следует учитывать весь комплекс последствий их принятия, включая усложнение проектирования и повышение сложности работ по устройству фундаментов. При этом определяющими в выборе варианта устройства фундаментов являются факторы обеспечения их безопасной и эффективной эксплуатации. Обоснованными являются дополнительные требования не только к проектированию, но и по организации, технологии возведения и приемке работ по устройству оснований, фундаментов и подземных частей.
Для высоких зданий, характеризующихся большими и неравномерными нагрузками на фундамент и основание, эффективным решением могут быть комбинированные свайно-плитные и плитно-анкерные фундаменты.
Система сплошного свайно-плитного фундамента состоит из свай, плиты-ростверка и грунта. При традиционном проектировании свайных фундаментов предполагается, что суммарную нагрузку должны нести на себе только сваи, причем с определенным запасом прочности относительно несущей способности. С одной стороны, учет вклада несущей способности опорной плиты-ростверка может привести к устройству более экономичного фундамента по сравнению с обычным свайным фундаментом. С другой стороны, вклад свай значительно уменьшает осадку по сравнению с обычным сплошным фундаментом. Более того, в таких случаях могут быть запроектированы сваи, которые будут нести нагрузки, близкие к их предельной несущей способности, если вся система (плита и сваи) будет обладать необходимым запасом прочности. Измерения показали, что подобное представление о поведении свай под нагрузкой не очень точно соответствует реальности. Контактные напряжения в ростверке ведут к увеличению несущей способности набора свай в свайно-ростверковой системе.
Свайно-ростверковые системы широко применяются в Германии для оптимизации устройства фундаментов высотных зданий, а также мостов в различных инженерно-геологических условиях.
По мере превращения в мировой финансовый центр центральная часть такого мегаполиса на Рейне и Майне, как Франкфурт, приобрела свой нынешний уникальный облик (см. рис. 1). Сплошные свайно-плитные фундаменты были разработаны с целью оптимизации их устройства при строительстве высотных зданий этого города на переуплотненных высокопластичных глинах, которые можно сравнить с «лондонскими».
Рис. 1. Вид на центральную часть Франкфурта
Хорошим примером этой инновации является фундамент здания «Мессетурм» (Messeturm) (см. рис.2). Чтобы уменьшить осадку до 14,4 см и наклон до 1:2400, оказалось достаточно установить в его основании всего лишь 64 сваи длиной 29–35 м и диаметром 1,3 м.
Рис. 2. Поведение сплошного свайно-плитного фундамента высотного здания «Мессетурм» (Messeturm)
Хорошим примером является устройство сплошных свайно-плитных фундаментов в песчаных грунтах в инженерно-геологических условиях Берлина, где доминируют слои песка и мергеля, которые отличаются от «франкфуртской глины» и несколько жестче нее. Однако на некоторых площадках строительства грунтовые условия могут быть иными. Например, могут быть встречены мощные отложения песков от рыхлых до средней плотности или мергелей от мягких до жестких. В таких инженерно-геологических условиях или же с целью избежать неприемлемого воздействия на уже существующие соседние здания в Берлине также начали использовать сплошные свайно-плитные фундаменты.
Одним из примеров является здание «СониЦентр» (Sony-Centre) на Потсдамской площади (Potsdamer Platz), которое находится в непосредственной близости от нового железнодорожного туннеля. Отметка основания сплошного фундамента расположена в пределах верхней части слоя мергеля. Следовательно, необходимо было уменьшить осадку и давление на грунт под плитой фундамента с помощью свай. Были использованы сваи диаметром 1,5 м и длиной от 15 до 25 м (см. рис. 3). К окончанию строительства наблюдалась общая осадка величиной 3 см.
Рис. 3. Высотное здание «Сони-Центр» (Sony-Centre) в Берлине и зависимость осадки и нагрузки от времени
Для песков от средних до плотных в качестве экономичной фундаментной системы для высотных зданий существует относительно новый метод устройства сплошных свайно-плитных фундаментов с оптимизацией толщины опорной плиты-ростверка. Основной целью устройства такого фундамента в данном случае является уменьшение внутренних напряжений в плите и моментов сил путем выбора оптимального расположения свай (прямо под несущими элементами). Это ведет к экономичному уменьшению мощности опорной плиты и соответственно к уменьшению количества и стоимости работ по выемке грунта, дренажу и укреплению стен котлована при его разработке.
28Например, комплекс зданий «Херриотс» (Herriot’s) у реки Майн в районе Нидеррад-Франкфурт во Франкфурте представляет собой прекрасный пример устройства сплошного свайно-плитного фундамента на песках от плотных до средней плотности. Это 72-метровое сооружение с двумя подвальными этажами имеет площадь фундамента 12 800 м2 (см. рис. 4). Основание сплошной плиты фундамента располагается на глубине 8 м от поверхности земли. Ее грунтовое основание представляет собой песок от среднего до плотного вплоть до значительной глубины.
Рис. 4. Измеренные кривые осадки здания «Херриотс» (Herriot’s)
Комплекс зданий «Херриотс» состоит из четырех башен общей площадью 3000 м2, окруженных двухэтажным подвальным помещением. Уровень грунтовых вод находится примерно на 5 м выше отметки фундамента, поэтому достаточно легкие подвальные этажи было необходимо запроектировать так, чтобы они все-таки противостояли гидростатическому противодавлению. Проектировщикам была поставлена задача разработать единый бесшовный фундамент для четырех башен и подвального помещения. Эта фундаментная система состоит из сплошного свайно-плитного фундамента толщиной 1,0 м под башнями и 0,7 м под подвальным помещением и свай, работающих на растяжение, под подвальным помещением. При использовании такой комбинированной конструкции можно уменьшить угол перекоса в переходной зоне между сильно нагруженными башнями и почти ненагруженным подвальным помещением до приемлемой величины.
Значительное количество возведенных и запроектированных за последнее время высотных зданий, особенно в странах Персидского залива, породило такую действительно сложную инженерную задачу, как устройство фундаментов за максимально короткое время. И в этом как раз может помочь сооружение сплошных свайно-плитных фундаментов с оптимальным количеством свай и оптимальной конструкцией опорной плиты-ростверка, что даст большие преимущества и в экономическом отношении, и в плане сроков выполнения.
Сплошной свайно-плитный фундамент представляет собой наиболее подходящее решение для большинства грунтовых условий стран Персидского залива, в большинстве городов которых (например, в Дубае, Абу-Даби и Дохе) имеется поверхностный слой песчаного грунта, подстилаемого скальными горными породами различной степени выветренности. Уровень фундамента в большинстве случаев находится в этих скальных грунтах. Поскольку высотные здания передают на свои основания колоссальные нагрузки, а скальные породы характеризуются большой неоднородностью свойств, то для фундаментов глубокого заложения в основном используются сильно заглубленные буронабивные сваи большого диаметра. Эти сваи используются главным образом для профилактики и удерживания осадок и неравномерных осадок в допустимых пределах. В таких случаях, чтобы уменьшить количество свай и время строительства, можно успешно использовать устройство сплошных свайно-плитных фундаментов.