Классификация сооружений по жесткости. Влияние жесткости сооружений на величины осадок фундаментов.

Жесткость сооружений. В зависимости от чувствительности к деформациям основания все здания и сооружения можно условно разделить на три основных типа: абсолютно гибкие, абсолютно жесткие и конечной жесткости.

Абсолютно гибкие сооружения. Такие сооружения беспрепятственно следуют за перемещениями поверхности грунтов основания во всех точках контакта так, что дополнительных усилий при развитии неравномерных осадок в их конструкциях практически не возникает. Примером таких конструкций являются насыпи (полотно автодорог, земляные дамбы и др.). Даже значительная неравномерная осадка для них не является опасной. Для обеспечения проектных отметок насыпь делают выше на величину ожидаемой осадки, т. е. придают насыпи строительной подъем (рис. 1.1, а). К этому

Рис 1 1 Деформации основания под абсолютно гибкими сооружениями а - насыпь из сыпучего грунта, б - днище стального цилиндрического

резервуара

же типу сооружений относятся днища металлических вертикальных цилиндрических резервуаров, которые без ущерба для прочности могут получать большой прогиб (рис. 1.1, 6).

Абсолютно жесткие сооружения. Подошва таких сооружений сохраняет свою плоскую форму при любом виде деформации основания. У таких сооружений неравномерная осадка - крен. Выравнивание осадок происходит за счет развития в конструкциях сооружения дополнительных усилий. Давление от жесткого сооружения на грунт распределяется равномерно, а реактивные давления в грунте распределяются по криволинейной эпюре (рис. 1.2). К сооружениям такого типа относятся дымовые трубы, домны, элеваторы, атомные реакторы, массивные мостовые опоры и т. п.

Рис 1 2 Распределение напряжений под фундаментами абсолютно жестких сооружений / - распределенное равномерное давление по обрезу фундамента. 2 - эпюра контактных напряжений под подошвой фундамента

Большинство зданий и сооружений обладает конечной жесткостью. Они также перераспределяют давление по подошве фундамента, однако частично следуют за искривлением поверхности основания. Дополнительные усилия вызывают деформации и образование трещин в элементах конструкций. Это происходит тогда, когда усилия превышают прочность конструкций. При возникновении трещин жесткость сооружения снижается, а давление по подошве вновь перераспределяется.

Для исключения возможности развития недопустимых трещин необходимо рассматривать совместную работу сооружения и основания.

Наблюдения за деформациями зданий и сооружений показывают, что для конструкций зданий наиболее опасным является неравномерность осадок их фундаментов. Поэтому в нормах [1] вводится ограничение не только на величину средней предельной осадки s_u, но и на относительную разность осадок (D s/L).

Большинство зданий и сооружений чувствительно к возникновению неравномерных осадок. Однако, повышая жесткость здания, можно снизить или полностью устранить неравномерность осадок. Примером зданий абсолютной жесткости, имеющих равномерную осадку, являются элеваторы, дымовые трубы, градирни, здания АЭС и ТЭЦ. Эти сооружения обладают способностью выравнивать осадки за счет перераспределения давления под подошвой фундамента.

Однако многие здания и сооружения выполняют конструктивно не из монолитного железобетона, а из кирпича и сборных железобетонных элементов. Поэтому жесткость таких зданий значительно меньше и они не могут погасить неравномерности деформаций. Согласно принятой классификации, подобные здания относятся к категории сооружений практической жесткости.

Мероприятия для уменьшения деформаций оснований: Конструктивно уменьшить чувствительность сооружений к деформациям оснований, особенно к их неравномерности; для этого либо увеличить жесткость сооружения, сделать его монолитным, либо, наоборот, увеличить его гибкость, придавая статическую определимость; можно разрезать каркас сооружения осадочными швами на короткие и относительно жесткие блоки.

Виды деформаций оснований и сооружений.

В зависимости от причин возникновения деформации оснований проявляются в виде вертикальных, горизонтальных и угловых перемещений. Возможные виды и формы неравномерных деформаций сооружений и оснований подразделяются на указанные далее виды.

Абсолютная осадка жесткого сооружения либо отдельно стоящего фундамента s определяется как среднее вертикальное перемещение подошвы фундамента.

Прогиб и выгиб связаны с искривлением сооружений Такого вида деформации характерны для многих зданий и сооружений, не обладающих очень большой жесткостью. Протяженные здания на одних участках могут получать прогиб, а на других - выгиб. При прогибах наиболее опасная зона растяжения находится в нижней части сооружения, а при выгибе - в верхней. Чем большей жесткостью обладает сооружение, тем большие усилия возникают.

Перекос возникает в конструкциях в случаях, когда резкая неравномерность осадок проявляется на участке небольшой протяженности при сохранении относительно вертикального положения конструкции Такой вид деформаций характерен для каркасных зданий.

Крен - поворот сооружения по отношению к вертикальной оси, проходящей через центр тяжести площади подошвы фундамента. Такой тип деформаций наиболее опасен для высоких сооружений (дымовые трубы, здания повышенной этажности, мачты, вышки и т. п.), загруженных с эксцентриситетом или в основании имеющих несимметричное напластование грунтов. В этом случае крен приводит к развитию дополнительных моментов, которые, в свою очередь, способствуют увеличению крена, что может привести к потере устойчивости сооружения и его опрокидыванию. Крен могут получать колонны и стены, жестко не связанные с остальными конструкциями.

Закручивание возникает при неодинаковом крене сооружения по его длине и при развитии крена в двух сечениях сооружения в разные стороны. При этом виде деформации дополнительные усилия развиваются не только в стенах, но и в конструкциях перекрытий, которые могут изгибаться или перемещаться в горизонтальном направлении.

Горизонтальные перемещения фундаментов возникают, если опирающиеся на них конструкции передают значительные горизонтальные усилия (распорные конструкции, подпорные стенки, мостовые опоры и т. п.)