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 σx, σz и касательных τxz = 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 σx, σz и касательных τxz= 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 σx, σz и касательных τxz 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.
