КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО УМЕНЬШЕНИЮ НЕРАВНОМЕРНЫХ ОСАДОК ЗДАНИЯ, СООРУЖЕНИЙ.

Во многих случаях возможные неравномерности осадок выравнивают до допустимых значений с помощью фундаментов, имеющих различную глубину заложения (рис. 3.8, а), или при постоянной глубине заложения используют фундамент с изменяемыми размерами подошвы (рис. 3.8, б). Первый вариант применяют в основном в случае изменения деформативных свойств основания по длине здания, а второй — при существенном различии нагрузок, передающихся на фундамент.

Рис. 3.8. Выравнивание осадок:
1 — фундамент; 2 — сильнодеформируемый грунт; 3 — малодеформируемый грунт

Значительного уменьшения неравномерности осадок можно добиться за счет рациональной компоновки зданий и сооружений по высоте и в плане. Для этого необходимо стремиться к созданию такого архитектурно-планировочного решения, которое обеспечило бы более равномерную передачу нагрузки от веса здания на основание.

Как уже отмечалось выше, чувствительность зданий к неравномерным осадкам уменьшается по мере снижения жесткости зданий, а в абсолютно гибких зданиях даже при их значительном искривлении не возникают дополнительные усилия, поэтому для уменьшения чувствительности зданий к неравномерным осадкам необходимо использовать разрезные несущие и ограждающие конструкции. Однако применение гибких конструктивных схем должно быть обязательно обосновано с точки зрения соблюдения технологических и эксплуатационных требований, заключающихся в недопущении , вредного влияния неравномерности осадок на технологические процессы и нормальную эксплуатацию зданий, а также исключение нарушения водостоков, трубопроводов и других коммуникаций.

В условиях городского строительства наиболее чувствительным элементом являются стеновые конструкции. При развитии неравномерных осадок в них образуются дополнительные усилия, которые по достижении определенного значения приводят к образованию трещин. Иногда для исключения возможности образования трещин кладку стен (из кирпичей или крупных блоков) выполняют на медленно твердеющем известковом растворе, который в процес-се твердения способен претерпевать значительные деформации ползучести, тем самым снижая дополнительные усилия.

Однако в большинстве случаев таким простым способом не удается избавиться от образования трещин в стенах, поэтому для предотвращения их развития прибегают к устройству деформационных или осадочных швов (рис. 3.9, а — г), которые разрезают здания и сооружения по высоте сверху донизу на отдельные отсеки, приводя к снижению жесткости всего здания. В результате отдельные отсеки получают возможность свободного вертикального перемещения, тем самым снижая чувствительность зданий к местным неравномерностям осадок. Чрезмерно увлекаться устройством деформационных швов не рекомендуется в силу следующих причин:
а) приходится увеличивать пространственную жесткость отдельных отсеков с помощью установки дополнительных связей или увеличения жесткости продольных и поперечных стен;
б) осадочный шов, являясь, по существу, трещиной, предусмотренной проектом, при его некачественном выполнении может продуваться, пропускать влагу и промерзать в зимний период;
в) в зонах расположения осадочных швов усложняется эксплуатация трубопроводов и других коммуникаций, так как они требуют нежесткого крепления;
г) в помещениях, через которые проходят деформационные швы, после завершения стабилизации осадки часто требуется выполнять дополнительные штукатурно-малярные работы;
д) каждый отдельный отсек здания способен получать свою осадку и крен, что может вызвать раскрытие или закрытие осадочного шва, причем последнее может привести к появлению значительных горизонтальных усилий и разрушению участков стен смежных отсеков, поэтому для обеспечения самостоятельности вертикальных и горизонтальных перемещений деформационные швы выполняют с надлежащим зазором (рис. 3.9, д) в продольном и поперечном направлении, а упругая прокладка, расположенная в зазоре, должна обеспечивать непродуваемость даже при увеличении ширины раскрытия в 2 раза.

Рис. 3.9. Расположение и деталь деформационных швов: а — при наличии в основании грунтов различной сжимаемости; б — при различной высоте отдельных отсеков здания; в — при сложной конфигурации здания в плане; г — при различных сроках возведения отдельных частей здания; д — деталь осадочного шва; е — перекрытия подвески в каркасном здании; 1 — деформационный шов; 2 — сильносжимаемый слой грунта основания; 3 — участок здания первого года возведения; 4 — то же, второго года возведения; 5 — упругая прокладка; 6 — перекрытия подвески

В случае развития крена участка сооружения навстречу знак перед 1л изменится на противоположный.

В настоящее время в практике городского строительства имеется тенденция к уменьшению количества деформационных швов до необходимого минимума. Их устраивают при наличии в основаниях грунтов разной сжимаемости (рис. 3.9, а), существенного различия по высоте отдельных участков здания (рис. 3.9, б), если здания имеют в плане сложную конфигурацию (рис. 3.9, в), отдельные части здания возводят в различные сроки (рис. 3.9, г), а также при строительстве протяженных зданий.

Уменьшения чувствительности зданий к неравномерным осадкам в некоторых случаях добиваются за счет увеличения жесткости конструкций с целью обеспечения перераспределения давления, возникающего под подошвой фундаментов. Чем больше жесткость здания, тем меньше вероятность проявления неравномерных осадок, однако тем больше дополнительных усилий возникает в несущих конструкциях. При снижении жесткости способность перераспределения давлений по подошве фундаментов уменьшается, поэтому снижается вероятность уравнивания неравномерности осадок, тем самым вызывая уменьшение дополнительных усилий, возникающих в конструкциях. Величину и характер развития неравномерных осадок, перераспределение давлений по подошве фундаментов и дополнительные усилия, возникающие в конструкциях, можно определить из пространственного расчета сооружения, рассматриваемого совместно с деформируемым основанием.

В результате расчета может оказаться, что при развитии неравномерных осадок в здании возникает прогиб или выгиб (см. рис. 3.1, а, б). Известно, что стеновые конструкции, выполненные из кладки, при изгибе плохо сопротивляются растягивающим напряжениям и хорошо — сжимающим. При прогибе зона растяжения возникает в нижней части здания, а при выгибе — в верхней. При развитии значительных растягивающих усилий в стенах могут образовываться трещины. Поэтому для увеличения сопротивляемости стен растягивающим усилиям в зонах их максимально возможного возникновения устраивают железобетонные пояса (рис. 3.10, а) или применяют армированную кладку (рис. 3.10, б), располагаемые вдоль наружных и внутренних стен. Пояса армирования устраивают ив фундаментной части здания (рис. 3.10, в).

Если в результате расчета не удается достаточно точно определить возможный характер деформации изгиба здания, или в процессе возведения возникает опасность образования трещин еще до устройства поясов в верхней части здания, то пояса армирования располагают в нижней и верхней частях здания (рис. 3.10, г) через 1…2 этажа, причем верхний пояс прижимают нагрузкой от веса кладки верхнего этажа для создания более благоприятных условий его работы.

При возникновении в стенах зданий значительных перерезывающих (поперечных сил) образуются главные растягивающие напряжения, способствующие развитию наклонных трещин над проемамиив простенках, поэтому для их предотвращения применяют либо частое чередование поясов армирования, либо армируют всю опасную зону кладки.

Рис. 3.10. Размещение поясов армирования: 1 — пояса армирования в фундаменте; 2 — пояса армирования в стенах

Рис. 3.11. Образование трещин в кладке при концентрации напряжений:
1 — зона концентрации напряжений; 2 — стена; 3 — фундамент; 4 — си-льносжимаемый грунт; 5 — мало-сжимаемый грунт

Избежать появления наклонных трещин можно также с помощью уменьшения размеров оконных проемов и увеличения ширины простенков. Иногда для создания большей жесткости на участках возможного перекоса применяют более жесткий монолитный фундамент.

В некоторых случаях при неравномерной деформируемости основания, приводящей к перераспределению реактивных давлений по подошве фундаментов (в случае наличия на ограниченном участке по длине стены включений малосжимаемого грунта) (рис. 3.11), в нижних участках стен образуются зоны концентрации сжимающих напряжений. В результате кладка стен может разрушаться, если эти напряжения превысят предельно допустимые значения. В данном случае прочность кладки стен назначают по результатам расчета, учитывающего возможную концентрацию напряжений. В длинных зданиях на участках с неравномерной податливостью основания обычно устраивают осадочные швы (см. рис. 3.9, а).

Когда неравномерные осадки основания становятся опасными для несущих конструкций зданий и сооружений или оказывают крайне неблагоприятное влияние на их эксплуатацию, применяют фундаменты, выравнивающие неравномерные осадки основания. Добиться выравнивания осадок можно устройством несущих конструкций на общий фундамент. Ряд колонн, например, устанавливают не на отдельно стоящие фундаменты, а на ленточные, а иногда фундамент выполняют в виде сплошной плиты под все здание. Использование сплошного фундамента радикально снижает возможные неравномерности осадок вследствие значительного увеличения пространственной жесткости здания, приводя к существенному перераспределению реактивных давлений. Такие фундаменты до минимума снижают дополнительные усилия в несущих и ограждающих конструкциях, однако в большинстве случаев их устройство обходится достаточно дорого.

При сложном напластовании грунтов на строительной площадке бывает трудно оценить податливость основания и прогнозировать неравномерные осадки. В этом случае фундамент проектируют с дополнительным запасом прочности, устраивая дополнительное армирование.

В последнее время многоэтажные здания в условиях современной городской застройки выполняют по каркасной схеме с устройством дополнительных связей в виде диафрагм жесткости и ядер жесткости, в которых наружные стены собираются из навесных панелей, выполняющих в основном ограждающие функции. Являясь самонесущими конструкциями, такие панели обладают крайне малой прочностью при изгибе, поэтому при неравномерной осадке и развитии деформаций перекоса раскрываются швы между панелями, нарушается крепление закладных деталей и в некоторых случаях разрушаются сами панели. Для уменьшения влияния указанных явлений, особенно при сильносжимаемых грунтах, фундаменты многоэтажных зданий выполняют в виде перекрестных лент, сплошных или коробчатых конструкций.

Уменьшение влияния неравномерных осадок удается добиться и использованием особых конструктивных решений, одним из которых является придание сооружению в целом или его отдельным частям строительного подъема. Цривозведении любого здания проектом предусматриваются определенные перемещения, связанные с неравномерными осадками. Для уменьшения их влияния сооружению придают строительный подъем, т. е. сооружение возводят выше на величину ожидаемой осадки. Если возможны неравномерные осадки отдельных частей здания, то их строительный подъем принимается различным в зависимости от прогнозируемых осадок. Это решение оказывается особенно эффективным при строительстве на сильносжимаемых основаниях.

При строительстве высоких зданий с малоэтажными пристройками вследствие разной загруженности основания в несущих конструкциях перекрытий пристройки возможно образование дополнительных усилий (рис. 3.12, а). Устройство осадочного шва (рис. 3.12, 6) между основной частью здания и пристройкой не всегда оказывается эффективным в результате образования крена в сторону более тяжелой части здания. Крен обусловлен неравномерным напряженным состоянием основания, вызывающим неравномерные осадки пристройки (чем ближе фундамент пристройки к основной части здания, тем больше осадка). Чтобы избежать этого неприятного явления, используют два решения. В первом — пристройку отрезают осадочным швом от основной части здания и устраивают разъединительный шпунт (рис. 3.12, в). Для того чтобы избежать перемещения шпунта и передачи нагрузки на основание пристройки, его забивают до более плотного слоя грунта.

Рис. 3.12. Устройство малоэтажных пристроек около высоких зданий

Если в основании отсутствует менее сжимаемый слой, то трение по шпунту снимают с помощью специальных смазок, тем самым предотвращая распространение напряжений в стороны и уменьшая неравномерную осадку пристройки.

Во втором решении торцовые стены пристроек возводят на консолях, выпущенных из несущих конструкций и фундаментов пристройки, а если возникает необходимость — и из стен и фундаментных конструкций многоэтажной части здания (рис. 3.13). Для обеспечения работы консолей под ними создают воздушный зазор, величину которого назначают не менее ожидаемой осадки, чтобы исключить их контакт с грунтом. Длину консолей устанавливают, исходя из анализа совместной работы тяжелой части здания и пристройки после выявления напряженной зоны грунта, формируемой под основной частью здания, и ее влияния на соседний фундамент пристройки.

Рис. 3.13. Устройство консолей на участке с деформационным швом:
1 — осадочный шов; 2 — консоли; 3 — воздушные зазоры; 4— фундамент тяжелой части здания; 5 — фундамент под стену примыкающей части здания

Использование мероприятий, направленных на снижение чувствительности несущих конструкций зданий и сооружений к неравномерным осадкам, часто оказывается экономически более выгодным, чем устройство специальных фундаментов, приводящих к уменьшению неравномерности осадок