Лекция №13. строительство в сложных условиях
строительство в сложных условиях
1. Строительство в сейсмических районах.
1.1 Общие положения.
1.2 Объемно-планировочные и конструктивные особенности.
2. Строительство в районах жаркого климата.
2.1 Особенности южных районов.
2.2 Особенности архитектурно-планировочных и конструктивных решений.
2.3 Солнцезащитные устройства.
3. Строительство в районах крайнего севера.
3.1 Особенности северных районов.
3.2 Объемно-планировочные и конструктивные решения.
3.3 Методы строительства на вечномерзлых грунтах.
1. Строительство в сейсмических районах.
1.1. Общие положения.
Сейсмические районы характеризуются тем, что они подвержены периодическим землетрясениям.
Землетрясения сопровождаются колебаниями земной коры, которые приводят к разрыву скальных напластований, смещениям и перемещениям стиснутых блоков в новое положение равновесия, падению подземных кровель и др.
Эти явления проявляются при переходах из потенциальной энергии в кинетическую колебаний на глубине в пределах 25 – 60 км от поверхности земли. Глубинная область возникновения явления называется гипоцентром.
Над гипоцентром на поверхности земли размещается эпицентр. Из гипоцентра во всех направлениях расходятся колебания, которые приводят к возникновению волнообразных колебаний поверхности земли.
Степень землетрясений оценивают размером деформаций поверхностных слоев коры и оценивают по XII-бальной шкале.
Землетрясения до VI баллов не причиняют вреда обычным зданиям и сооружениям. При землетрясении в VII баллов в стенах каменных зданий и сооружений появляются трещины, а при VIII баллах значительные повреждения. Землетрясения в IX баллов приводят к сильным повреждениям, обвалам.
1.2. Объемно-планировочные и конструктивные особенности.
При назначении форм зданий и сооружений следует обеспечить симметрию относительно главных осей и равномерное в плане распределения масс и жесткости.
Невыполнение этих условий может привести к значительным внутренним перенапряжением от крутящих моментов и концентрации напряжений в конструктивных элементах.
Здания и сооружения должны быть простыми по форме, как в плане, так и по фасаду. Если по архитектурно-планировочному замыслу этого избежать невозможно, сложную форму разрезают на простые с помощью антисейсмических швов.
Максимальный размер блока зависит от материала несущих конструкций и расчетной сейсмичности по нормам. Конструктивная особенность антисейсмического шва сходна с деформационными швами.
Все основные несущие конструктивные элементы должны быть по возможности монолитными и однородными, легкими, с пониженным центром тяжести.
Крупные панели закрепляют в 4-х углах, а простеночные в 2-х по диагонали. Анкеровку самонесущих каменных стен предусматривают не реже, чем через 1,2 м с закладкой в стенах на этом уровне металлических сеток.
Элементы перекрытия и покрытия выполняют по принципу жестких дисков на шпонках с установкой вертикальных и горизонтальных дисков по колоннам и фермам.
Взаимосвязь колонн с ригелями выполняют по жесткой схеме и приваркой плит покрытия и перекрытия к ригелю и между собой.
Основаниями под фундаменты должны быть скальные или сухие естественные песчаные и гравелистые грунты.
Сейсмостойкие конструкции зданий и сооружений проектируют:
— по жесткой конструктивной схеме с несущими вертикальными элементами, которые работают на сдвиг и имеют маленькие деформации от действия сейсмических нагрузок, благодаря чему колебания сооружения быстро затухает;
— по гибкой конструктивной схеме с несущими вертикальными элементами, которые работают на изгиб; благодаря чему снижаются сейсмические нагрузки.
По гибкой конструктивной схеме проектируют одноэтажные здания, в которых колонны жестко закреплены в фундамент и шарнирно соединены с фермами (балками) покрытия. Такая схема менее чувствительна к неравномерным осадкам от сейсмических нагрузок. Многоэтажные здания проектируют с несущим каркасом по полной схеме с жесткими узлами, или бескаркасные сборные или монолитные. Наиболее рациональным решением является монолитное решение всех несущих элементов.
Категории сложности инженерно-геологических условий
Категории сложности инженерно-геологических условий
II (средней сложности)
Площадка (участок) в пределах одного геоморфологического элемента. Поверхность горизонтальная, нерасчлененная
Площадка (участок) в пределах нескольких геоморфологических элементов одного генезиса. Поверхность наклонная, слабо расчлененная
Площадка (участок) в пределах нескольких геоморфологических элементов разного генезиса. Поверхность сильно расчлененная
Геологические в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой
Не более двух различных по литологии слоев, залегающих горизонтально или слабо наклонно (уклон не более0,1). Мощность выдержана по простиранию. Незначительная степень неоднородности слоев по показателям свойств грунтов, закономерно изменяющихся в плане и по глубине. Скальные грунты залегают с поверхности или перекрыты маломощным слоем нескальных грунтов
Не более четырех различных по литологии слоев, залегающих наклонно или с выклиниванием. Мощность изменяется закономерно. Существенное изменение характеристик свойств грунтов в плане или по глубине.
Скальные грунты имеют неровную кровлю и перекрыты нескальными грунтами
Более четырех различных по литологии слоев. Мощность резко изменяется. Линзовидное залегание слоев. Значительная степень неоднородности по показателям свойств грунтов, изменяющихся в плане или по глубине. Скальные грунты имеют сильно расчлененную кровлю и перекрыты нескальными грунтами. Имеются разломы разного порядка
Гидрогеологические в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой
Подземные воды отсутствуют или имеется один выдержанный горизонт подземных вод с однородным химическим составом
Два и более выдержанных горизонтов подземных вод, местами с неоднородным химическим составом или обладающих напором и содержащих загрязнение
Горизонты подземных вод не выдержаны по простиранию и мощности, с неоднородным химическим составом или разнообразным загрязнением. Местами сложное чередование водоносных и водоупорных пород. Напоры подземных вод и их гидравлическая связь изменяются по простиранию
Имеют ограниченное распространение и (или) не оказывают существенного влияния на выбор проектных решений, строительство и эксплуатацию объектов
Имеют широкое распространение и (или) оказывают решающее влияние на выбор проектных решений, строительство и эксплуатацию объектов
Специфические грунты в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой
Имеют ограниченное распространение и (или) не оказывают существенного влияния на выбор проектных решений, строительство и эксплуатацию объектов
Имеют широкое распространение и (или) оказывают решающее влияние на выбор проектных решений, строительство и эксплуатацию объектов
Техногенные воздействия и изменения освоенных территорий
Незначительные и могут не учитываться при инженерно-геологических изысканиях и проектировании
Не оказывают существенного влияния на выбор проектных решений и проведение инженерно-геологических изысканий
Оказывают существенное влияние на выбор проектных решений и осложняют производство инженерно-геологических изысканий в части увеличения их состава и объемов работ
Особые условия строительства
Особые условия строительства обуславливаются наличием грунтов, обладающих особыми свойствами и наличием геодинамических процессов: оползней, сейсмических явлений и т. д.
К грунтам с особыми свойствами относятся глинистые карбонатные просадочные (лессовые), органоминеральные и органические, набухающие, засоленные и другие.
Глинистые карбонатные просадочные (лессовые) грунты. Данные грунты обладают просадочными свойствами при увеличении их влажности (замачивании). При наличии таких грунтов необходимо произвести их характеристику. Указать наименование, состав, происхождение, возраст, геометрические параметры и форму просадочной толщи, изменчивость ее по площади и глубине, рассчитать нормативные значения физико-механических характеристик, установить, какие грунты подстилают просадочную толщу, возможность или невозможность их замачивания, а также дать рекомендации по предотвращению или полной ликвидации просадочных свойств грунтов.
К характеристикам просадочности, которые необходимо определить, относятся: относительная деформация просадочности (εsl), начальное просадочное давление (Рsl), величина просадки от собственного веса грунтов (Ssl, q) и тип грунтовых условий по просадочности.
Значения относительной деформации просадочности (εsl) на различных глубинах и при разных значениях давления указаны в задании. На основе этих данных по интервалам глубин строятся графики изменения εsl при соответствующих давлениях для определения начального просадочного давления (Рsl).
За начальное просадочное давление принимается давление на графике, при котором εsl = 0,01.
Определяется нормативное значение Рsl.
Величина просадки от собственного веса грунтов Ssl, q определяется по формуле: n
при Hsl ≥ 20 м, к sl = 1,25; при промежуточных значениях Hsl, коэффициент определяется по интерполяции. n
где n – число условно расчетных слоев, на которые разделена просадочная толща; γsat i и hi – соответственно удельный вес и толщина грунта условно расчетного слоя в водонасыщенном состоянии.
Удельный вес грунта i – го слоя в водонасыщенном состоянии γsat вычисляется по формуле: γsat = γd (1 + Wsat) = γd [1 + Sr∙ (ρs – ρd)∙ρw / ρd ∙ ρs],
где γd – удельный вес сухого грунта; Wsat – влажность полного водонасыщения; Sr – коэффициент водонасыщения; ρs – плотность частиц грунта;
ρd – плотность сухого грунта; ρw – плотность воды.
Тип грунтовых условий по просадочности определяется по величине просадки от собственного веса грунтов Ssl,q, графикам изменения с глубиной напряжений от собственного веса водонасыщенного грунта σ zq, sat = f(z) и начального просадочного давления по глубине Рsl = f(z), а при отсутствии результатов определения Рsl – графикам изменения относительной деформации просадочности по глубине εsl = f(z) [8].
По полученным графикам и значениям Ssl к I типу грунтовых условий по просадочности относятся толщи грунтов, в которых выполняется одно из условий:
1. Начальное просадочное давление больше напряжений от собственного веса грунта Рsl > σ zq, sat в пределах слоя толщиной не более 2 м по глубине.
2. Относительная деформация просадочности εsl > 0,01в пределах слоя не более 1 м, а просадка от собственного веса грунта Ssl,q меньше 5 см.
К II типу грунтовых условий относятся грунты, для которых выполняется одно из следующих требований:
При выборе мероприятий по предотвращению или полной ликвидации просадочных свойств грунтов следует оценить возможность повышения их влажности за счет:
1. Замачивания грунтов сверху из внешних источников или снизу при подъеме уровня подземных вод.
2, Постепенного накопления влаги в грунте вследствие инфильтрации поверхностных вод и экранированию поверхности.
При возможности замачивания грунтов предусматривается одно из мероприятий в соответствии с [8].
Органоминеральные и органические грунты.К данным грунтам относятся илы, сапропели, заторфованные грунты, торфы и др. Особенностями их являются: большая сжимаемость, медленное развитие осадок во времени и возможности в связи с этим возникновения нестабилизированного состояния.
При характеристике этих грунтов необходимо указать виды и разновидности, происхождение и возраст, условия залегания в плане сооружения и по глубине (расположение и толщину слоев, прослоев, линз). Составить типовую схему основания в зависимости от особенностей расположения слоев, прослоек, линз и т.п. в пределах застройки здания и по глубине основания [8].
Исходя из известных по заданию классификационных показателей грунтов, определить по таблицам [6, 7, 8] нормативные значения других физико-механических характеристик. Если грунты водонасыщены и имеются данные, определить вид и степень агрессивности вод, заключенных в грунтах.
Предусмотреть и рекомендовать необходимые мероприятия по повышению несущей способности грунтов [8].
Набухающие грунты.Набухающие грунты при увеличении их влажности или замачивании химическими отходами производства увеличиваются в объеме – набухают, при последующем понижении влажности у набухающих грунтов происходит обратный процесс – усадка, что необходимо учитывать при проектировании фундаментов.
При наличии таких грунтов, в соответствии с заданием, следует указать их состав, происхождение, возраст, строение, толщину слоя, нормативные значения характеристик: давления набухания Psw, относительной деформации набухания εsw и относительной усадки при высыхании εsh.
Необходимо выявить причины набухания и усадки грунтов: набухание за счет подъема уровня подземных вод или инфильтрации – увлажнения грунтов производственными или поверхностными водами; набухание за счет накопления влаги под сооружениями в ограниченной по глубине зоне вследствие нарушения природных условий испарения при застройке и асфальтировании территории; набухание и усадка грунта в верхней части зоны аэрации за счет изменения водно-теплового режима (сезонных климатических факторов); усадка за счет высыхания от воздействия тепловых источников.
Для частичной или полной ликвидации процессов набухания и усадки должны предусматриваться мероприятия в соответствии с указаниями, изложенными в [8].
Насыпные грунты.Насыпные грунты обладают неравномерной сжимаемостью, возможностью самоуплотняться при вибрации, изменении гидрогеологических условий, за счет разложения органических включений и т. д. у
При проектировании фундаментов на таких грунтах следует детально их характеризовать, указывая состав, происхождение, виды и разновидности в соответствии с ГОСТ 25100 – 2011, время и способ отсыпки для определения их степени самоуплотнения в соответствии с [8].
По физическим характеристикам грунтов, указанным в задании, определить по С П 50.101 – 2004 их механические характеристики.
Мерзлые грунты с криогенными структурными связями (вечномерзлые грунты). Если строительная площадка сложена такими грунтами, то необходимо показать их распространение по площади, условия залегания, состав, толщину, среднегодовую температуру многомерзлотных и талых грунтов, криогенную структуру и текстуру, разновидности по льдистости. Рассчитать степень заполнения пор мерзлого грунта льдом и незамерзающей водой St и определить разновидность грунтов по температурной границе твердомерзлого состояния Тh в соответствии с [9, 11].
Охарактеризовать по литературным данным или результатам изысканий развитые в районе теплофизические процессы: термокарст, бугры пучения, наледи и т. п., указав морфометрические параметры.
Сейсмические явления.В районах проявления землетрясений необходимо определить расчетное значение силы землетрясения в баллах исходя из заданного нормативного значения и инженерно-геологических условий площадки в соответствии с [10].
Оползни.При распространении оползней на участке или площадке строительства необходимо указать их строение, геометрические параметры, распространение по площади, состав сползающих и слагающих склон грунтов, причины возникновения оползней, генетические типы в соответствии с классификацией А.П.Павлова, выбрать меры борьбы [12].
Заключение
Заключение составляется на основе материала, изложенного в разделе.
В краткой форме по пунктам приводятся те характеристики. Факторы, данные, которые необходимо учитывать при проектировании оснований и фундаментов зданий и сооружений:
1. Геоморфологическое положение строительной площадки, абсолютные отметки и характер поверхности земли (ровный, с уклоном и т.п.).
2. Однородность или неоднородность геологического строения с ссылкой на инженерно-геологический разрез.
3. Наличие подземных вод, их литолого-стратиграфическая приуроченность, тип по условиям залегания и напору, уровень подземных вод его абсолютная отметка, толщина водоносного горизонта, агрессивность по отношению к бетону и металлоконструкциям.
4. Количество инженерно-геологических элементов (ИГЭ), выделенных в разрезе, со ссылкой на таблицу нормативных значений физико-механических характеристик грунтов по ИГЭ.
5. Наименование и характеристика просадочных грунтов с указанием толщины просадочной толщи, начального просадочного давления и типа грунтовых условий по просадочности.
6. Наличие и характеристика других грунтов с особыми свойствами.
7. Какой ИГЭ принимается в качестве основания фундамента здания или сооружения с ссылкой на таблицу нормативных значений физико-механических характеристик грунтов по ИГЭ.
8, Наличие геодинамических процессов и явлений.
9. Нормативные значения климатических характеристик: глубины промерзания грунтов, веса снегового покрова, напора ветра, преобладающие направления ветра.
Библиографический список рекомендуемой литературы
1. СН и П 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения.- М.: Госстрой России, 1996.
2. СП 47. 13330.2012. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения.- М.: Минрегион России, 2012.
3. СН и П 23.01-99٭. Строительная климатология.- М.: Госстрой России, 2003.- 70 с.
4. СН и П 2.01.07-85٭. Нагрузки и воздействия.- М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2003.- 42 с.
5. ГОСТ 20522 – 96. Методы статистической обработки результатов испытаний.- М.: Минстрой России, ГУП ЦПП, 1997.- 32 с.
10. СН и П II-7-81٭.Строительство в сейсмических районах.- М.: Госстрой России, 2000.- 49 с.
Условные графические обозначения состояния грунтов,
применяемые на инженерно-геологических разрезах в соответствии