Способ возведения высотного здания на естественном основании

Авторы патента:

E02D27/34 - возводимые в просадочных или сейсмических районах (сейсмостойкие сооружения E04H 9/02)

Владельцы патента RU 2634762:

Акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Строительство", АО "НИЦ "Строительство" (RU)

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. Способ возведения высотного здания на естественном основании включает 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. 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. Затем устраивают плитный фундамент под стилобатную часть здания и возводят оставшуюся часть высотного здания и стилобата одновременно, при обеспечении равномерной осадки фундамента. Технический результат состоит 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. 2 ил.

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.

Способ возведения высотного здания на естественном основании, включающий 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, отличающийся 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.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении сейсмостойких свайных фундаментов зданий и сооружений в сейсмических районах. Сейсмостойкий свайный фундамент включает группу свай, железобетонный ростверк, жестко соединенный со сваями.

Способ ведения буровзрывных работ с экранированием // 2630004

Изобретение относится к горному делу, в частности к области буровзрывных работ. Способ ведения буровзрывных работ с экранированием включает предварительное создание сейсмоэкранирующей щели путем взрывания зарядов взрывчатых веществ, установленных в скважинах.

Виброизолятор для фундаментов зданий, работающих в сейсмически опасных районах // 2617737

Изобретение относится к средствам защиты зданий и сооружений от сейсмической нагрузки. Виброизолятор для фундаментов зданий, работающих в сейсмически опасных районах, содержит корпус, основание, упругий элемент, нижний и верхний ограничители хода упругого элемента, выполненные из эластомера, и резьбовую втулку, соединяющую упругий элемент с виброизолируемым объектом, корпус жестко связан с основанием, выполненным в виде круглого подпятника, на который опирается нижний цилиндрический упругодемпфирующий элемент из эластомера с осевым цилиндроконическим отверстием, выполняющий функции нижнего ограничителя хода пружины, ось которой перпендикулярна основанию.

Сейсмоизолирующая система "свая в трубе в опускном колодце" // 2603317

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при проектировании и строительстве жилых, общественных и промышленных зданий, сооружений. Сейсмоизолирующая система «свая в трубе в опускном колодце» состоит из здания на свайном фундаменте с высоким ростверком, окруженного подпорной стенкой, деформационного сейсмошва между зданием и подпорной стенкой, железобетонных свай, расположенных внутри труб, в верхней части жестко соединенных с ростверком, нижней частью заглубленных в несущие грунты 1-й или 2-й категорий по сейсмическим свойствам, выключающихся связей между сваями и верхней частью труб, верх которых между отметками подошвы подпорной стенки и низа ростверка.

Сейсмостойкое промышленное здание // 2589244

Изобретение относится к строительству, а именно к возведению зданий и сооружений в сейсмических районах. Сейсмостойкое промышленное здание включает каркас, фундамент и промежуточные элементы.

Виброизолятор для фундаментов зданий, работающих в сейсмически опасных районах // 2565303

Плоскостной подшипник качения и способ его применения в сейсмических фундаментах для защиты зданий и сооружений от горизонтальных колебаний земной коры при землетрясениях // 2545569

Изобретение относится к строительству в сейсмически опасных районах, а именно к устройствам, снижающим воздействие горизонтальных колебаний земной коры на здания и сооружения, и способам защиты и сохранения несущих конструкций зданий при землетрясениях.

Фундамент для просадочных оснований // 2541962

Изобретение относится к строительству, в частности к возведению фундаментов на просадочных основаниях. Фундамент для просадочных оснований, включающий наружную коническую или пирамидальную оболочку с уширением в нижней части.

Плитный фундамент, усиленный обоймой в вечномерзлом грунте // 2541692

Изобретение относится к строительству фундаментов мелкого заложения на вечномерзлых грунтах. Плитный фундамент в вечномерзлом грунте, усиленный заглубленной обоймой, расположенной вне фундамента по его периметру на некотором расстоянии от края плиты.

Сейсмоизолирующая опора // 2539475

Изобретение относится к области строительства, в частности к опорам сейсмостойких сооружений (зданий). Сейсмоизолирующая опора включает несущий элемент колонны, которая через верхнюю опорную плиту опирается на резинометаллическую опору (РМО), а нижняя опорная пластина РМО при помощи анкерных болтов соединена с фундаментом, РМО выполнена из поочередно уложенных друг на друга упругих резиновых листов (прокладок) и металлических листов, а в средней части устроено центральное ядро.

Виброизолированный фундамент производственного здания // 2643225

Изобретение относится к фундаментам зданий и сооружений в сейсмоопасных регионах. Виброизолированный фундамент производственного здания содержит каркас здания с основанием, несущие стены с ограждениями в виде пола и потолка, которые облицованы звукопоглощающими конструкциями, оконные и дверные проемы, а также штучные звукопоглотители, содержащие каркас, в котором расположен звукопоглощающий материал, и установленные над шумным оборудованием. Базовые несущие плиты перекрытия снабжены в местах их крепления к несущим стенам здания системой пространственной виброизоляции, состоящей из горизонтально расположенных виброизоляторов, воспринимающих вертикальные статические и динамические нагрузки, а также вертикально расположенных виброизоляторов, воспринимающих горизонтальные статические и динамические нагрузки. Пол в помещениях выполнен на упругом основании и содержит установочную плиту, выполненную из армированного вибродемпфирующим материалом бетона, которая устанавливается на базовой плите межэтажного перекрытия с полостями через слои вибродемпфирующего материала и гидроизоляционного материала с зазором относительно несущих стен производственного помещения. Полости базовой плиты заполнены вибродемпфирующим материалом, например вспененным полимером. Упругое основание пола выполнено из жесткого пористого вибропоглощающего материала, например эластомера или полиуретана, со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30÷45%, или из иглопробивных матов типа «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, или из твердых вибродемпфирующих материалов, например пластиката, или из звукоизоляционных плит на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м3. Потолок выполнен акустическим подвесным, состоящим из жесткого каркаса, подвешиваемого к потолку производственного здания с расположенным внутри каркаса звукопоглощающим материалом, обернутым акустически прозрачным материалом, а к каркасу прикреплен перфорированный лист, причем каркас выполнен по форме в виде прямоугольного параллелепипеда с размерами сторон в плане В×С, отношение которых лежит в оптимальном интервале величин B:С=1:1…2:1, причем также должны соблюдаться оптимальные соотношения размеров: D - от точки подвеса каркаса до любой из его сторон и E - толщины слоя звукопоглощающего материала, причем отношение этих размеров должно находиться в оптимальном интервале величин: E:D=0,1…0,5, а в каркасе установлены светильники. Перфорированный лист подвесного потолка имеет следующие параметры перфорации: диаметр перфорации - 3…7 мм, процент перфорации 10%…15%. Основание каркаса здания выполнено с виброизоляцией железобетонной плиты, состоящей из связанных между собой железобетонных балок в основании здания, которая включает в себя по крайней мере четыре виброизолятора, устанавливаемых между металлической плитой и железобетонной балкой, расположенной в основании здания, выполненного за одно целое с по крайней мере восемью ленточными фундаментными блоками, являющимися своеобразными "ловушками". Каждая из металлических плит установлена на по крайней мере трех железобетонных столбах-упорах, а между каждыми ленточными фундаментными блоками и каждой из железобетонных балок устанавливаются песчаные подушки, а под виброизоляторами закреплены тензорезисторные датчики, контролирующие осадку виброизоляторов. Песчаные подушки установлены в металлических разъемных обоймах. Каждый из виброизоляторов состоит из жестко связанных между собой резиновых плит: верхней и нижней, в которых выполнены сквозные отверстия, расположенные по поверхности виброизолятора в шахматном порядке, а по форме виброизоляторы выполнены квадратными или прямоугольными, а их боковые грани выполнены в виде криволинейных поверхностей n-го порядка, обеспечивающих равночастотность системы виброизоляции в целом, при этом отверстия имеют в сечении форму, обеспечивающую равночастотность виброизолятора. Каждый из виброизоляторов состоит из основания, упругого сетчатого элемента и шайб, взаимодействующих со втулками, при этом основание выполнено в виде пластины с крепежными отверстиями, а сетчатый упругий элемент своей нижней частью опирается на основание и фиксируется нижней шайбой, жестко соединенной с основанием, а верхней частью фиксируется верхней нажимной шайбой, жестко соединенной с центрально расположенным кольцом, охватываемым соосно расположенным кольцом, жестко соединенным с основанием. Плотность сетчатой структуры упругого сетчатого элемента находится в оптимальном интервале величин: 1,2 г/см3 ÷ 2,0 г/см3. Материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм ÷ 0,15 мм. Технический результат состоит в повышении сейсмостойкости производственного здания. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.