СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ВЫСОТНОГО ЗДАНИЯ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при строительстве высотных зданий на естественном основании, в том числе и в сейсмических районах, неравномерные осадки которых близки или превышают предельно допустимые.

Известен способ строительства зданий на слабых грунтах, который заключается во введении дополнительных армирующих элементов в стены с целью увеличения их жесткости для уменьшения неравномерных осадок. Недостатком описанного способа является ограниченность его применения только для кирпичных стен небольшой этажности /Б.И. Далматов "Механика грунтов, основания и фундаменты", М., СИ, 1988 г., с. 208-211/.

Известен способ снижения уровня неравномерных осадок при строительстве зданий, заключающийся в одновременном или раздельном воздействии на грунт, фундамент и конструкции здания. Воздействие на грунт для его упрочнения осуществляют путем инъекции упрочняющего раствора или введения в грунт армирующих элементов в пределах центральной части здания, а его разупрочнение осуществляют путем инъектирования разупрочняющего раствора или выполнения узкой прорези, либо выполнения рядов скважин в грунте в пределах периферийной части здания. Процессы упрочнения в центральной зоне и разупрочнения в периферийной производятся одновременно. Воздействие на фундамент осуществляют путем увеличения его изгибной жесткости с максимумом в центральной и минимумом в периферийной зоне фундаментной плиты. Увеличение изгибной жесткости осуществляют путем введения ребер переменной жесткости в направлении от периферии к центру или закладкой арматуры в пределах центральной части фундаментной плиты /Патент РФ №2265107, кл. Е02D 35/00, опубл. 2004 г./.

Недостатком известного способа является то, что при воздействии на грунт инъецированием упрочняющего или разупрочняющего раствора происходит неоднородное изменение напряженно-деформированного состояния, что сложно учесть в расчетах фундамента и приводит к значительному увеличению материалоемкости фундамента. К тому же повышение жесткости фундамента в центральной его части трудоемко и требует длительного времени.

Также известен способ устройства сейсмостойкого высотного бескаркасного здания из объемных блоков для строительства в районах с сейсмичностью до 9 баллов. Способ возведения многоэтажного сейсмостойкого бескаркасного здания заключается в устройстве модульного здания повышенной прочности и жесткости. Повышение прочности и жесткости осуществляется за счет устройства здания из объемных блоков, стыки которых заполняются бетоном, прочность которого на 1/2-1/6 меньше прочности бетона блока. В стыках блоков в трех взаимно перпендикулярных направлениях устанавливаются арматурные стержни внахлест с арматурой блоков. Сейсмостойкость здания обеспечивается арматурой, установленной в предварительно ослабленном сечении в местах стыков блоков /Патент РФ №2121049, кл. Е04Н 9/02, опубл. 1998 г./.

Недостатком известного способа является то, что при возведении такого здания не обеспечивается его жесткость в плане, таким образом, данный способ устройства здания может привести к образованию чрезмерных неравномерных деформаций и невозможности дальнейшей эксплуатации сооружения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ регулирования неравномерных осадок многоэтажного здания с плитным или свайно-плитным фундаментом, заключающийся в перемещении центра масс и жесткости всего здания, с целью более равномерного распределения нагрузки на фундаментную плиту и, как следствие, уменьшения относительной разности осадок фундамента. Реализация данного способа осуществляется путем устройства дополнительных элементов жесткости как после, так и в процессе возведения каркаса здания /Патент РФ №2520751, кл. E02D 35/00, опубл. 2014 г./.

Недостатком этого способа является то, что при устройстве высотного здания с использованием данного способа невозможно обеспечить его работу при сильном сейсмическом воздействии. Таким образом, область применения данного способа устройства сооружения ограничена территорией с балльностью до 6 баллов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение себестоимости строительства за счет обеспечения возможности уменьшения неравномерных осадок и усилий в конструкциях многоэтажного здания при экономичном решении по основаниям и фундаментам, сокращение времени и трудоемкости строительства. Кроме этого технической задачей является возможность устройства высотного здания на естественном основании в районах с сейсмичностью до 9 баллов.

Поставленная задача решается таким образом, что в способе возведения высотного здания на естественном основании, включающем расчет напряженно-деформированного состояния «основание-фундамент-сооружение», устройство плитного фундамента и возведение высотного здания с перераспределением элементов жесткости в соответствии с условием равномерности осадок фундамента, согласно изобретению, сначала устраивают плитный фундамент под высотную часть здания и возводят здание на расчетную высоту, рассчитанную из условия предотвращения опрокидывания здания при сейсмическом и/или ветровом воздействии, после этого устраивают плитный фундамент под стилобатную часть здания и возводят оставшуюся часть высотного здания и стилобата одновременно, при обеспечении равномерной осадки фундамента.

Предлагаемый способ возведения высотного здания отличается тем, что сначала устраивают плитный фундамент под высотную часть здания и возводят здание на расчетную высоту, рассчитанную из условия предотвращения опрокидывания здания при сейсмическом и/или ветровом воздействии, после этого устраивают плитный фундамент под стилобатную часть здания и возводят оставшуюся часть высотного здания и стилобата одновременно, при обеспечении равномерной осадки фундамента.

Перераспределение элементов жесткости системы "фундамент-здание" производят путем разделения времени устройства высотной и стилобатной части сооружения. Сейсмическая устойчивость здания от опрокидывания при этом обеспечивается достаточностью опорной части сооружения.

Перед началом строительства проводят расчеты напряженно-деформированного состояния системы "основание-фундамент-сооружение", в том числе и на сейсмические воздействия с определением минимальной высоты здания и площади опорной части, при которых не происходит опрокидывания сооружения в результате ветровых и сейсмических воздействий. После этого определяют жесткость опорной части высотного здания, так чтобы осадки при первом этапе строительства - возведении высотной части - были равномерными. Далее производится строительство с контролем напряженно-деформированного состояния конструкций с помощью мониторинга.

Реализация технической задачи осуществляется путем разделения возведения высотного сооружения на несколько этапов. На первом возводится высотная часть с жестким основанием, подобранным таким образом, чтобы не происходило опрокидывания здания, а также осадки сооружения были равномерными. На следующем этапе производится одновременное возведение стилобатной и высотной части до проектной отметки. Вес оставшейся высотной и стилобатной частей должен быть близким для того, чтобы осадка сооружения оставалась равномерной.

Технический результат заключается в снижении неравномерности деформаций основания и уменьшении усилий в конструкциях сооружения за счет временного разделения осадок высотной и стилобатной частей, а также возможности строительства высотного здания в районах с сейсмичностью до 9 баллов на естественном основании.

Изобретение позволяет предотвратить возникновение предельных неравномерных осадок фундамента как во время возведения здания, так и в период его эксплуатации. Высоту здания и площадь опорной части, достаточные для восприятия опрокидывающего момента при сейсмическом воздействии, определяется расчетом.

Техническая сущность способа устройства фундамента на естественном основании поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен разрез здания с указанием технологических этапов возведения здания; фиг. 2 - график осадок фундаментной плиты (S, %) при строительстве известным (1) и предлагаемым (2) способом.

Способ осуществляют в следующей последовательности. Перед началом строительства производят расчеты напряженно-деформированного состояния фундамента и конструкций здания с определением оптимальной высоты, площади и жесткости опорной части сооружения. На естественном основании бетонируют фундаментную плиту 1 в пределах возводимой конструкции. После ее твердения возводят каркас здания заданной высоты 2. Далее переходят к одновременному дальнейшему возведению высотной 3 и опорной части здания 4 с равным весом.

Пример:

Осуществляют строительство высотного здания каркасно-связевой конструктивной схемы высотой 300 м. Вокруг высотной части здания планируется строительство стилобатной части, состоящей из двух подземных этажей. Стилобатная и высотные части в плане имеют форму квадрата с длиной каждой стороны 130 и 70 м соответственно. Среднее давление под подошвой фундамента составляет 50 т/м². Основанием фундаментов служат пески гравелистые с модулем деформации 100 МПа. Глубина заложения фундаментов составляет 10 м.

При строительстве такого сооружения на естественном основании традиционным способом потребуется устройство коробчатого фундамента для всей стилобатной части, состоящего из нижней плиты толщиной 4 м, верхней плиты толщиной 2 м, центрального ядра жесткости размерами 30×30 м и более 50 вертикальных диафрагм жесткости. В результате расчетов для данного типа фундамента была получена средняя осадка, составляющая 170 мм, при этом максимальная осадка составила 215 мм, а минимальная 110 мм. Крен здания в результате однородности конструктивной схемы и грунтового основания в плане равен нулю. Максимальная неравномерность осадок составила 1,5*10³. При этом для возможности нормальной эксплуатации данного сооружения потребуется устройство довольно мощных диафрагм жесткости, что затрудняет эксплуатацию сооружения и увеличивает стоимость строительства.

При реализации предлагаемого способа строительство здания ведется в два этапа. На первом этапе устраивается фундамент под высотную часть и производится возведение здания до отметки 200 м, при которой не возникает опасности опрокидывания здания в результате сейсмических или ветровых воздействий. На втором этапе после устройства фундамента под стилобатной частью ведется одновременное возведение оставшейся высотной и стилобатной частей. Нагрузка от строящихся частей здания при этом подбирается одинаковой. При этом достигается снижение величины неравномерной осадки относительно случая единовременного строительства сооружения каркасной схемы до 80% (фиг. 2), а усилий в конструкциях до 40%. Кроме этого, за счет раздельного строительства высотной и стилобатной происходит замена жесткой коробчатой, принятой при обычном способе проектирования, на каркасную конструктивную схему, чем обеспечивается значительное снижение материалоемкости, сокращение времени строительства, освобождение дополнительных площадей, а также снижение трудоемкости выполнения работ.

Приведенный пример иллюстрирует, как, разделяя осадки высотной и стилобатной частей, можно добиться выравнивания осадок фундамента, уменьшения усилий в конструкциях и сокращения материалоемкости всего каркаса здания.