Особенности проектирования фундаментов высотных зданий
Обновлено: 19.05.2024
Конструктивные решения высотных зданий
Прочность, устойчивость и пространственная жесткость высотных зданий обеспечиваются совместной работой горизонтальных (перекрытий) и вертикальных (стен и рам) конструкций. Через перекрытия вертикальные и горизонтальные нагрузки, действующие на здание, передаются вертикальным несущим конструкциям, а от них на грунт. Интенсивность, направление и характер передачи нагрузок зависят от геометрии вертикальных элементов и их расположения в плане.
В проектировании и строительстве высотных зданий применяются разнообразные конструктивные решения, принимаемые проектировщиками в зависимости от различных факторов:
- функционального назначения;
- высоты здания;
- природно-климатических условий;
- комплексной безопасности высотных зданий;
- градостроительной ситуации;
- архитектурно-планировочных решений;
- архитектурно-композиционных требований;
- инженерно-технических систем и оборудования.
Важное значение имеют четыре первых фактора, остальные во многом зависят от конкретных условий строительства.
В зависимости от принятой конструктивной схемы здания вертикальные несущие конструкции могут состоять либо из системы стоек и балок типа каркасов, либо из системы стен-диафрагм – сплошных или решетчатых, либо из тех и других вместе (комбинированные системы). Стены-диафрагмы могут быть из линейных элементов или объединяться в трехмерные конструкции – ядра (стволы) жесткости. Плоские стены, в свою очередь, могут быть непрерывными в плане, пересекающими все здание или иметь произвольное расположение.
Так как решающее значение при проектировании высотных зданий имеют горизонтальные нагрузки, например ветровые и сейсмические, вертикальные несущие конструкции должны состоять из достаточно жестких конструктивных элементов, чтобы исключить нежелательные деформации здания. С целью увеличения жесткости в продольном и поперечном направлениях здания устраивается система горизонтальных связей. Горизонтальные нагрузки через перекрытия передаются вертикальным связевым конструкциям. Передача горизонтальных нагрузок происходит с помощью соединении, воспринимаемых сдвигающие усилия и устраиваемых между вертикальными несущими конструкциями и перекрытиями.
Выбор вертикальных несущих конструкций, их комбинаций и связей является выбором конструктивной системы здания, жесткость которой определяется расчетом и зависит от многих факторов. Наиболее важным фактором с точки зрения обеспечения устойчивости высотного здания является оказание им сопротивления ветровым нагрузкам, увеличивающимся с повышением высоты здания.
По функциям конструктивные элементы, из которых состоит высотное здание, в зависимости от их назначения подразделяется на две группы: несущие и ограждающие. Несущие конструкции здания состоят из взаимосвязанных горизонтальных и вертикальных элементов. В совокупности они образуют конструктивную систему, которую называют несущим остовом здания.
Критерием выбора конструктивной системы высотного здания является удовлетворение условиям жесткости и устойчивости, а также комфортности пребывания людей на верхних этажах, зависящим от величины и характера ветровых нагрузок:
- горизонтальные перемещения здания от действия суммы полных нормативных вертикальных нагрузок и средней составляющей (статической) ветровой нагрузки с учетом поворота фундамента должны составлять не более 1/500 его высоты;
- ускорение колебаний перекрытий верхних этажей при действии нормативной пульсационной составляющей ветровой нагрузки не должно превышать 0,08 м/с 2 .
В случае невыполнения этих условий требуется увеличить жесткость высотного здания, что достигается либо заменой конструктивной системы на более жесткую, либо включением в работу дополнительных вертикальных несущих конструкций, к которым относятся стены, рамы, стволы (ядра жесткости) и их комбинации. Для увеличения жесткости зданий вертикальные несущие конструкции, в свою очередь, дополнительно могут усиливаться связями, в качестве которых применяются связевые системы как в виде отдельных плоских или решетчатых диафрагм, устраиваемых в плане, так и в виде связевых поясов – ферм, предусматриваемых в одном или нескольких уровнях по высоте здания.
Горизонтальные несущие конструкции – перекрытия и покрытия здания воспринимают приходящиеся на них вертикальные и горизонтальные нагрузки и воздействия, передавая их поэтажно на вертикальные несущие конструкции, последние, в свою очередь, передают эти нагрузки и воздействия через фундаменты основанию. Горизонтальные несущие конструкции высотных зданий, как правило, однотипны и обычно представляют собой железобетонный диск (сборный, монолитный или сборно-монолитный) или (в последнее время) сталежелезобетонный, они воспринимают приходящиеся на них вертикальные и горизонтальные нагрузки и воздействия, передавая их поэтажно на вертикальные несущие конструкции – колонны, стены, пилоны и через фундамент на основание (грунт).
Вертикальные несущие конструкции классифицированы на четыре основные конструктивные системы высотных зданий – каркасную (рамную), стеновую (бескаркасную, диафрагмовую), ствольную и оболочковую:
каркасная – с пространственным рамным каркасом, применяется преимущественно в строительстве многоэтажных сейсмостойких зданий. В свою очередь, каркасные системы подразделяются на рамнокаркасные, каркасные с диафрагмами жесткости, каркасно-ствольные;
- стеновая (бескаркасная) – самая распространенная в жилищном строительстве, ее используют в зданиях различных планировочных типов высотой от одного до 30 этажей;
- ствольная система применяется в зданиях выше 16 этажей. Наиболее целесообразно применение ствольной системы для компактных в плане многоэтажных зданий, особенно в сейсмостойком строительстве, а также в условиях неравномерных деформаций основания (на просадочных грунтах, над горными выработками и др.);
- оболочковая (коробчатая) система присуща уникальным высотным зданиям жилого, административного или многофункционального назначения;
- комбинированные (смешанные) системы сочетают в себе отдельные признаки двух других систем, к ним относят каркасностеновые, каркасно-ствольные и коробчато-ствольные и др.
Основные конструктивные системы ориентированы на восприятие всех силовых воздействий одним типом несущих элементов. Так, например, при стержневых конструкциях узлы сопряжения колонн с ригелями должны быть жесткими (рамными) в обоих направлениях, чтобы обеспечить восприятие вертикальных и горизонтальных воздействий.
Наряду с основными системами широко применяют и комбинированные конструктивные системы. В этих системах вертикальные несущие конструкции компонуются их различных видов элементов. К их числу относятся системы: каркасно-диафрагмовая со связями в виде стен – диафрагм жесткости, с неполным каркасом (несущие наружные стены и внутренний каркас), каркасно-ствольная, ствольностеновая, ствольно-оболочковая и др. (рисунок ниже).
Применяемые конструктивные системы высотных зданий
а – бескаркасная (стеновая); б – рамная; в – каркасная с диафрагмами жесткости; г – ствольная; д – каркасно-ствольная; е – коробчатая (оболочковая); ж – коробчато-ствольная (оболочково-ствольная)
Высотные здания состоят из различных конструктивных элементов, располагаемых как в подземной, так и в надземной частях высотного здания.
Подземные конструкции. В системе «высотное здание – фундаменты – основание» наиболее нагруженными конструкциями являются конструкции подземной части, на которые передаются все действующие на здание вертикальные, ветровые (или сейсмические] нагрузки. Промежуточным звеном в этой системе являются фундаменты, от выбора типа которых зависит как надежное функционирование остальных несущих конструкций высотного здания, так и комфортное пребывание в них людей.
Футдаментом называется подземная часть здания или сооружения, воспринимающая все нагрузки, как постоянные, так и временные, возникающие в надземных частях, и передающая давление от этих нагрузок на основание.
Одним из основных факторов, влияющих на выбор типа фундаментов, являются инженерно-геологические условия площадки строительства. Результаты этих изысканий обеспечивают предварительную оценку несущей способности основания, его возможность осадок и их неравномерности, общей устойчивости основания. Неблагоприятные результаты могут служить основанием для отказа от выбранной площадки строительства по требованиям безопасности или из-за высокой стоимости мероприятий по понижению интенсивности влияния этих процессов. Кроме того, изыскания позволяют выявить возможное влияние строительства высотного здания на окружающую застройку.
Глубина заложения фундаментов принимается такой, чтобы обеспечить жесткость подземной части здания, заделку здания в основание и уменьшение осадок и кренов сооружения.
С учетом изложенного выше для высотных зданий наиболее эффективными решениями фундаментов могут быть следующие варианты:
- плитные фундаменты повышенной жесткости, плитные переменной толщины, а также коробчатого типа с развитой подземной частью, на естественном или укрепленном основании;
- свайные фундаменты, в том числе в виде глубоких опор с заделкой нижних концов в коренные породы грунтов – известняки;
- комбинированные свайно-плитные (КСП) фундаменты (рисунки ниже).
Конструктивные типы фундаментов высотных зданий
а – плитный; б – плитный переменной толщины; в – плитный коробчатого типа; г – свайный со сплошным плитным ростверком; д – комбинированный свайно-плитный
Выбор конструкции фундамента осуществляется на основании технико-экономического сравнения вариантов и зависит от конструктивно-планировочной схемы здания, характера напластований грунтов, их физико-механических характеристик и взаимодействия строящегося здания с массивом грунта и окружающей застройкой.
Плитный фундамент представляет собой сплошную железобетонную плиту повышенной жесткости (толщиной 1,5 и более метров), расположенную под всей площадью возводимого здания. Нагрузки от здания распределяются по всей поверхности фундаментной плиты и передаются на грунты основания главным образом через подошву.
Применяются фундаментные плиты переменной толщины с утоньшением в области краев плиты.
Плитные фундаменты традиционно являются наиболее простым конструктивным решением. Однако условия взаимодействия таких фундаментов с основанием при применении их для высотных зданий требуют тщательного расчетного обоснования из-за возможного возникновения кренов, выпоров грунта из-под края фундамента, значительных изгибающих усилий в конструкции фундамента, потенциальной возможности потери общей устойчивости здания. При достаточно прочных и малодеформируемых грунтах плитные фундаменты могут применяться при больших (более 500 кПа) удельных нагрузках на основание, если расчетами доказано отсутствие сколько-нибудь значительного локального выпора грунта из-под фундамента и прогнозируются допустимые для нормальной эксплуатации величины осадок. Для обеспечения перечисленных условий могут применяться следующие мероприятия:
- усиление грунтов в основании;
- устройство консольных выпусков из фундаментной плиты за пределы контура здания;
- устройство отсечных стенок, препятствующих выпору грунта из-под фундаментной плиты;
- организация деформационных швов;
- разработка оптимальных схем передачи нагрузок на основание, учитывающих очередность возведения зданий, входящих в комплекс строящегося объекта.
Плитные (сплошные) фундаменты проектируют в виде балочных или безбалочных, бетонных или железобетонных плит. Ребра балочных плит могут быть обращены вверх и вниз. Места пересечения ребер служат для установки колонн каркаса. При большом заглублении сплошных фундаментов и необходимости обеспечить большую их жесткость фундаментные плиты можно проектировать коробчатого сечения с размещением между ребрами и перекрытиями коробок помещений подвалов.
Фундаменты в виде коробчатого сечения применяются при возведении высотных зданий с большими нагрузками. Ребра такой плиты выполняются на полную высоту подземной части здания и жёстко соединяются с перекрытиями, образуя, таким образом, замкнутые различной конфигурации сечения. Этот тип фундамента формирует под зданием развитое подземное пространство, представляя собой нижнюю фундаментную плиту, наружные и внутренние вертикальные несущие конструкции (стены, колонны, стволы) и перекрытия одного или нескольких подземных этажей. Количество участвующих в работе перекрытий определяется по расчету.
Вместе с подземной частью такой плитный фундамент еще называется «плавающим». Применение его может оказаться эффективным при строительстве высотных зданий на основаниях, сложенных не столь прочными грунтами, которые рекомендуются для сплошных фундаментных плит. В то же время повышение этажности подземной части высотного здания потребует как геотехнического обоснования проектов, так и решения ограждающих конструкций котлованов.
Примером плитного фундамента под высотным зданием может служить фундамент Дрезднер банка во Франкфурте-на-Майне (1978 г.). Это офисное здание высотой 166 м (32 надземных этажа) в качестве фундамента имеет железобетонную плиту толщиной 4,0 м и общей площадью 3400 м 2 .
Плитный фундамент коробчатого типа был реализован при возведении высотного здания «Эдельвейс» (высота 175 м) на Давыдковской улице в Москве.
Свайные фундаменты устраивают при строительстве зданий на слабых сильносжимаемых водонасыщенных грунтах, а также при передаче на основание больших нагрузок от колонн и стен. Этот тип фундамента обеспечивает передачу нагрузки на более плотные грунты, расположенные на некоторой глубине. Свайный фундамент под высотным зданием предполагает устройство свайного поля чаще всего из буронабивных или буроинъекционных свай различной конфигурации, объединенных сплошным массивным жестким ростверком, занимающим всю площадь пятна застройки возводимого здания. Работа этого типа фундамента заключается в следующем: нагрузки от здания воспринимаются ростверком, распределяются на сваи и передаются на грунты основания за счет трения по боковой поверхности и сопротивления под нижним концом сваи (рисунок ниже). Классическим вариантом свайного фундамента для высотного здания является фундамент здания Коммерцбанка во Франкфурте-на-Майне: 111 свай длиной 45 м передают нагрузку от надфундаментной конструкции на слой прочного франкфуртского известняка.
При недостаточной несущей способности плита фундамента может быть эффективно дополнена мощными буронабивными опорами и превратиться в комбинированный свайно-плитный фундамент, повышающий взаимодействие здания с основанием. Однако применение такого конструктивного варианта допустимо лишь при отсутствии в основании высоко расположенных водоносных пластов или при осуществлении водопонижения.
Схемы работы свайного и комбинированного свайно-плитного (КСП) фундамента:
а – свайный фундамент; б – комбинированный свайно-плитный фундамент (КСП)
Комбинированный свайно-плитный фундамент (КСП) состоит из свай и железобетонной плиты, располагаемой при наличии подземных этажей у пола нижнего этажа. В отличие от свайного фундамента нагрузка в КСП-фундаменте воспринимается и плитой, и сваями одновременно (рисунок выше), причем доля нагрузки, воспринимаемая плитой или сваями, зависит от расстояния между сваями, которое обычно принимается равным 5-6 диаметрам. Примером применения комбинированного свайно-плитного фундамента является высотный жилой комплекс с подземной автостоянкой, проектируемый по ул. Краснобогатырская, вл. 28 в г. Москве, где приняты буронабивные сваи диаметром 1,2 м, длиной 17 м и фундаментная плита толщиной 1,8 м.
В зависимости от несущей способности и конструктивной схемы здания сваи размещают в один или несколько рядов или кустами, верхним концам последних укладывают монолитные или сборные железобетонные ростверки, а на кусты свай – оголовки.
Мировой опыт показывает, что случайный учет приведенных выше условий приводит к негативным явлениям. Так, в частности, в Шанхае, в центре города, где размещено значительное количество небоскребов, подстилающая порода начинает проседать под их тяжестью.
Надземные конструкции высотных зданий представляют собой наружные и внутренние стены, каркас, стволы и оболочки. Конструкции внутренних стен и колонн высотных зданий по существу технического решения мало отличаются от применяемых в зданиях высотой до 75 м. Наиболее существенное отличие заключается в увеличении их сечений как по требованиям увеличения несущей способности, так и по резко возросшим требованиям к пределу огнестойкости.
Для наиболее нагруженных элементов используются сталежелезобетонные конструкции с жесткой арматурой из прокатных или сварных элементов, дополненной гибкой арматурой по контуру.
Радикальное увеличение несущей способности колонн дает переход к колоннам из трубобетона. В таких колоннах стальная оболочка из круглой стальной трубы, заполненной бетоном высокой прочности, создает обжатие бетонного ядра, служа одновременно вертикальной и горизонтальной арматурой колонн. За счет вертикального и горизонтального обжатия бетонного ядра несущая способность колонны увеличивается вдвое (по сравнению с железобетонной колонны из бетона того же класса) с соответствующим уменьшением размеров поперечного сечения.
Колонны из трубобетона широко внедрены в строительство высотных зданий преимущественно в Юго-Восточной и Восточной Азии. Процент армирования трубобетонных колонн составляет 4-5%, не превышая, таким образом, процента армирования железобетонных колонн с жесткой арматурой.
Еще одним важным несущим элементом высотного здания являются междуэтажные перекрытия, отличающиеся большим разнообразием и зависящие от конструктивной системы несущего остова, этажности гадания, его габаритных размеров в плане и действующих на перекрытия вертикальных и, что особенно важно, горизонтальных нагрузок.
Конструктивные решения перекрытий подчинены требованиям пожарной безопасности, обеспечения их прочности и минимальной деформативности в плоскости (на горизонтальные), из плоскости (на вертикальные нагрузки и воздействия).
Первое требование ограничило вариантность конструкций перекрытий по их материалу: они должны быть несгораемыми и соответственно железобетонными. Основные варианты железобетонных перекрытий – монолитная плоская или ребристая плита, монолитная с оставляемой сборной железобетонной опалубкой, сборная из многопустотных, сплошных или ребристых настилов. В зарубежной практике основным вариантом перекрытия является сталежелезобетонная конструкция из стальных балок и монолитной железобетонной плиты по профилированному стальному настилу, который служит одновременно несъемной опалубкой и отчасти армированием плиты. Этот вариант конструкции перекрытия, как правило, проектируют с подвесным потолком, который скрывает в интерьере стальные балки и создает пространство для разводки многочисленных коммуникаций - электрических, вентиляционных и др.
В зависимости от конструктивной системы здания применяют те или иные виды наружных стен, которые проектируют несущими и ненесущими (навесными).
Несущие стены участвуют в работе конструктивной системы здания на все виды силовых воздействий и воспринимают переменные по высоте здания ветровые нагрузки, включая их пульсационную составляющую.
Следует отметить, что наружные стены подвергаются в процессе строительства и эксплуатации значительным силовым и температурно-климатическим воздействиям, поэтому их проектируют с учетом конструктивных систем высотных зданий. В каркасных системах и их разновидностях с колоннами, расположенными по периметру, применяют навесные конструкции. Как правило, это легкие элементы с листовыми обшивками из стали или алюминия и средним теплоизоляционным слоем.
В последнее время получили распространение навесные стеновые панели с применением закаленного и армированного стекла. Такие конструкции при требуемой по условиям эксплуатации прочности и жесткости имеют малый вес, что весьма актуально для высотных зданий, высота которых может достигать нескольких сотен метров, с точки зрения максимально возможного снижения нагрузок на несущие элементы каркаса, фундаменты и грунты основания.
Конструктивные решения высотных зданий – важнейший элемент проектирования. От выбора конструктивного решения зависит прежде всего безопасность пребывания в высотном здании, а также объемно-пространственные, архитектурно-планировочные и инженерно-технические решения. Правильный выбор конструкций позволит создавать современные безопасные и высокохудожественные высотные здания.
СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*
10 Особенности проектирования оснований высотных зданий
10.1 Требования настоящего раздела распространяются на проектирование оснований зданий высотой более 75 м, в том числе на высотные части зданий в составе разноэтажных комплексов.
10.2 При проектировании оснований, фундаментов и конструкций подземной части высотного здания следует учитывать требования раздела 9.
10.3 При проектировании оснований, фундаментов и конструкций подземной части высотных зданий, инженерно-геологические изыскания следует выполнять на территории, размеры которой должны превышать плановые размеры основания надземной части высотного здания с каждой ее стороны на величину не менее 0,5, где - ширина надземной части здания.
10.4 Программа инженерно-геологических изысканий для проектирования оснований высотных зданий должна пройти геотехническую экспертизу и получить согласование организации, имеющей соответствующую аккредитацию.
10.5 В процессе инженерно-геологических изысканий следует выявлять геологические разломы, складчатые структуры, области разрушения или повышенной трещиноватости скальных грунтов, а также иные признаки древней и современной тектонической деятельности. Для этого рекомендуется применять геофизические методы исследований. Результаты инженерно-геологических изысканий должны содержать выводы о современной тектонической активности площадки.
10.6 Не допускается размещение высотных зданий на площадках с выявленной современной тектонической активностью, с проявлениями опасных геологических процессов (оползни, сели, лавины, карст и др.), а также на подрабатываемых территориях.
Размещение высотных зданий на площадках с потенциальной возможностью проявления опасных геологических процессов допускается в случае проектирования мероприятий, исключающих активизацию таких процессов или обеспечивающих требуемую степень безопасности здания.
10.7 При выполнении инженерно-геологических изысканий дополнительно к требованиям 9.7 следует для грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента:
определять деформационные характеристики на основе комплекса лабораторных исследований, включающих одновременно компрессионные и стабилометрические испытания, а также полевых исследований, включающих испытания штампом или прессиометром;
исследовать реологические характеристики, параметры механической и фильтрационной анизотропии.
10.8 При проектировании оснований зданий высотой более 100 м расчетные значения модуля деформации грунтов должны приниматься по формуле (5.1) при коэффициенте надежности по грунту 1,1. Для зданий высотой более 200 м значение может быть увеличено.
10.9 При проектировании оснований, фундаментов и конструкций подземной части высотных зданий следует предусматривать работы по научно-техническому сопровождению в соответствии с 4.14, 4.15.
10.10 Расчет оснований высотных зданий во всех случаях следует выполнять по первой и второй группам предельных состояний с учетом коэффициента надежности по ответственности здания в соответствии с ГОСТ 27751.
10.11 Определение величин нагрузок на основание и расчеты оснований, фундаментов и конструкций подземной части высотных зданий следует выполнять, в обязательном порядке рассматривая совместную работу системы "основание - фундамент - здание" в соответствии с 5.1.6.
10.12 При расчете оснований высотных зданий по деформациям следует учитывать зависимость деформационных и прочностных характеристик грунтов от длительности приложения нагрузок.
Расчет осадок основания следует выполнять на основные сочетания постоянных и длительных нагрузок.
Расчет кренов фундамента следует выполнять на основные сочетания постоянных, длительных и кратковременных (преимущественно ветровых) нагрузок. При этом величина крена должна складываться из двух составляющих: - крен от действия постоянных и длительных нагрузок; - крен от действия кратковременных нагрузок.
При определении величины следует использовать расчетные значения модуля деформации грунта, а при определении величины следует использовать расчетные значения модуля упругости грунта .
Примечание - Модуль упругости грунта может быть получен с помощью геофизических исследований, при их отсутствии допускается принимать для скальных грунтов и для нескальных грунтов.
10.13 Предельные значения характеристик совместной деформации основания, фундаментов и конструкций здания (см. 5.6.5) должны устанавливаться исходя из технологических, конструктивных, физиологических и эстетико-психологических требований в соответствии со СП 20.13330.
10.14 Проверку соблюдения условия формулы (5.6) следует проводить в составе совместных расчетов системы "основание - фундамент - здание".
10.15 При проектировании оснований и фундаментов высотных частей зданий в составе разноэтажных комплексов следует выполнять расчет взаимного влияния строительства отдельных частей комплекса с учетом последовательности их возведения.
10.16 При проектировании оснований и фундаментов высотных частей зданий в составе разноэтажных комплексов рекомендуется предусматривать их опережающее строительство по отношению к примыкающим малоэтажным частям с целью уменьшения неравномерных осадок последних.
Расчет основания высотной части здания по первой и второй группам предельных состояний при использовании фундаментов на естественном основании дополнительно необходимо выполнять для строительного случая, соответствующего нахождению фундамента на поверхности нескального грунта в котловане при условии отсутствия пригрузки от веса примыкающих малоэтажных частей комплекса.
10.17 При проектировании зданий высотой более 100 м в районах с сейсмичностью 5 баллов и более необходимо выполнять расчет на сейсмическое воздействие в соответствии с подразделом 6.12.
Особенности проектирования фундаментов высотных зданий
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И УСТРОЙСТВО
ОСНОВАНИЙ, ФУНДАМЕНТОВ И ПОДЗЕМНЫХ ЧАСТЕЙ
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ И ЗДАНИЙ-КОМПЛЕКСОВ
РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН НИИОСП им. Н.М.Герсеванова - филиалом ФГУП "НИЦ "Строительство" и группой специалистов (академик РААСН, д-р техн. наук, проф. В.А.Ильичев, д-р техн. наук, проф. В.П.Петрухин, д-р техн. наук, проф. В.И.Шейнин, кандидаты техн. наук Л.Г.Мариупольский, И.В.Колыбин, Д.Е.Разводовский, В.Г.Федоровский, С.Г.Безволев, С.В.Курило, В.В.Михеев, А.Л.Смилянский, О.А.Шулятьев, гл. специалист Б.Н.Астраханов)
РЕКОМЕНДОВАН к принятию НТС НИИОСП им. Н.М.Герсеванова 8 сентября 2006 г.
УТВЕРЖДЕН приказом и.о. генерального директора ФГУП "НИЦ "Строительство" от 15 марта 2007 г. N 32
Для специалистов широкого профиля в области строительства
1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1 Настоящий документ распространяется на проектирование и устройство оснований, фундаментов и подземных частей многофункциональных зданий и комплексов высотой более 75 м.
1.2 Основания, фундаменты и подземные части высотных зданий следует проектировать в соответствии с требованиями норм на проектирование оснований, фундаментов и подземных сооружений (СНиП 2.02.01, СНиП 2.02.03, МГСН 2.07, МГСН 4.19), норм на нагрузки и воздействия (СНиП 2.01.07), норм на бетонные и железобетонные конструкции (СНиП 2.03.01, СНиП 52-01) и "Общих положений к техническим требованиям по проектированию зданий высотой больше 75 м", нормативных документов, содержащих требования к материалам и правилам производства работ, а также в соответствии с СП 50-101, СП 50-102 и настоящим документом (перечень нормативных документов, на которые есть ссылки в тексте, приведен в приложении Б).
1.3 Строительство высотных зданий в районах проявлений опасных геологических и техногенных процессов (карстово-суффозионных, оползневых, активных разломов и др.) может осуществляться только на основании анализа материалов инженерно-геологических изысканий на площадке предполагаемого строительства с проведением экспертной геотехнической оценки территории и выбором типа фундаментов при участии Экспертно-консультативной комиссии по основаниям, фундаментам и подземным сооружениям при Правительстве Москвы, НИИОСП им. Н.М.Герсеванова, Мосгоргеотреста, а также институтов РАН соответствующего профиля.
1.4 Все высотные здания вне зависимости от сложности инженерно-геологических условий рекомендуется относить к геотехнической категории 3 (т.е. к категории наиболее сложных систем по МГСН 2.07).
1.5 При проектировании высотных зданий соответствующими специализированными организациями должны разрабатываться утверждаемые заказчиком технические условия, отражающие специфику проектирования, строительства и эксплуатации объекта.
Начиная с подготовительного этапа строительства, необходимо осуществлять геотехническую экспертизу разрабатываемой документации по объекту, как это предусмотрено Правилами [24] и Регламентом [25].
1.5.1 На подготовительном этапе строительства объекта следует осуществлять экспертную оценку геотехнической сложности площадки строительства и потенциальной опасности его для окружающей городской застройки и геологической среды (на основании анализа архивных материалов Мосгоргеотреста и других организаций) и, при необходимости, разрабатывать рекомендации по корректировке месторасположения объекта.
1.5.2 В процессе подготовки градостроительное обоснование рассматривается организациями, указанными в Правилах [24] и Регламенте [25], согласовывается программа инженерных изысканий для разработки предпроектной (градостроительной) документации, а также проводится экспертиза технического отчета по инженерным изысканиям.
1.5.3 После утверждения градостроительного обоснования:
рассматривается и согласовывается программа инженерных изысканий для разработки проекта;
проводится оценка влияния строящегося объекта на окружающую застройку и геологическую среду;
составляются программы мониторинга и обследования окружающей застройки.
1.5.4 В процессе разработки проектов:
осуществляется экспертиза отчетов по инженерным изысканиям и по обследованию окружающей застройки;
рассматривается и согласовывается программа по мониторингу строительства;
осуществляется экспертиза проектной документации в части технических решений и проекта организации строительства (ПОС) оснований, фундаментов и подземных сооружений, проекта ограждения котлована на период строительства, а также разрабатываемых при необходимости проектов усиления инженерной защиты.
1.6 При инженерных изысканиях, проектировании и строительстве высотных зданий применительно к каждому зданию необходимо научно-техническое сопровождение со стороны специализированных научных организаций с составлением регламента всех отдельных видов работ и текущим контролем за его выполнением.
1.7 Для обеспечения безопасности высотных зданий рекомендуется в составе рабочей документации разрабатывать специальный раздел по натурным наблюдениям за основными несущими конструкциями, в том числе основаниями, фундаментами и элементами подземной части здания на период его строительства и эксплуатации.
2 ТРЕБОВАНИЯ К ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИМ ИЗЫСКАНИЯМ
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ И КОМПЛЕКСОВ
2.1 Инженерно-геологические изыскания должны проводиться в соответствии с рекомендациями СНиП 11-02, СП 11-105, МГСН 2.07, Инструкцией [26] и настоящим документом.
2.2 Результаты инженерно-геологических изысканий должны содержать данные, необходимые для обоснованного выбора типов и размеров фундаментов и габаритов несущих конструкций подземных частей здания с учетом прогноза изменений инженерно-геологических условий и возможного развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов (в период строительства и эксплуатации объекта), а также необходимые инженерно-геологические данные для оценки влияния строительства на окружающую застройку и геологическую среду.
2.3 Общую оценку инженерно-геологических условий площадки строительства и предварительный выбор типа фундаментов следует выполнять на основе изысканий на предпроектной стадии. На этой же стадии следует проводить оценку возможного проявления опасных геологических и инженерно-геологических процессов (карстово-суффозионных, оползневых и др.), при наличии которых строительство высотного здания на данной площадке не рекомендуется.
2.4 Возможность строительства высотных зданий и выбор типа фундаментов в районах проявления опасных геологических процессов и в районах со сложными инженерно-геологическими условиями следует рассматривать согласно указаниям п.1.3 настоящего документа и решать с учетом геологического риска возможных потерь в соответствии с Рекомендациями [22]. При этом сложность инженерно-геологических условий должна оцениваться в соответствии с приложением Б к СП 11-105 по совокупности геологических и гидрогеологических факторов.
2.5 В техническом задании на инженерно-геологические изыскания, составляемом в соответствии с требованиями СНиП 11-02, необходимо указать конструктивные характеристики объекта, его геотехническую категорию (в соответствии с п.1.4 категорию 3), а также привести, с одной стороны, характеристику ожидаемых воздействий объекта строительства на природную среду с указанием пределов этих воздействий в пространстве и во времени, а с другой стороны, - воздействий среды на объект в соответствии с требованиями СНиП 22-01.
Техническое задание, утверждаемое заказчиком, должно быть составлено организацией, проектирующей основания, фундаменты и подземные части здания, и согласовано организацией, выполняющей инженерные изыскания.
2.6 Программа инженерно-геологических изысканий должна составляться с участием специализированных организаций по геотехнике. При этом следует учитывать геотехнические особенности высотных зданий, изложенные в приложении А.
В программе инженерно-геологических изысканий на территории строительства следует предусматривать проходку следующих скважин:
разведочных с расстоянием между ними не более 50 м и не менее двух по противоположным углам выбранной площадки;
инженерно-геологических в количестве не менее пяти: по углам и в центре габаритов высотной части здания в плане при расстоянии между ними не более 20 м.
Число разведочных и инженерно-геологических скважин, расстояния между ними как в пределах высотной части здания, так и в пределах остальной площадки застройки назначают в зависимости от изученности и сложности геологических условий площадки с учетом размеров и назначения здания.
Размещение скважин в плане здания должно обеспечить оценку неоднородности напластований грунтов, а также учитывать конструктивные особенности здания и характер распределения нагрузок.
2.7 В составе изысканий следует предусматривать выполнение статического зондирования для уточнения инженерно-геологического строения основания между скважинами, выявления неоднородности грунтов, их прочностных и деформационных характеристик, а также оценки несущей способности свай. Число точек зондирования должно составлять не менее десяти, причем при выявлении значительной неоднородности и сложных грунтовых условий это число следует увеличивать.
2.8 В состав работ при изысканиях следует включать геофизические исследования для уточнения геологического строения массива грунтов между скважинами, в частности определения глубины залегания карстующихся пород, их трещиноватости и закарстованности, наличия и толщины прослоев слабых грунтов и водоупоров, направления и скорости движения подземных вод.
2.9 Для определения деформационных параметров грунтов необходимо предусматривать полевые испытания штампами в количестве не менее трех или прессиометрами в количестве не менее шести для каждого выделенного инженерно-геологического элемента. Программа полевых испытаний должна включать определение модулей общей и упругой деформации соответственно по ветвям нагружения и разгрузки графиков "осадка-нагрузка".
2.10 Лабораторные исследования грунтов должны моделировать работу грунта в основании здания в условиях изменяющегося напряженно-деформированного состояния. В частности, испытания грунта в компрессионных приборах и приборах трехосного сжатия необходимо проводить с учетом естественного напряженно-деформированного состояния грунтового массива и структурной прочности грунта в диапазоне действующих в основании здания напряжений и предусматривать реконсолидацию образцов грунта и учет истории нагружения объема грунта в натуре. Рекомендуется разрабатывать и применять современные способы отбора образцов, обеспечивающие сохранение естественного напряженного состояния образца при отборе и транспортировании.
Программа лабораторных испытаний должна включать определение модуля общей деформации грунта, характеристик упругой деформации (модуль упругости и коэффициент Пуассона), а также структурной прочности грунта на сжатие, определяемой по начальному перелому кривой сжатия согласно методике, описанной в ГОСТ 12248.
2.11 Глубину бурения разведочных и инженерно-геологических скважин, а также глубину зондирования и геофизических исследований следует определять с учетом предполагаемых габаритов здания и нагрузки на основание, а также предварительно выбранного типа фундаментов высотного здания. Минимальную глубину выработок следует назначать с учетом глубины котлована, расчетной глубины сжимаемой толщи основания и параметров свайных элементов фундамента.
2.12 В случаях, когда активная зона массива при строительстве высотного здания и устройстве его подземной части и ограждающей конструкции достигает слоев переуплотненных и скальных грунтов и в расчетах должны учитываться их специфические физико-механические и фильтрационные характеристики, в программе изысканий должны предусматриваться соответствующие лабораторные и натурные испытания для определения этих характеристик.
2.13 При применении плитного фундамента глубина разведочных и инженерно-геологических скважин должна определяться с учетом глубины котлована и сжимаемой толщи и должна составлять не менее . При нагрузках на плиту от 400 до 600 кПа глубина бурения должна быть ниже глубины заложения ее подошвы на величину не менее:
- при ширине плиты 10 м - (1,3-1,6) - для квадратной плиты и (1,6-1,8) - для прямоугольной с соотношением сторон 2;
- при ширине плиты 20 м - (1,0-1,2) - для квадратной плиты и (1,2-1,4) - для прямоугольной с соотношением сторон 2;
- при ширине плиты 30 м - (0,9-1,05) - для квадратной плиты и (1,0-1,25) - для прямоугольной с соотношением сторон 2.
Для промежуточных значений , и или для значений этих величин, выходящих за указанные пределы, глубина выработок назначается по интерполяции и экстраполяции или непосредственно определяется по
2.14 Для свайного фундамента и комбинированного свайно-плитного фундамента глубина инженерно-геологических выработок должна быть не менее чем на 5 м ниже проектируемой глубины заложения нижних концов свай при рядовом их расположении и нагрузках на куст свай до 3 МН и на 10 м ниже - при нагрузках на куст более 3 МП и свайных полях размером до 10х10 м. При свайных полях размером более 10х10 м и применении комбинированных свайно-плитных фундаментов глубина выработок должна превышать предполагаемое заглубление свай на величину не менее 15 м.
Для расчетов осадки свайного фундамента по схеме условного фундамента глубина разведочных выработок должна назначаться с учетом требований п.2.11.
2.15 При наличии слоев специфических грунтов (техногенных грунтов, рыхлых песков, слабых глинистых, органоминеральных и органических грунтов) глубина выработок определяется с учетом необходимости их проходки и установления глубины залегания подстилающих грунтов и определения их характеристик.
В зонах возможного проявления карстово-суффозионных процессов необходимо пробурить не менее двух скважин и вскрыть толщу терригенно-карбонатных грунтов до глубин залегания незакарстованных и невыветрелых разностей карбонатных пород и слоев глин.
2.16 При расположении площадки строительства на наклонном элементе рельефа или вблизи его бровки горные выработки (точки зондирования) необходимо размещать как на самом склоне, так и в зонах, прилегающих к его бровке и подошве, с заглублением части выработок ниже зоны возможного активного развития оползня в несмещаемые породы не менее чем на 3-5 м. Буровые работы, полевые и лабораторные исследования грунтов, гидрогеологические и геофизические исследования должны быть направлены на выявление и изучение всех факторов, имеющих определяющее значение в оползневом процессе (динамика подземных вод, наличие слабых глинистых и суффозионно-неустойчивых песчаных грунтов и др.). Должны быть определены прочностные и реологические характеристики грунтов, проведены прогнозные расчеты устойчивости склона, а в необходимых случаях организованы стационарные наблюдения.
2.17 При устройстве под высотным зданием развитой подземной части при составлении программы инженерно-геологических изысканий следует учитывать дополнительные требования, предъявляемые к изысканиям для подземных и заглубленных сооружений, содержащиеся в п.4.5 Инструкции [26].
2.18 Учитывая значительные глубины сжимаемой толщи основания высотных зданий, допускается при специальном обосновании в программе изысканий часть полевых исследований грунтов (зондирование, испытания грунтов штампами) выполнять со дна котлована.
2.19 При применении свайных и комбинированных свайно-плитных фундаментов следует выполнять испытания свай статическими нагрузками в объеме, зависящем от их общего числа и неоднородности основания, но не менее трех испытаний свай на объект.
2.20 На площадке строительства высотного здания, как правило, следует выполнять опытные геотехнические работы, состав и объем которых определяются специальной программой, разрабатываемой при участии специализированной организации по геотехнике в процессе проектирования в зависимости от инженерно-геологических условий и принятой схемы устройства фундаментов.
Читайте также: