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

115

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

116

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:

117

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: