Jaké jsou hlavní typy základů pro výškové budovy?

Výškové budovy se staví už téměř sto let, ale svět z nich stále nemá jedinou jasnou klasifikaci. Jestliže se v New Yorku, Tokiu nebo Šanghaji mrakodrapy staví z čistě ekonomických důvodů (pozemky jsou příliš drahé), tak v Evropě, Rusku nebo Spojených arabských emirátech jsou důvody trochu jiné – zde se dostávají do popředí osobní ambice nebo otázka politické prestiže. přední. Analogii lze nakreslit se slavnými stalinskými mrakodrapy, z nichž nejznámější, hlavní budova Moskevské státní univerzity s výškou věže 239 metrů, byla téměř půl století nejvyšší budovou v Evropě a byla zapsána v Guinessově knize. záznamů.

Tak či onak, podle předpovědí o několik desítek let později zasáhne problém nedostatku městského prostoru všechny velké metropolitní oblasti. Není divu, že v centru ruského hlavního města se aktivně rozvíjí čtvrť Moskva, ve které dnes již bylo postaveno 20 budov, jejichž výška přesahuje 200 metrů. Budovy, které podle ruské klasifikace patří do první kategorie odpovědnosti (nad 100 metrů), již existují v Jekatěrinburgu, Chanty-Mansijsku, Novosibirsku a Grozném. A v Petrohradě se navzdory extrémně obtížné povaze půdy staví grandiózní centrum Okhta s odhadovanou výškou 463 metrů. Tato budova po dokončení stavby okamžitě o 135 metrů překoná moskevskou Mercury City Tower – nejvyšší multifunkční budovu současnosti v Evropě.

Výstavba výškových budov představuje mnoho výzev. Pokud ale bezpečnost nadzemní části budov souvisí s kvalitou materiálů a lidským faktorem, pak je jejich podzemní část vystavena mnohem většímu množství rizik. Nejvýkonnější terabajtový počítač není schopen je všechny vypočítat a předvídat. Navrhování základů výškových budov je proto snad nejobtížnějším a nejzásadnějším momentem v procesu výstavby. Celý budoucí osud mrakodrapu a budov umístěných v sousedství závisí na úspěšném dokončení počáteční fáze prací.

Obsah

1. Jak vybrat typ základů pro výškovou budovu
2. Význam geologických průzkumů
3. Typy základů
4. Deskové základy
5. Pilířové základy
6. Kombinované základy
7. Teorie a praxe
8. Na co si dát pozor při zakládání základů?
9. Hledání nových cest

Jak vybrat typ základů pro výškovou budovu

Jaké nuance je třeba vzít v úvahu při navrhování základů výškové budovy? V první řadě samozřejmě jeho výška a designové vlastnosti. Dům může být jedna věž nebo celá skupina budov různých výšek, spojených společným stylobatem. I římský architekt Vitruvius před dvěma tisíci lety přikázal držet se pyramidálního tvaru vysokých budov.

Přirozeně, čím vyšší je budova, tím více tlačí na základnu. Celkové vertikální zatížení může dosahovat astronomických hodnot.

Význam geologických průzkumů

Ne každá půda takový tlak odolá. Inženýrskogeologické průzkumy jsou jednou z nejdůležitějších přípravných činností při přípravě projektu výstavby výškových budov. Vývojové místo je podrobeno ultrazvukovému skenování a do země jsou vyvrtány vrty hluboké až 100 metrů. Vzorky půdy se odebírají v různých nadmořských výškách, aby se zjistilo jejich složení. Obecně platí pravidlo, že čím hustší a tvrdší půda, tím lépe. Ideální možností je instalace základů výškové budovy ve skalnaté půdě. Hustá hornina pomůže základovým prvkům vyrovnat se s vertikálním a horizontálním zatížením.

Obecně platí, že výstavba výškových budov je možná na různých půdách, od plastové hlíny až po skálu. Pro každý typ půdních podmínek je však nutné zvolit vlastní typ základu.

Velikost svislého zatížení základu a vlastnosti půdy jsou dva hlavní faktory ovlivňující výběr typu základu pro výškovou budovu. Pečlivě se však berou v úvahu i další faktory:

• přítomnost seismické aktivity nebo namáhání hornin přírodního a umělého původu v oblasti výstavby;
• přítomnost zdrojů podzemní vody, podzemních řek, pohyblivého písku, krasových dutin a dalších podzemních anomálií;
• umístění velkých investičních projektů v sousedství;
• dopravní komunikace procházející v těsné blízkosti, tunely metra, plynovody a vodovodní potrubí a další objekty, které mohou buď ovlivnit integritu základů nebo trpět v důsledku nevyhnutelného smršťování půdy;
• klimatické faktory – především sezónní změny teplot, četnost bouřek a rychlost větru. Jeho silné poryvy v nadmořské výšce 300–400 metrů, stejně jako tepelná roztažnost materiálů a také údery blesku, mohou způsobit velmi citelné jednorázové zatížení celé konstrukce budovy včetně základů.

Typy základů

Po provedení komplexní počítačové analýzy dat inženýrského a geologického průzkumu mohou autoři projektu zvolit typ základů pro výškovou budovu. Zde jsou jeho hlavní typy:

• Základ na přírodním základě.
• Pilotová deska (SPF).
• Hluboké pilotové základy.

Druhý typ základů může být instalován s výkopem nebo bez výkopu. V prvním případě se používají ražené nebo lisované piloty. Ve druhé jsou vrtané piloty, kesony a duté piloty z ocelových trubek.

Deskové základy

Základ na přírodním základu (bez zarážecích pilot) je vhodný pro výstavbu relativně nízkých budov (do 75 m), které patří do druhé kategorie odpovědnosti. Základem je zpravidla monolitická železobetonová deska o tloušťce 1 až 2,5 metru. V některých případech, kdy neexistují žádná nebo nepravděpodobná rizika přemístění zeminy, je možné použít tradiční pásové a sloupové základy. Nicméně základová deska je stále považována za výhodnější. Používá se také při výstavbě budov první kategorie odpovědnosti (do 100–120 metrů výšky). V místech maximálního zatížení je deska opatřena výztužnými žebry. Zpravidla se jedná o oblasti, kde jsou umístěny sloupy a pylony.

Tento typ základů byl použit ve stalinistických výškových budovách. Tam má vodorovná hlavní deska po obvodu krabicovitou svislou výztuž. Tento design plně prokázal svou spolehlivost během šesti desetiletí, vzhledem k tomu, že výška sedmi moskevských mrakodrapů éry SSSR přesahuje 200 metrů.

Pilířové základy

Moderní designéři se však přiklánějí k univerzálnějším pilotovým nebo kombinovaným konstrukcím, které poskytují možnost stavět výškové budovy na různých typech půdy.

Při vyšší výšce stavby se většinou pod budoucí stavbou vykope jáma, jejíž hloubka závisí na počtu místností umístěných v podzemí dle projektu. V tomto případě jsou stěny jámy podrobeny dodatečnému vyztužení železobetonem, který chrání základ před vodorovným zatížením. Hlubinné základy zahrnují použití betonových a ocelových pilot o průměru až 2 metry a délce až 83 metrů. Jedná se o piloty, které byly použity při stavbě centra Okhta na bažinatých půdách Vasiljevského ostrova.

Při hloubení velmi hustých a kamenitých zemin se používají spádové jímky, které se po dosažení požadované hloubky zalijí betonem a stanou se pažnicí. Právě tato technologie se používá při stavbě supervysokých budov v SAE a Saúdské Arábii, kde pod poměrně mělkou vrstvou písku číhají těžko průchodné skály.

Pokud se v oblasti stavby vyskytuje podzemní voda, používají se kesonové studny. Voda je z nich vytlačována pomocí stlačeného vzduchu.

Kombinované základy

Kombinované základy pilot-deska jsou z hlediska instalace nejsložitější, ale umožňují zajistit stabilitu výškové budovy v podmínkách heterogenních půd. Příkladem může být opět budova Okhta Center v severní metropoli.

Podstatou technologie je, že hlavy pilot jsou na dně jámy přivařeny k nosníkům betonového roštu. V Petrohradě je dvouvrstvá. Spodní deska, spojená s pilotami, slouží jako podpěra pro horní desku, která přímo podpírá úkol. V důsledku toho se snižuje lisovací a ohybový moment mezi hlavami pilot. Mimochodem, stejné schéma bylo použito pro stavbu základů řady výškových budov města Moskvy.

Teorie a praxe

Vzhledem k nedostatku praktických zkušeností s instalací SPF výškových budov se tato oblast dosud neodráží v GOST a SNiP. Praktičtí stavitelé vyvinuli následující pravidla:

• Několik dlouhých hromádek je vždy lepších než velké množství krátkých hromádek. Čím dále od okraje základu, tím kratší by měla být hromada;
• maximální zatížení pilot je v rozích a obecně po obvodu budovy;
• půda pod deskou musí být nadměrně zhutněna – k tomu se při budování jámy odebere nedostatek jednoho až dvou metrů zeminy a při stavbě pilot je předběžná studna o 10% užší, než je průměr hromady . Když jsou hromada a deska na místě, půda je násilně zhutněna.

S ohledem na jedinečnost výškových budov I. kategorie odpovědnosti a nedokonalost stávajícího regulačního rámce se při výstavbě výškových budov doporučuje neustále sledovat stav zemin, pilot, roštů a obestavujících betonových konstrukcí.

Na co si dát pozor při zakládání základů?

Neměli bychom zapomínat, že dochází k primárnímu a sekundárnímu smršťování půdy. Navíc poté, co plná hmotnost dvousetmetrové výškové budovy začne vyvíjet tlak na základ, může deformace půdy nabýt kritických hodnot.

Při stavbě pilotových a kombinovaných základů je nutné určit oblasti maximálního svislého zatížení. Jedná se o místa styku se založením nosných stěn, sloupů a pylonů. Pokud je v budově stylobate, měla by být místa maximálního zatížení označena zvláště pečlivě.

Hledání nových cest

Kromě klasických, časem prověřených základů s vertikálními pilotami se objevily odvážné projekty, které počítají s diagonálním uspořádáním pilot. Vynálezce Amir Safin si tak nechal patentovat projekt, ve kterém je pilotovým základem horizontální mříž, z níž se pod různými úhly rozkládají duté kovové piloty vyplněné betonem a tvoří pod zemí hyperboloid rotace (něco jako přesýpací hodiny). Jen čas ukáže, jak životaschopná je tato technologie.

Dnes je nejrozšířenější technologií na světě výstavba hlubokého pilotového nebo pilotového základu s výkopem zeminy a instalací obvodové bariéry („stěna v zemi“). Zajišťuje maximální strukturální stabilitu a spolehlivou hydroizolaci základny a podzemních prostor a základu jako celku.

Výběr typu základů je jedním z nejdůležitějších bodů při vytváření pracovního projektu, pokud si objednáte návrh domu. Inženýři společnosti Oakland LLC mají rozsáhlé zkušenosti v oblasti občanské a průmyslové výstavby. S námi si můžete být jisti, že váš vysněný dům vydrží desítky let.

Verstov, V.V. Přehled typů základů vícepodlažních budov / V.V. Verstov, A.N. Gaido, A.S. Chakov. — Text: bezprostřední // Mladý vědec. – 2018. – č. 8 (194). — S. 7-10. — URL: https://moluch.ru/archive/194/48472/ (datum přístupu: 28.11.2023. listopadu XNUMX).

Článek je věnován trendům ve výstavbě základů vícepodlažních budov, jejich oblastem použití a také hlavním technologickým postupům při výstavbě různých typů základů v podmínkách moderní stavební výroby.

Klíčová slova: základ, půda, hromada, deska, mříž.

Hlavními trendy moderní výstavby veřejných a bytových budov ve velkých sídlech jsou navyšování nadzemních a podzemních částí budovy.

Takové trendy vyžadují výstavbu základů se zvýšenou tuhostí, které budou schopny odolat zatížením ze struktury konstrukce a přenést je do odolných vrstev zemní hmoty.

Ve vztahu ke složitým inženýrsko-geologickým podmínkám (různé litologické vrstvy, mocnostně a rozsahem neshodné horizonty podzemní vody apod.) je vyžadován pečlivý výběr technologických řešení výstavby hraničních zdí, které musí mít požadované vlastnosti stabilita a voděodolnost.

Volba provedení základů je jedním z nejdůležitějších faktorů zajišťujících provozní spolehlivost a životnost budovaných konstrukcí. Tato důležitost je dána vlivem práce základů na stav nástaveb, jakož i složitostí, pracností a vysokými náklady na opravu nebo výměnu základů s konstrukčními nebo výrobními vadami.

Přehled typů základů pro vícepodlažní budovy

Rýže. 1. Přehled typů základů pro vícepodlažní budovy

Pevná monolitická železobetonová deska se na celém světě používá převážně jako základ vícepodlažních budov na přírodních základech. Při správné studii proveditelnosti lze také použít pásové základy nebo sloupové základy.

Použití monolitické železobetonové desky ve stavební praxi se zpravidla provádí tlakem na založení do 0,6 MPa a málo stlačitelnými základovými půdami (jako jsou nesypané a nebahnité písky, horniny popř. jílovité půdy v příliš zpevněném stavu.

Rýže. 2. Různá provedení monolitické masivní železobetonové desky

Tloušťka základové desky se v závislosti na velikosti působícího zatížení a také na inženýrských a geologických podmínkách může pohybovat od 1,0–2,5 m i více (obr. 2, a). Pro snížení výšky základové desky v místech, kde působí ohybové momenty, maximální příčné i podélné síly, lze použít výztuhy (obr. 2, b) nebo dodatečné vyztužení v místech umístění sloupů (obr. 2, c).

Kromě toho může mít monolitický železobetonový deskový základ krabicovou konstrukci (obr. 2, d). Toto provedení zahrnuje instalaci konzol (prodloužení základu za obvod konstrukce), což rozšiřuje rozsah použití tohoto typu základů.

Hluboké základy lze provádět buď s výkopem, nebo bez výkopu. Zalévané a zarážené piloty se vyrábějí a upravují bez výkopu. Hnané a drcené piloty mají obvykle průřez 300×300 a 350×350, což omezuje maximální tlak podél dříku piloty (maximální tlak do 1 MPa). Pokud taková únosnost nestačí, pak je v tomto případě nutné použít základy s výkopem zeminy – piloty z ocelových trubek nebo vrtané piloty, barretové piloty, kesony.

Vrtané piloty jsou nejrozšířenější mezi hlubinnými základy. Mohou být instalovány s průměrem až 2 m v téměř jakýchkoli půdních podmínkách.

Rýže. 3. Instalace vrtaných pilot

Kesony (spodní vrty) je vhodné použít v případech, kdy je nutné přenášet velká zatížení do velkých hloubek, zemina při vrtání obtížně proniká a je vyžadována vysoká rychlost stavebních a instalačních prací.

Rýže. 4. Pořadí montáže jímky

Základ pilota-deska zajišťuje společnou práci desky i pilot. Je účinný v případech, kdy půda pod základnou základu může začít pracovat a absorbovat část zatížení. Tento typ základů se také používá ke snížení vlivu nových konstrukcí na staré (v husté zástavbě), ke snížení náklonu budovy, stejně jako u konstrukcí s asymetrickými nosnými konstrukcemi, které nerovnoměrně přenášejí zatížení na nadace. Konstrukce základů z pilotových desek je nejúčinnější při výstavbě konstrukcí, které přenášejí velké zatížení na základ, jako jsou multifunkční komplexy, obchodní centra a vícepodlažní budovy.

Rýže. 5. Typy pilotových základů

1. Výroba štětovnic a štětovnic/V. V. Verstov, A. N. Gaido, Y. V. Ivanov; SPbGASU. – Petrohrad, 2011. – 292 s.
2. Technologie výstavby pilotových základů: učebnice / V. V. Verstov, A. N. Gaido; SPbGASU – Petrohrad, 2010. 180 s.
3. Technologie pro konstrukci jámového oplocení v městské zástavbě a vodních plochách / A. N. Gaido, V. V. Verstov, Ya. V. Ivanov. – Petrohrad: SPbGASU, 2014. – 368 s.

Základní pojmy (vygenerováno automaticky): základ, výkop, hlubinné založení, budova, maximální tlak, přehled typů základů, pilota, typ základu, základová deska.