Рекомендации по проектированию сейсмостойких фундаментов объектов повышенной этажности, в том числе для уникальных высотных зданий и сооружений Шифр тр-нгпи-13 (вып. 2)

Принятые принципиальные решения

1. 
   Схема сейсмостойкого здания (сооружения) условно показана на рис.1.
   

Рис.1. Схема сейсмостойкого высотного здания (сооружения) башенного типа с подвалом Надземная часть Подземная часть (включая подвал и монолитные железобетонные фундаменты по контуру котлована)

2. 
   Основной отличительной особенностью проектных предложений является первоочередное выполнение конструкций котлована с укрепленными откосами в виде наклонных стен по периметру здания.
   
3. 
   Подземная часть многоэтажного каркасного здания максимально заглублена ниже нулевой отметки, предположительно, на 3-5 этажа, в которых могут размещаться, например, вспомогательные производственные и складские помещения, что является оптимальным с учетом технологических требований и обеспечения устойчивости здания, а также уплотнения городской застройки и высокой стоимости земельных участков. Причем согласно рекомендациям вышеуказанного СП п.4.7 на нижнем подвальном этаже должна быть предусмотрена установка станции наблюдения за динамическим поведением конструкций и грунтов, а также контроля за элементами сейсмоизоляции согласно п.6.17.12.
   
4. 
   На рис.2 показан фрагмент подземной части здания, включая конструкции фундамента на катковых шаровых опорах, после его возведения и стабилизации осадок.
   

1. 
   Гравийно-песчаная подушка
   
2. 
   Обетонированные поверхности котлована (стен и днища) монолитным железобетоном
   
3. 
   Сейсмоизоляция боковых поверхностей стен и днища
   
4. 
   Монолитный железобетонный коробчатый фундамент в виде плиты, жестко соединенной с боковыми наклонными стенами по периметру
   
5. 
   Промежуточная подушка из слабосжимаемого грунта
   
6. 
   Основные катковые опоры большого диаметра с демпферными прокладками
   
7. 
   Промежуточные катковые опоры меньшего диаметра
   
8. 
   Фундаментная плита из двух слоев разной прочности
   
9. 
   Наружные наклонные колонны каркаса
   
10. 
    Внутренние вертикальные колонны каркаса
    
11. 
    Засыпка из материала, поглощающего сейсмические колебания
    
12. 
    Наклонные откосы в пределах этажей
    
13. 
    Упоры с демпферными устройствами
    
14. 
    Распорки (с демпферами) между наклонными стенами коробчатого фундамента и каркасом подвальной части (показаны условно)
    
15. 
    Выносные горизонтальные пояса-экраны
    

4. Рекомендуемый порядок осуществления
   строительно-монтажных работ

1. 
   После выполнения котлована производится отсыпка горизонтальной гравийно-песчаной подушки 1 в основании днища запроектированных фундаментов; выравнивание наклонных откосов обетонированием их поверхностей монолитным железобетоном 2 в виде подготовки повышенной прочности, а затем и по горизонтальной подушке с предварительной укладкой по верху ее герметизирующего материала (не показано) для предохранения от протечки цементного молока при бетонировании.
   
2. 
   После чего выполняется гидроизоляция из геомембраны-экрана, являющейся одновременно сейсмоизоляцией 3 (например, 2-слойной из плоского и гофрированного полимерных листов для создания сминаемого зазора между ними и повышения демпфирования боковых поверхностей стен котлована, а также из 2-х плоских листов в уровне днища, учитывая значительные нагрузки сжатия).
   
3. 
   После бетонирования внутренних стен по периметру котлована и плиты днища пространственного в виде чаши коробчатого фундамента 4 обеспечиваются благоприятные условия для выполнения дальнейших строительных работ. Отметим особо, что принятое решение о строительстве объекта на скальных грунтах максимально повысило надежность оснований и фундаментов, исключило необходимость их усиления и применения традиционных свайных фундаментов, существенно снизило трудоемкость строительства и его стоимость.
   
4. 
   Промежуточная подушка 5 между коробчатым фундаментом 4 и автономным фундаментом 8 выполняется из слабосжимаемого песчано-гравийного грунта с включением в ее составе сборных железобетонных шаровых опор большего 6 и меньшего 7 диаметров, разложенных в толще подушки в особом порядке, как в плане, так и по высоте. Решение защищено патентом СССР № 1774976 [9]. Использовалось институтом при проектировании объектов отрасли в 90-х годах прошлого столетия, имеется ряд публикаций по этому вопросу, в том числе за рубежом, причем для различных вариантов решений фундаментов и оснований. Например, статья в журнале БСТ № 9 в 1995 году «Сейсмостойкие железобетонные плитные фундаменты на катковых опорах».
   
5. 
   При строительстве новых объектов на Алтае после землетрясения там в 2003 году институтом Запсибнипиагропром в качестве варианта шаровых опор были применены каменные валуны 2-х типоразмеров с демпферными прокладками по верху из двух сплошных полимерных листов ЗАО «Техполимер».
   
6. 
   Основные опоры 6, на которые частично опирается фундаментная плита, и дополнительные, промежуточные опоры 7 меньшего размера, укладывают с таким расчетом, чтобы между ними и низом фундаментной плиты 8 было расстояние, ориентировочно равное ожидаемой осадке плиты после возведения здания (на рис.2 не показано).
   
7. 
   По верху крупных опор 6 выполняются упругие прокладки, например, из нескольких слоев полимерных листов. Пространство между опорами заполняется сыпучим материалом (песком) с целью образования условного (сминаемого) зазора для последующей осадки плиты при возведении здания с таким расчетом, чтобы прослойка из сыпучего материала после окончательной стабилизации осадок опор 6 (см. узел А) осталась менее уплотненной, чем под опорами 6. В итоге нагрузки на основание под фундаментом 8 воспринимаются в основном в виде равномерно-распределенных под подошвой, а также сосредоточенных под катковыми опорами 6.
   
8. 
   Фундаментная плита 8 состоит из двух слоев разной прочности: нижний слой из бетона на крупном щебне меньшей прочности (класса В10-В15), верхний – из более прочного бетона с усиленным армированием. При конкретном проектировании нижняя зона верхнего слоя плиты в местах опирания шаровых опор 6 может быть усилена сетками косвенного армирования и даже стальными листами.
   
9. 
   Обратная засыпка 11 предусмотрена из материала, поглощающего сейсмические колебания. Традиционные стены подвальных этажей здания заменены наклонными откосами 12, расположенными частично на перекрытиях в пределах высоты каждого этажа. С целью повышения сейсмостойкости в составе откосов может быть предусмотрено устройство экранов из геосинтетических материалов. Поверхности откосов облицованы сборными плитами.