Деформирование малоэтажных зданий от компонентов напряжений высотных домов, находящихся по соседству сними

А.М.Самедов, д.т.н.; Н.Н.Иванова, НТУУ «КПИ», Киев

Современные архитектурные ансамбли в городах требуют расположения малоэтажных зданий (офисы, магазины, паркинги и т.д.) по соседству с высотными жилыми домами. В таких сложных архитектурных ансамблях бо­льше всего деформируются малоэтажные зда­ния, на которые влияет распределение компо­нентов напряжений от высотных зданий в грунтовых основаниях.

Для выяснения влияния компонентов напряжений от высотных домов на выпирание грунтов под фундаментами малоэтажных зда­ний, а также на возникновение опасности го­ризонтальных смещений малоэтажных зданий рассмотрим эпюры распределения компонен­тов нормальных σ_x, σ_z и касательных τ_xz = τ напряжений под действием распределенных нагрузок q - от высотных и q₁ - от малоэтаж­ных зданий, расположенных рядом. При этом принимаем некоторые условия:

а) величины q и q₁ определены по несу­щей способности грунтового основания оди­наково и выражены соответственно по ширине подошвы фундаментов, т.е. ширина подошвы фундаментов В и В₁ определена из расчетного сопротивления R грунтов основания одинако­вой величины;

б) глубины заложения фундаментов под высотным и малоэтажным зданием принимаем на одном уровне;

в) распределение компонентов напряже­ний от малоэтажных зданий не в состоянии сопротивляться мощным компонентам напря­жений высотных зданий и подвергаются гори­зонтальному смещению.

При таких условиях распределение рав­ных напряжений под высотным и малоэтаж­ным зданием будет зависеть от координат ве­личин b и b₁.

Распределение равных компонентов но­рмальных σ_x, σ_z и касательных τ_xz= τ напряже­ний обоих зданий приведены на рис.1.

Как видно из рис.1, распределение рав­ных компонентов напряжений высотных зда­ний полностью захватывает основания и под­земные части малоэтажных зданий, т.е. осно­вания и фундаменты малоэтажных зданий ос­таются внутри активной зоны высотных зда­ний.

С целью обеспечения безопасности ма­лоэтажных зданий от мощных влияний компо­нентов напряжений высотных зданий необхо­димо принимать расстояние между высотными и малоэтажными зданиями не менее 1,5В (где В - ширина высотных зданий).

Однако такое расположение зданий да­леко друг от друга нарушает архитектурный облик современного проспекта или улицы го­рода. Поэтому соблюдение расстояния между зданиями 1,5В является нецелесообразным. При проектировании и строительстве следует предусматривать специальные инженерные мероприятия, обеспечивающие защиту мало­этажных зданий от опасных влияний распре­деления компонентов напряжений высотных домов, расположенных по соседству с ними.

Горизонтальные силы Т от высотных зданий создают опасность смещения подзем­ных частей малоэтажных зданий и выпирание грунта под фундаментом (рис.2).

Без инженерных мероприятий малоэтаж­ные здания быстро деформируются и разру­шаются. Наиболее надежным и экономически целесообразным может быть применение шпунтовых ограждений (из буронабивных, буроинъекционных или забивных железобе­тонных свай) между высотными и малоэтаж­ными зданиями. Шпунтовые ограждения могут быть приняты как сплошные, так и с зазорами. Длина шпунтовых ограждений между высотными и малоэтажными зданиями должна быть на всю глубину активной зоны высотных зда­ний или не менее 0,75В, так как при 0,75В (где В - ширина высотного здания) распределение равных компонентов напряжений не превыша­ет 0,3 q (где я - действующая вертикальная распределенная нагрузка от высотных зданий под подошвой фундамента), и это значение нагрузки не может вызывать выпирание грунтов из-под фундаментов или создавать горизонтальные смещения малоэтажных зданий.

Рис.1. Распределение равных компонентов напряжений

Применение шпунтовых ограждений (рис.З) между двумя зданиями позволяет им воспринимать компоненты напряжений от каждого здания отдельно. При этом компоненты напряжений гасятся шпунтовым ограждением, а грунтовые основания работают в условиях своеобразной обоймы между шпунтами и рас­пределением напряжений, где отсутствует вы­пирание грунта под большим давлением от высоких зданий.

Рис.2. Влияние горизонтальных сил

Следует отметить, что обычно компо­ненты напряжений определяются с помощью совместного решения уравнений равновесия, перемещения и неразрывности деформаций, которые сопровождаются достаточно сложны­ми математическими вычислениями. Однако можно упростить решение задачи с примене­нием функции Ери, которая заменяет эти уравнения и позволяет с помощью формулы функции ϕ определить компонент напряжений при различных видах нагружений.

Рассмотрим возможности применения функции Ери ϕ для определения компонентов напряжений, возникающих от горизонтальных сил Т высотных зданий и действующих на фунда­мент малоэтажных зданий, которые могут смещать целиком эти сооружения (рис. 2).

Рис.З. Способы защиты малоэтажных зданий от компонентов напряжений высотных зданий

Сначала определим функцию Ери ϕ от горизонтальных сил Т высотных зданий

Компоненты нормальных σ_x, σ_z и касательных τ_xz напряжении с помощью функции Ери ϕ (1) определяются формулами:

Значение функции Ери ϕ для грунтовых оснований зависит от схемы нагружений. Для практических расчетов часто встречающихся схем нагружения оснований приводим величины функции Ери ϕ в таблице 1.

Таблица 1. Значения функции Ери ϕ, соответствующие схемам нагружений

На основе экспериментально-теоретичес­ких исследований можно сделать следующие выводы.

1. Установлено, что основания и фунда­менты малоэтажных зданий, возведенных по соседству с высотными зданиями или тяжелы­ми сооружениями, полностью находятся в ак­тивной зоне влияний компонентов нормаль­ных и касательных напряжений последних. При этом компоненты . напряжений, распро­страняющиеся в горизонтальном направлении, могут смещать малоэтажные здания или де­формировать грунт под их фундаментами.

2. Предложены методы определения ком­понентов напряжений при различных схемах нагружения оснований с помощью функции Ери ϕ, на замену существующих сложных математических вычислений при совместном решении уравнений равновесия, перемещения и неразрывности деформации.

3. Предложены инженерные меры защиты от деформаций малоэтажных зданий, попа­дающих под действие компонентов напряже­ний высотных зданий.