1
Исследование численными методами совместной работы различных моделей оснований и надземной части зданий в грунтовых условиях города
Астаны
к.т.н., доцент А.М. Сонин, магистрант Е.Б. Утепов (кафедра «Строительство»)
Евразийский национальный университет им. Л.Н.Гумилёва, Астана, Казахстан Строительство, архитектура и транспорт: состояние и перспективы развития:
материалы республиканской научно- практической конференции.- Астана, 2011 Аннотация. В работе предложены различные модели оснований и проделан сравнительный анализ по стоимости и материалоемкости совместной работы надземной части и оснований в грунтовых условиях города Астаны.
Abstract. The various models of the grounds and undertaken a comparative analysis on cost and material collaboration overground part and grounds in ground conditions of Astana City.
Ключевые слова: модели оснований, численное моделирование, анализ, экономическая эффективность.
В настоящее время в городе Астане в практике проектирования и строительства высотных зданий применяются различные варианты оснований и фундаментов, что зависит от сложности грунтовых условий, в особенности на левом берегу р. Есиль – высокий уровень грунтовых вод, резко выраженная неоднородность залегания в плане и по глубине толщи аллювиальных грунтов. В ряде случаев перед проектировщиками стоит вопрос – какой слой грунта выбрать в качестве несущего и соответственно, предусмотреть в проекте, например вариант на висячих сваях или увеличив длину свай и использовать в качестве несущего практически несжимаемый грунт, т.е. предусмотреть в проекте сваи-стойки.
Какой вариант выбрать не всегда можно решить однозначно. Интуитивно понятно, что сваи – стойки более выгодны в смысле более эффективного использования несущей способности грунта, но как влияет на распределение усилий в плите или при применении ростверков, ее армирование достаточно глубоко не исследовано.
Необходимо отметить, что и в тех случаях, когда грунтовые условия не относятся к категории сложных (равномерное залегание напластований, незначительное отличие в свойствах грунтов, что характерно для «старой» части города – на правом берегу р. Есиль) проектировщики и в этом случае закладывают в проект с запасом свайные фундаменты, стоимость и трудоемкость которых значительно больше, чем у плит на естественном основании.
Применение того или иного варианта фундаментов в грунтовых условиях города Астаны – одна из нерешенных вопросов на сегодняшний момент.
Основная причина - отсутствие информации по сравнительной эффективности и надежности вариантов фундаментов для конкретных инженерно-геологических
2
условий города Астаны, где они могут быть конкурентоспособны. А как это отразится в факторах материалоемкости и стоимости – основной момент в данной задаче.
Данная работа проделана с использованием метода конечных элементов, реализованных программным комплексом МОНОМАХ 4.5. Рассмотрены следующие виды оснований и фундаментов 18-ти этажного монолитного каркасного здания :
1) Ленточный фундамент на естественном основании;
2) Фундаментная плита на естественном основании;
3) Ростверк- плита на висячих сваях;
4) Ростверк- плита на сваях – стойках;
5) Ленточный свайный ростверк на висячих сваях;
6) Ленточный свайный ростверк на сваях – стойках.
Для всех вариантов выбраны одинаковые характеристики здания и грунтовых условий. Здание выполнено в монолитном железобетонном варианте.
Рассмотрим результаты расчета материалоемкости и стоимости с использованием программного комплекса МОНОМАХ 4.5 для выбранных вариантов фундаментов с учетом совместной работы системы «основание – фундамент - надземная часть здания» .
Ленточный фундамент на естественном основании
Расход материалов. Всего
Материалы Фундаменты Стены Колонны Балки Плиты Перегородки Всего
Бетон, м3 659.91 448.42 250.78 402.62 2083.14 0.00 3844.87
Бетон, цена 9238771 6277825 3510883 5636731 29163962 0 53828172
Арматура, кг 60553 7705 52493 25404 85540 0 231696
Арматура, цена 10294033 1309873 8923890 4318737 14541846 0 39388380
Опалубка, м2 1046.09 2989.44 2510.85 3690.72 8345.28 0.00 18582.39
Опалубка, цена 732263 2092608 1757597 2583506 5841696 0 13007670
Всего, цена 20265068 9680305 14192370 12538974 49547504 0 106224224
Фундаментная плита на естественном основании
Расход материалов. Всего
Материалы Фундам.
плита
Стены Колонны Балки Плиты Перегородки Всего
Бетон, м3 1003.28 448.42 250.78 402.62 2083.14 0.00 4188.24
Бетон, цена 14045915 6277825 3510883 5636731 29163962 0 58635316
Арматура, кг 92143 7239 51267 25209 85540 0 261398
Арматура, цена 15664299 1230623 8715372 4285480 14541846 0 44437620
Опалубка, м2 1034.96 2989.44 2510.85 3690.72 8345.28 0.00 18571.26
Опалубка, цена 724471 2092608 1757597 2583506 5841696 0 12999879
Всего, цена 30434686 9601056 13983852 12505716 49547504 0 116072816
Ростверк- плита на висячих сваях
Расход материалов .Всего
Материалы Ростверк Стены Колонны Балки Плиты Сваи Всего
Бетон, м3 421.21 448.42 250.78 402.62 2083.14 658 шт. 3606.17
Бетон, цена 5896914 6277825 3510883 5636731 29163962 С5-30 50486312
Арматура, кг 49773 8856 50805 29391 85540 16000 тг 224365
3
Расход материалов .Всего
Материалы Ростверк Стены Колонны Балки Плиты Сваи Всего
Арматура, цена 8461433 1505509 8636788 4996538 14541846 0 38142112
Опалубка, м2 864.20 2989.44 2510.85 3690.72 8345.28 0.00 18400.50
Опалубка, цена 604940 2092608 1757597 2583506 5841696 0 12880347
Всего, цена 14963287 9875942 13905268 13216774 49547504 10528000 112036768
Ростверк- плита на сваях – стойках
Расход материалов. Всего
Материалы Ростверк Стены Колонны Балки Плиты Сваи Всего
Бетон, м3 421.21 448.42 250.78 402.62 2083.14 329 шт 3606.17
Бетон, цена 5896914 6277825 3510883 5636731 29163962 С10-30 50486312
Арматура, кг 49773 7796 45790 24681 85540 29000 213581
Арматура, цена 8461433 1325309 7784273 4195838 14541846 0 36308696
Опалубка, м2 864.20 2989.44 2510.85 3690.72 8345.28 0.00 18400.50
Опалубка, цена 604940 2092608 1757597 2583506 5841696 0 12880347
Всего, цена 14963287 9695741 13052753 12416074 49547504 9541000 109216352
Ленточный свайный ростверк на висячих сваях
Расход материалов. Всего
Материалы Ленточн. Стены Колонны Балки Плиты Сваи Всего
Бетон, м3 216.49 448.42 250.78 402.62 2083.14 328 шт 3401.45
Бетон, цена 3030908 6277825 3510883 5636731 29163962 С5-30 47620308
Арматура, кг 22428 7838 45546 24599 85540 16000 тг 185952
Арматура, цена 3812793 1332426 7742816 4181878 14541846 0 31611758
Опалубка, м2 724.37 2989.44 2510.85 3690.72 8345.28 0.00 18260.67
Опалубка, цена 507059 2092608 1757597 2583506 5841696 0 12782466
Всего, цена 7350759 9702858 13011296 12402114 49547504 5248000 97262536
Ленточный свайный ростверк на сваях – стойках
Расход материалов. Всего
Материалы Ленточн. Стены Колонны Балки Плиты Сваи Всего
Бетон, м3 216.49 448.42 250.78 402.62 2083.14 105 шт 3401.45
Бетон, цена 3030908 6277825 3510883 5636731 29163962 С10-30 47620308
Арматура, кг 22428 7838 45546 24599 85540 29000 тг 185952
Арматура, цена 3812793 1332426 7742816 4181878 14541846 0 31611758
Опалубка, м2 724.37 2989.44 2510.85 3690.72 8345.28 0.00 18260.67
Опалубка, цена 507059 2092608 1757597 2583506 5841696 0 12782466
Всего, цена 7350759 9702858 13011296 12402114 49547504 3045000 95059536
Проведенные расчеты различных вариантов фундаментов с использованием метода конечных элементов в рамках поставленной задачи дают возможность расположить варианты фундаментов в следующем порядке по увеличению стоимости и материалоемкости монолитного каркаса здания :
1. Ленточный свайный ростверк на сваях – стойках 100%
2. Ленточный свайный ростверк на висячих сваях 102%
3. Ленточный фундамент на естественном основании 112 %
4. Ростверк-плита на сваях- стойках 115%
5. Ростверк-плита на висячих сваях 118%
6. Фундаментная плита на естественном основании 122%
4
Таким образом, наиболее выгодным вариантом фундаментов в грунтовых условиях города Астаны с учетом совместной работы «основание – фундамент - надземная часть здания» является ленточный свайный ростверк на сваях – стойках. В абсолютном выражении для конкретного здания стоимость первого и шестого вариантов фундаментов отличаются на 21013280 тг.
Литература
1. СНиП РК 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции 2. СНиП РК 5.01-01-2002 Основания зданий и сооружений
3. СНиП РК 5.01-03-2002. Свайные фундаменты
4. Бахвалов Н.Е. Численные методы. Москва 2002 г. 576 стр.
