Строительство на подрабатываемых и карстоопасных территориях

−вертикальные, если разность осадок фундаментов колонн при расчете на особое сочетание нагрузок не превышает значений, приведенных в СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений»;

−горизонтальные, если их значения не превышают значений предельных горизонтальных перемещений (табл. 7).

Таблица 7 Предельные горизонтальные перемещения оснований фундаментов

Примечание. За величину h принимается высота колонн первого яруса рамы.

В случаях когда несущая способность колонн, опирающихся на отдельно стоящие фундаменты, недостаточна для восприятия усилий от деформаций земной поверхности, дальнейшее усиление колонн или уменьшение длины отсеков нецелесообразно, предусматривают устройство между фундаментами связей-распорок в одном или двухуровнях.

Связи-распорки в двух уровнях целесообразно применять на подрабатываемых территориях групп I, Iк–IIIк и на просадочных грунтах групп I–0, а также на площадках со сложными горно-геологическими условиями. Для уменьшения в связях-распорках усилий от воздействия сдвижения грунта следует устраивать шов скольжения по площади контакта подошвы фундамента с бетонной подготовкой.

Если перечисленные мероприятия не обеспечивают требуемой несущей способности колонн, следует изменить конструктивную схему здания или предусмотреть устройство фундаментов в виде перекрестных балочных систем, сплошных железобетонных плит и т. д.

Устойчивость одноэтажных каркасных зданий (отсеков) в поперечном направлении обеспечивают защемлением колонн в фундаментах (см. рис. 12). В продольном направлении по всем средним рядам колонн необходимо устраивать блоки жесткости с вертикальными связями между колоннами (см. рис. 13) . В пределах блока жесткости фунда-

61

менты колонн необходимо связывать связями-распорками. Допускается обеспечивать устойчивость каркасов одноэтажных зданий установкой специальных элементов жесткости (диафрагм, колонн увеличенного сечения, многоэтажных пристроек) по продольным и поперечным рядам колонн.

Для снижения усилий в вертикальных связях при неравномерных деформациях основания их выполняют с применением линейно-по- движных соединений, допускающих возможность перемещения колонн связевого блока при неравномерных осадках относительно связей

(см. рис. 13, в).

Устойчивость многоэтажных зданий в поперечном и продольном направлениях обеспечивают защемлением колонн в фундаментах, устройством между колоннами вертикальных связей или выполнением жестких узлов соединений ригелей с колоннами. Вертикальные связи, обеспечивающие пространственную устойчивость здания или его отсеков, группируют в пространственные блоки в средней части здания (отсека). Для обеспечения совместной работы каркаса и пространственных блоков необходимо, чтобы перекрытия имели достаточную жесткость в горизонтальной плоскости.

Предельные длину и ширину отсека каркасного здания определяют в зависимости от расчетных величин деформаций земной поверхности. Деформационные швы между отсеками проектируют в виде парных рам или шарнирно-подвижного опирания пролетных конструкций и перекрывают их компенсаторами с заделкой эластичным заполнителем.

Для покрытий одноэтажных каркасных зданий, как правило, применяют наиболее простые статически определимые конструкции. Целесообразность применения неразрезных систем покрытий следует в каждом случае обосновывать статическим расчетом на неравномерные деформации основания.

Применение в качестве покрытий складчатых, тонкостенных пространственных конструкций должно быть обосновано статическим расчетом.

В качестве ограждающих конструкций для каркасных зданий применяют унифицированные крупноразмерные стеновые панели, обеспечивая их податливое крепление к элементам каркаса здания таким образом, чтобы нагрузки на ограждающие конструкции от деформирования каркаса были минимальными или совсем исключались.

62

Стеновые ограждающие конструкции закрепляют в двух углах по горизонтали шарнирно-подвижно, а в двух других – шарнирнонеподвижно. Допускаемую разность осадок смежных колонн здания ∆h определяют по формуле

где ∆п – величина зазора между стеновыми панелями; l – расстояние между осями смежных колонн; Hп – высота стеновой панели.

Применение самонесущих каменных стен предусматривает их разрезку у колонн каркаса здания с опиранием на рандбалки и креплением к элементам каркаса. Внутренние стены, проходящие по осям каркаса здания, крепят к колоннам гибкими анкерами и предусматривают зазоры не менее 50 мм в местах примыкания к наружным стенам, плитам и ригелям и в местах пересечения их технологическими и санитарнотехническими трубопроводами.

Впроизводственных зданиях в качестве подъемно-транспортных средств следует отдавать предпочтение подвесному и напольному подъемно-транспортному оборудованию. Для обеспечения нормальной работы кранов следует предусматривать возможность рихтовки подкрановых конструкций, регулировки подвесок. В зданиях с мостовыми кранами применяют разрезные подкрановые балки.

Вместах разделения здания на отсеки предусматривают консольное опирание подкрановых балок или устройство специальных балоккомпенсаторов, деформационную способность которых следует определять в зависимости от ожидаемой величины деформационного шва.

4.6. Расчет бескаркасных зданий на подрабатываемых территориях

Бескаркасные здания на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах проектируют по жестким или комбинированным конструктивным схемам, не допускающим прогрессирующего обрушения частей зданий при повреждении отдельных несущих конструкций:

−с продольными несущими стенами и поперечными диафрагмами жесткости (стены лестничных клеток, лифтовых шахт и др.);

−с поперечными и продольными несущими стенами.

Несущие стены зданий располагают, как правило, симметрично относительно продольной и поперечной осей зданий и обеспечивают равномерное распределение жесткостей по длине и ширине здания.

63

Поперечные стены проектируют сквозными на всю ширину здания. В случае если по планировочным требованиям нарушается сквозное расположение поперечных стен, необходимо предусматривать устройство их связи с внутренней продольной стеной, которое должно обеспечивать совместную работу продольных и поперечных стен как единой перекрестной системы. При этом смещение поперечных стен допускается на величину (в осях) не более 0,6 м.

Величина смещения продольных стен допускается не более 1,8 м, при этом место излома продольных стен должно быть связано с поперечными несущими стенами.

Конструкции бескаркасных зданий, в том числе зданий со встроенными помещениями, проектируют как элементы единой пространственной системы для восприятия усилий от приходящихся на них нагрузок и воздействий неравномерных деформаций основания. С этой целью предусматривают:

−устройство замкнутых фундаментного и цокольного поясов по всем наружным и внутренним стенам;

−устройство в крупноблочных и кирпичных зданиях поэтажных железобетонных поясов, располагаемых в уровне перемычек или перекрытий по всем наружным и внутренним стенам, а в панельных зданиях – поэтажных поясов, совмещенных с конструкциями наружных и внутренних стеновых панелей;

−соединение конструкций фундаментов с надфундаментными конструкциями с вертикальными связями;

−соединение панелей перекрытий между собой и с несущими стенами, а также заливку швов между панелями цементным раствором марки 100.

Впанельных зданиях допускается совмещение фундаментного и цокольногопоясовсконструкциями цокольных железобетонных панелей.

Типовые проекты зданий должны предусматривать общие объем- но-планировочные и конструктивные решения надземной части. Конструктивные решения подземной части разрабатывают в нескольких вариантах применительно к различным условиям строительства.

Деформационные швы в бескаркасных зданиях предусматривают в виде парных поперечных стен. Толщина стен должна отвечать теплотехническим требованиям, предъявляемым к зданиям в зависимости от расчетной температуры наружного воздуха.

64

В крупнопанельных зданиях стыки между элементами выполняют одним из следующих способов:

−в виде шпонок со сваркой арматурных выпусков и замоноличиванием шпонок бетоном;

−сваркой стальных закладных деталей, приваренных к рабочей арматуре;

−соединением скобами петлевых выпусков с последующим замоноличиванием.

Сечение соединительных элементов в стыках между элементами стен определяют расчетом. В горизонтальных стыках панелей предусматривают швы из цементного раствора марки не ниже 100.

Стальные закладные детали и соединительные элементы в стыках должны быть защищены от коррозии.

В каменных зданиях углы и пересечения стен армируют сетками с

ячейками размером 7×7 см из арматуры диаметром 4–6 мм, укладываемыми в горизонтальных швах по высоте элемента через 1 м и заделываемыми в каждую сторону от пересечений осей стен на 1,2–1,5 м.

Глубина опирания панелей перекрытий и покрытий на несущие стены панельных зданий должна быть не менее 12 см.

Конструкции, ослабленные каналами, штрабами, нишами, усиливают установкой дополнительной арматуры в соответствии с расчетом или конструктивными требованиями.

Конструкции фундаментно-подвальной части бескаркасных зданий проектируют преимущественно сборно-монолитными с применением сборных изделий заводского изготовления. В случае если такие решения не обеспечивают достаточной прочности и жесткости, подземную часть здания проектируют монолитной. В целях увеличения жесткости допускается также предусматривать устройство в фундаментно-под- вальной части здания дополнительных стен.

При устройстве лоджий со смещением участков продольных стен на расстояние не более 1,5 м в осях предусматривают прямолинейные железобетонные стеновые и фундаментные пояса в плоскости стены, а также по контуру лоджий.

В качестве прямолинейных элементов стеновых поясов допускается использовать конструкции перекрытий над лоджиями, которые должны быть усилены в месте изломов и иметь надежные связи с конструкциями основного пояса.

65

Одна из стен лоджии должна быть, как правило, продолжением поперечной стены здания. Балконы и эркеры следует устраивать на консольном выносе перекрытий. В зданиях, проектируемых с учетом выравнивания, предусматривают опирание лоджий на перекрытие.

4.7. Основные требования к расчету конструкций зданий на карстоопасных территориях

При проектировании зданий и сооружений I и II уровней ответственности на закарстованных территориях необходимо рассчитывать систему «основание–фундамент–здание», предполагая совместную работу основания, фундамента и надземных конструкций с учетом наращивания жесткости здания в процессе его возведения.

При расчетах зданий и сооружений на закарстованных территориях используют программные продукты, реализующие численные методы и позволяющие моделировать трехмерное пространство.

В расчетной схеме учитывают напластование грунтов, возможные зоны ослабления карстоопасных участков (Прил. Е), изменения свойств грунтовойсреды, впроцессе строительства иэксплуатации сооружения.

При опирании фундаментов на четвертичные грунты необходимо использовать упругопластические или вязкоупругопластические модели грунта. При опирании фундаментов на полускальные грунты и скальные породы возможно использование упругой модели грунта. Для определения параметров упругопластической или вязкоупругопластической модели грунта проводят соответствующие исследования при проведении инженерно-геологических изысканий.

Расчеты зданий и сооружений на закарстованных территориях выполняют как минимум в двух различных программах. В расчете моделируют начальное напряженное состояние основания до начала строительства и учитывают технологию возведения сооружения. Помимо этого, должно быть учтено возможное образование карстовых полостей или ослабленных зон и их возможное влияние на строящееся здание или сооружение, а также существующие рядом здания и сооружения.

Основания зданий и сооружений проектируют с учетом возможности возникновения деформаций карстового происхождения в соответствии с исходными данными и материалами инженерно-геологических изысканий. Основанием сооружений, возводимых на закарстованных

66

территориях, принимают толщу грунтов, глубина которой не менее глубины сжимаемой толщи и глубины расположения форм подземного карста, которые могут проявиться на земной поверхности.

Расчет оснований сооружений, возводимых на закарстованных территориях, производят всоответствии с требованиями СП 50-101-2004.

При карстовых деформациях в виде оседания поверхности рекомендуется применять методику расчета сооружений на подрабатываемых территориях (СП 50-101-2004) с учетом специфики карстовых деформаций, связанной с механизмом их проявления и продолжительностью.

Конструктивные мероприятия могут осуществляться по жесткой и податливой схемам в зависимости от вида сооружения и степени карстовой опасности.

Увеличение жесткости и прочности надфундаментной части сооружений осуществляется за счет применения железобетонных и армированных поясов, тяжей и горизонтальных монолитных диафрагм, усиления несущих элементов конструкций армированными обоймами и рубашками, введения дополнительных связей в каркасных конструкциях.

Увеличение податливости сооружений достигается устройством в подземной части швов скольжения, введением шарнирных и податливых связей между элементами конструкций, снижением жесткости несущих конструкций и др.

Основные конструктивные элементы противокарстовой защиты сооружений предусматривают в подземной части путем применения коробчатых фундаментов, плоских или ребристых плит, перекрестных ленточных фундаментов. Не допускается применение отдельно стоящих фундаментов.

Фундаменты выполняются из монолитного железобетона. При соответствующем обосновании допускается применение сборных ленточных фундаментов с монолитными железобетонными поясами.

При расчете фундаментов положение возможных карстовых провалов под сооружением принимают исходя из наиболее неблагоприятного их влияния на работу сооружения. При этом обязательным является расчетное положение провала под колоннами, пересечениями стен, углами сооружений, в середине большей и меньшей сторон.

Техническое решение и глубина заложения фундамента проектируемого здания или сооружения должны отвечать требованиям СП 50-

67

101-2004 и ТСН 22-304-06. Противокарстовые элементы фундамента (пояса, ростверки, связи) либо весь фундамент (ленточный, плитный, рамный, пространственный и т. д.) рассчитывают по СНиП 2.03.01-84* на особые нагрузки карстового происхождения по первой группе предельных состояний.

При выборе расчетных параметров основания свайных фундаментов, ослабленного карстовым провалом, рекомендуется применять общепринятую расчетную схему основания, т. е. полное исключение основания из работы в пределах расчетного диаметра провала и восстановление жесткости основания до первоначальной в пределах «ослабленной зоны» вокруг провала (по линейной зависимости). В прил. В дана методика расчета ширины «ослабленной зоны» вокруг провала основания свайных фундаментов.

Жесткость и прочность фундамента в угловых и краевых участках зданий и сооружений может быть увеличена путем консольного удлинения лент и консольного увеличения размеров плит за пределы плана сооружения. Длину консоли определяют в зависимости от конструктивных решений фундаментов сооружения, а также параметров расчетного карстового провала.

Консоли рекомендуется принимать следующих размеров:

−балочные не менее 0,7 прогнозируемого расчетного диаметра карстового провала;

−плитные не менее 0,4 прогнозируемого расчетного диаметра карстового провала при условии, что ширина плиты больше вышеназванного диаметра в 1,5 раза.

Консоли рекомендуются в следующих случаях:

−для бескаркасных жилых и гражданских зданий при возможности образования карстового провала диаметром от 6 до 9 м;

−для каркасных гражданских и промышленных зданий при возможности образования карстового провала диаметром от 3 до 9 м.

Консоли допускается не предусматривать при условии обеспечения надежности фундамента конструктивными и другими инженерными мероприятиями.

При проектировании фундаментов каркасных и бескаркасных зданий высотой до 5 этажей допускается не учитывать жесткость наземных частей. Во всех других случаях расчет фундаментов производят с учетом жесткости наземных частей здания.

68

Проектирование фундаментов для условий II–IV категорий карстоопасности выполняют в следующей последовательности:

−анализ исходных данных и выбор типов фундаментов (не менее двух) для вариантного проектирования;

−расчет фундаментов (на ЭВМ) при разных вариантах возможного расположения карстового провала;

−расчет фундамента (на ЭВМ) с учетом жесткости наземных частей здания для наихудших вариантов возможного расположения карстового провала;

−разработка технических решений фундаментов;

−технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов. Фактическую нагрузку на фундамент определяют любым методом,

позволяющим получать перераспределение нагрузок на фундаменты вокруг карстового провала. В случаях когда основанием фундаментов являются глинистые грунты от тугопластичной до полутвердой консистенции, при диаметре карстового провала до 6 м, допускается пользоваться табл. 8, в которой приведены значения коэффициента К, учитывающего увеличение нагрузки на сваю или среднего давления под подошвой фундамента в связи с карстовым провалом. В дальнейших расчетах фактическая нагрузка на сваю Nф или среднее давление под подошвой фундамента Рф должно быть принято:

где N и Р – нагрузки, передаваемые на фундамент без учета карста. Значения Nф и Рф для любых грунтовых условий и диаметров кар-

стового провала допускается определять прямым расчетом, используя соответствующие программы.

Для жилых бескаркасных зданий высотой менее 5 этажей и для каркасных промышленных и гражданских зданий коэффициент К может быть определен из теории работы балок и плит на линейнодеформируемом (или упругом) основании. Методика расчета фундаментов таких зданий, включающая определение коэффициента К для широкого диапазона грунтовых условий и конструктивных решений фундаментов, заложена в программах расчета (Прил. Г).

69

Расчет противокарстовых ленточных фундаментов выполняют как для балки на упругом основании, расчет плитных фундаментов – как для плиты на упругом основании с использованием имеющегося программного обеспечения. По результатам расчета выполняется армирование монолитных лент или плиты в соответствии с требованиями нормативных документов.

Применение висячих свай в качестве противокарстового мероприятия не допускается. Такие сваи могут применяться при наличии в верхних слоях основания насыпных, органо-минеральных или органических грунтов. При этом следует принимать плитный или ленточный ростверк, объединяющий сваи. Узел сопряжения свай с ростверком должен предусматривать возможность их выскальзывания, чтобы исключить дополнительное нагружение основания зависающими сваями, находящимися на участке образовавшегося провала под фундаментом.

При неглубоком залегании карстующихся грунтов допускается возводить сооружения на сваях, прорезающих эти грунты и заглубленных в ненарушенные грунты на глубину не менее 2 м.

При расчете свай необходимо учитывать дополнительные усилия, возникающие при перемещении обрушающихся грунтов надкарстовой толщи.

70