vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2023-25-5-164-178vestniktgasu-1603Research ArticleОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ, ПОДЗЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЯBASES, FOUNDATIONS AND SUBSTRUCTURESМоделирование напряженно-деформированного состояния разноуровневого основания и фундамента многоэтажного здания, расположенного на склоне (ТГАСУ, г. Томск)Stress-strain state model of split-level foundation of multi-storey building on a slope (Tomsk)ЮщубеС. В.YushchubeS. V.

Сергей Васильевич Ющубе, канд. техн. наук, доцент

634003

пл. Соляная, 2

Томск

Sergei V. Yushchube, PhD, A/Professor

634003

2, Solyanaya Sq.

Tomsk

sv@tsuab.ruПодшиваловИ. И.PodshivalovI. I.

Иван Иванович Подшивалов, канд. техн. наук, доцент

634003

пл. Соляная, 2

Томск

Ivan I. Podshivalov, PhD, A/Professor

634003

2, Solyanaya Sq.

Tomsk

ivanpodchivalov@list.ruТомский государственный архитектурно-строительный университетРоссияTomsk State University of Architecture and BuildingRussian Federation202326102023255164178Copyright © Ющубе С.В., Подшивалов И.И., 20232023Ющубе С.В., Подшивалов И.И.Yushchube S.V., Podshivalov I.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/1603   Актуальность

   Актуальность. При расчете многоэтажных зданий, относящихся к каркасным пространственным системам, необходим учет податливости фундаментов на естественном основании и выбор расчетной модели, наиболее полно отражающей конструктивную схему здания. Приведены результаты моделирования напряженно-деформированного состоянияразноуровневого основания и фундамента – плитного и свайного – многоэтажного здания, расположенного на склоне.

   Целью работы являлось расчетное обоснование корректности использования модели линейного и нелинейного деформирования разноуровневого основания в плитном фундаменте и критерии перехода к свайному фундаменту в многоэтажном здании, расположенном на склоне.

   Моделирование напряженно-деформированного состояния плитного и свайного фундаментов на разноуровневом основании многоэтажного здания, расположенного на склоне, выполнено в системе «основание – фундамент – здание» методом конечных элементов с использованием верифицированного программного комплекса MicroFe.

   Результаты

   Результаты. При расчете разноуровневого основания по нелинейной модели Кулона – Мора условия второй группы предельных состояний по вертикальным перемещениям и крену не выполняются и применять плитный фундамент не рекомендуется. Таким образом, расчет плитного фундамента с использованием модели только линейно-деформируемого основания становится недостаточным. Особенностью работы свай при наличии бокового давления грунта является то, что контурные сваи, расположенные с противоположной стороны от склона, значительно перегружены по сравнению с остальными. Кроме того, в линейной постановке расчета продольные усилия в контурных сваях превышают допускаемую расчетную нагрузку на сваи, в результате чего не выполняется условие по первой группе предельных состояний.

   Выводы

   Выводы. Использование конструктивно нелинейной работы свай, когда ограничивается продольное усилие в свае величиной, равной допускаемой расчетной нагрузке, позволяет обеспечить для свайного фундамента выполнение условий по первой и по второй группам предельных состояний.

   Purpose

   Purpose: The aim of the work is to provide a computational justification for the correct use of the linear/nonlinear deformation model of split-level foundation and criteria for transition to a pile foundation in a multi-storey building on a slope.

   Methodology

   Methodology: The finite-element model of stress-strain state of slab and pile foundations of the multi-storey building on a slope is developed by using MicroFe software package.

   Research findings

   Research findings: In calculating the split-level foundation using the Mohr-Coulomb criterion, the service limit state conditions in vertical displacements and slope are not satisfied, and it is not recommended to use the slab foundation. Thus, the slab foundation analysis with the use of only the linear deformable foundation model is insufficient. The pile operation in the presence of lateral earth pressure is characterized by the fact that the contour piles on the opposite slope side are significantly overloaded as compared with other piles. In addition, longitudinal forces of contour piles in the linear design, exceed the permissible calculated load on piles and the service limit state conditions are not thus satisfied.

   Originality

   Originality: The nonlinear pile operation, when the longitudinal force in the pile is limited by the value corresponding to the permissible design load, allows the pile foundation to meet the service limit state conditions.

зданиеразноуровневое основаниефундаментмоделированиерасчетная модельнапряженно-деформированное состояниеbuildingsplit-level foundationmodelingdesign modelstress-strain stateReferencesШашкин К.Г. Расчет напряженно-деформированного состояния основания фундаментов и здания с учетом их взаимодействия // Реконструкция городов и геотехническое строительство : Интернет-журнал. 2001. № 4 С. 6. URL: http://georeconstruction.net/journals/04/19/19.htm (дата обращения: 06. 07. 2023).Shashkin K.G. Stress-strain state analysis of foundations and building interaction. 2001; (4): 6. Available: http://georeconstruction.net/journals/04/19/19.htm (accessed July 6, 2023). (In Russian)Шулятьев О.А. Основания и фундаменты высотных зданий : монография. Москва : Издательский дом «АСВ», 2016. 392 с. ISBN 978-54323-0163-5.Shulyatyev O.A. Foundations of high-rise buildings. Moscow, 2016. 392 p. (In Russian)Карпенко Н.И., Карпенко С.Н., Кузнецов Е.Н. О современных проблемах расчета высотных зданий из монолитного железобетона // Бетон и железобетон – пути развития : научн. тр. II Всерос. (Междунар.) конф. В пяти книгах. Т. 1. Пленарные доклады. Москва, 2005. С. 149–166.Karpenko N.I., Karpenko S.N., Kuznetsov E.N. Modern problems of high-rise buildings made of monolithic reinforced concrete. In: Proc. 2nd All-Russian Conf. "Concrete and Reinforced Concrete: Ways of Development", in 5 books. V. 1. Мoscow, 2005. Pp. 149–166. (In Russian)Лушников В.В. Использование мирового опыта при проектировании и строительстве фундаментов высотных зданий с учетом геологических условий Екатеринбурга // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. 2009. № 1. С. 76–82.Lushnikov V.V. World experience in design and construction of high-rise building foundations with regard to geological conditions in Ekaterinburg. Akademicheskii vestnik UralNIIProekt RAASN. 2009; (1): 76–82. (In Russian)Алексеев С.И., Камаев В.С. Учет жесткостных параметров зданий при расчетах оснований и фундаментов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2007. № 3. С. 165–172.Alekseev S.I., Kamayev V.S. Consideration of rigidity parameters of buildings in calculations of bases and foundations. Vestnik of Tomsk state University of Architecture and Building. 2007; (3): 165–172. (In Russian)Михайлов В.С., Теплых А.В. Учет характерных особенностей различных моделей основания при расчете взаимного влияния зданий на больших фундаментных плитах с использованием расчетно-аналитической системы SCAD Office // Актуальные проблемы компьютерного моделирования конструкций и сооружений : VI Международный симпозиум. Владивосток, 2016. С. 133–134.Mikhailov V.S., Teplykh A.V. Specific properties of various foundation models in calculating buildings effect on large foundation slabs in SCAD Office. In: Proc. 4th Int. Symposium ‘Relevant Problems of Computer Simulation of Structures’, Vladivostok. 2016. Pp. 133–134. EDN: WWMTJF (In Russian)Шулятьев О.А. Геотехнические особенности проектирования высотных зданий в Москве // Промышленное и гражданское строительство. 2016. № 10. С. 17–25. EDN: WWMTJFShulyatyev O.A. Geotechnical properties of high-rise buildings in Moscow. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2016; (10): 17–25. (In Russian)Крыжановский А.Л., Рубцов О.И. Вопросы надежности проектного решения фундаментных плит высотных зданий // Вестник МГСУ. 2006. № 1. С. 191–198.Kryzhanovskiy A.L., Rubtsov O.I. Reliability of design solutions of foundation slabs of high-rise buildings. Vestnik MGSU. 2006; (1): 191–198. (In Russian)Орехов В.В., Зарецкий Ю.К., Кельман М.И. Расчет взаимодействия плитного фундамента с грунтовым основанием с учетом жесткости верхнего строения // Вестник МГСУ. 2008. № 2. С. 15–17.Orekhov V.V., Zaretskiy Yu.K., Kelman M.I. Interaction between slab and ground foundations with respect to upper structure rigidity. Vestnik MGSU. 2008; (2): 15–17. (In Russian)Зарецкий Ю.К., Карабаев М.И. Влияние последовательности возведения близко расположенных высотных зданий на осадки и крен фундаментных плит // Вестник МГСУ. 2006. № 1. С. 50–56.Zaretskii Y.K., Karabaev M.I. Influence of sequence of closely erected high-rise buildings on settlement and foundation slabs. Vestnik MGSU. 2006; (1): 50–56. (In Russian)Шашкин А.Г., Шашкин К.Г. Расчет фундаментных плит в пространственной постановке с учетом нелинейных деформаций основания // Реконструкция городов и геотехническое строительство : Интернет-журнал. 2000. № 3. URL : http://georeconstruction.net/journals/03/20/20.htm (дата обращения: 20. 04. 2023).Shashkin A.G., Shashkin K.G. Strength analysis of foundation plates at nonlinear deformation of foundations. Rekonstruktsiya gorodov i geotekhnicheskoe stroitel'stvo. 2000; (3). Available: http://georeconstruction.net/journals/03/20/20.htm (accessed April 20, 2023). (In Russian)Кудрявцев С.А., Склярова К.М. Натурные наблюдения и численное моделирование строительства высотного здания на плитном фундаменте в г. Хабаровске // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2013. № 2 (38). С. 86–91.Kudriavtsev S.A., Sklyarova K.M. Full-scale observations and numerical simulation of high-rise building on slab foundation in Khabarovsk. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie. 2013; 2 (38): 86–91. (In Russian)Ющубе С.В., Подшивалов И.И. Моделирование напряженно-деформированного состояния основания кирпичного здания повышенной этажности на монолитной фундаментной плите // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2021. Т. 23. № 2. С. 118–132. DOI: 10.31675/1607-1859-2021-23-2-118-132. EDN: DIFUTEYushchube S.V., Podshivalov I.I. Stress-strain state finite element modeling of concrete foundation of a multistory brick building. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta – Journal of Construction and Architecture. 2021; 23 (1): 118–132. DOI: 10.31675/1607-1859-2021-23-2-118-132. EDN: DIFUTE (In Russian)Катценбах Р., Шмитт А., Рамм Х. Основные принципы проекирования и мониторинга высотных зданий Франфурта-на-Майне. Случаи из практики // Реконструкция городов и геотехническое строительство. 2005. № 9. С. 80–99.Katzenbach R., Schmitt A., Ramm H. Basic principles of design and monitoring of high-rise buildings of Frankfurt am Main. Rekonstruktsiya gorodov i geotekhnicheskoe stroitel'stvo, 2005; (9): 80–99. (In Russian)Шулятьев О.А. Фундаменты высотных зданий // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. 2014. № 4. С. 202–244.Shulyatyev O.A. Foundations of high-rise buildings. Vestnik PNIPU. Stroitel'stvo i arkhitektura. 2014; (4): 202–244. (In Russian)Ющубе С.В., Подшивалов И.И., Филиппович А.А., Тряпицин А.Е. Моделирование напряженно-деформированного состояния кирпичного здания повышенной этажности на свайном фундаменте // Вестник гражданских инженеров. 2018. № 4 (69). С. 72–77. DOI: 10.23968/1999-5571-2018-15-4-72-77Yushube S.V., Podshivalov I.I., Filippovich A.A., Tryapitsin A.E. Stress-strain state model of high-rise brick building on pile foundation. Vestnik grazhdanskikh inzhenerov. 2018; 4 (69): 72–77. DOI: 10.23968/1999-5571-2018-15-4-72-77 (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.