Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 7
1.1. Методы совместного расчета конструкции здания и основания 7
1.2. Использование двухконстантной модели основания для решения задач совместного расчета 13
1.3. Учет сложной пространственной геометрии и физической нелинейности при расчете оснований 22
1.4. Проблемы совместного расчета оснований и сооружений, цель, задачи и методы исследования 26
2. Методика решения задач совместного расчета основания и здания 30
2.1. Анализ эффективности алгоритмов, применяемых для решения задач совместного расчета с использованием метода конечных элементов 31
2.2. Анализ существующих способов ускорения решения задач совместного расчета с помощью предобусловливания систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) 42
2.3. Адаптация итерационных алгоритмов решения СЛАУ для задач совместного расчета 47
2.4. Сравнение эффективности алгоритмов решения задач совместного расчета основания и надземных конструкций здания 57
Выводы по главе 2 60
3. Структура и основные принципы построения программы для решения задач совместного расчета 61
3.1. Краткое описание структуры универсального конечного элемента 64
3.2. Обобщенный алгоритм решения конечно-элементных задач 72
3.3. Основные принципы построения редактора конечно-элементных схем...74
3.4. Методика построения сложных пространственных схем основания по данным геологических изысканий 77
Выводы по главе 3 86
4. Анализ основных закономерностей взаимодействия основания и надземных конструкций здания 88
4.1. Сравнение результатов расчетов с данными натурных наблюдений 88
4.2. Закономерности работы плитных фундаментов многоэтажных зданий ...93
4.3. Закономерности работы свайных фундаментов при учете жесткости надземных конструкций 105
4.4. Расчетный анализ сложных реконструкционных ситуаций 113
Выводы по главе 4 126
Выводы 128
Литература
- Использование двухконстантной модели основания для решения задач совместного расчета
- Анализ существующих способов ускорения решения задач совместного расчета с помощью предобусловливания систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ)
- Обобщенный алгоритм решения конечно-элементных задач
- Закономерности работы плитных фундаментов многоэтажных зданий
Введение к работе
Учет совместной работы системы "основание, фундаменты и надземные несущие конструкции" является одним из основных принципов проектирования оснований и фундаментов, что неоднократно отмечалось в работах Б.Д.Васильева и Б.И.Далматова. Нормативные документы также содержат прямые указания на необходимость проведения совместных расчетов. Согласно п. 2.5 СНиП 2.02.01-83* "Основания зданий и сооружений" "нагрузки и воздействия на основание, передаваемые фундаментами сооружений, должны устанавливаться расчетом, как правило, исходя из рассмотрения совместной работы сооружения и основания." При этом рекомендуется учитывать пространственную работу конструкций, геометрическую и физическую нелинейность, анизотропность, пластические и реологические свойства материалов и грунтов. В региональных геотехнических нормах (ТСН 50-302-96) вопросу учета совместной работы несущих конструкций зданий и сооружений с их основанием посвящен отдельный параграф. Фундаменты рекомендуется проектировать с учетом работы системы "основание-фундамент-здание" в условиях:
неравномерной сжимаемости грунтов на естественном основании и под острием висячих свай;
подрабатываемых территорий в районах возможного изменения свойств основания в связи со строительством подземных сооружений, под построенными или проектируемыми объектами (метро, коллекторы больших диаметров, подземные переходы и т.п.);
дополнительных осадок, вызванных строительством новых объектов на соседних участках, т.е. в зоне их влияния.
Очевидно, что' под требования данного пункта попадает большинство зданий, возводимых на территории Санкт-Петербурга. Таким образом необходимость учета совместной работы основания фундаментов и надземных конструкций зданий в настоящее время не вызывает сомнений и нашла свое отражение в нормативных документах. Тем не менее, несмотря на прямое
указание норм, на практике совместные расчеты, учитывающие сложный пространственный характер и физическую нелинейность работы массива грунта, встречаются довольно редко и применяются, в основном, при проектировании уникальных объектов (преимущественно больших гидротехнических сооружений). При расчете конструкций жилых зданий деформируемость основания учитывается в лучшем случае с помощью упрощенных подходов - по модели винклеровского основания или по двухконстантной модели. Как показывает анализ современной практики проектирования, выполненный Санкт-Петербургской комиссией по основаниям, фундаментам и подземным сооружениям [102] совместные расчеты, как правило, вообще не производятся. При расчете деформаций основания перераспределение нагрузок, обусловленное работой надземных конструкций, как правило не учитывается, а допускаемые абсолютные величины и неравномерности осадок принимаются в соответствии с рекомендуемым приложением 4 к СНиП 2.02.01-83*.
Объективной причиной такой ситуации является сложность решения задач совместного расчета основания и надземных конструкций здания. Если расчеты надземных конструкций с использованием численных методов уже достаточно прочно вошли в проектную практику, то расчеты основания в пространственной постановке представляют значительную сложность и при сегодняшнем уровне развития вычислительной техники. Еще более сложным является объединение расчетов основания и надземных конструкций в рамках одного совместного расчета.
Другим препятствием на пути применения совместных расчетов в проектной практике является отсутствие программ, содержащих модели, которые описывали бы работу надземных конструкций и сложную нелинейную работу фунта и были бы способны решать задачи совместного расчета за приемлемое время (что является важным требованием при современных темпах проектирования). Существующие отечественные и зарубежные расчетные программы, в основном, отражают сложившуюся практику раздельных расчетов и нацелены либо на рассмотрение поведения надземных конструкций (при этом в них содержатся, как правило, только упрощенные модели упругого основания),
либо на решение геотехнических задач (такие программы чаще всего не приспособлены для решения больших пространственных задач совместного расчета).
Целью данной работы является объединение последних достижений в области расчета оснований и в области расчета надземных конструкций в рамках единого совместного расчета и выявление основных закономерностей совместного расчета основания и надземных конструкций.
Для реализации данной цели были поставлены и решены следующие задачи:
произвести анализ существующих методик совместного расчета (в том числе с использованием одноконстантной и двухконстантной моделей основания), выявить их основные достоинства и недостатки, определить границы применимости;
выявить основные технические проблемы, препятствующие применению совместных расчетов в повседневной проектной практике;
разработать методику решения задач совместного расчета, содержащую комплекс эффективных алгоритмов, позволяющих при минимальных затратах времени проводить совместные расчеты оснований и зданий методом конечных элементов;
разработать программу, реализующую данный комплекс алгоритмов на стандартном вычислительном оборудовании;
проанализировать основные закономерности, проявляющиеся при совместном расчете в отличие от традиционно применяемых раздельных расчетов.
Для решения данных задач были применены аналитические и численные методы исследования. Достоверность результатов расчетов подтверждается сравнением численных решений и известных аналитических решений (в том числе, изложенных в нормативной литературе), а также сопоставлением с данными натурных наблюдений.
Научная новизна работы состоит в следующем:
Разработана методика совместного расчета основания и здания, состоящая из комплекса эффективных алгоритмов и ее программная реализация, позволяющая проводить расчеты в пространственной постановке на стандартном вычислительном оборудовании. При этом в расчетные схемы как надземных конструкций, так и оснований не вводятся дополнительные допущения и упрощения по сравнению с известными эффективными методиками раздельного расчета конструкций и основания.
С помощью разработанного программного комплекса проведены расчеты реальных объектов и выявлены характерные особенности результатов совместного расчета. Установлено, что отсутствие учета совместной работы основания и надземных конструкций может приводить к дефициту их несущей способности вместо запаса, который принято ожидать при поведении раздельных расчетов.
Установлено, что учет совместной работы сказывается, главным образом, на величине неравномерности осадок и перераспределении усилий в конструкциях здания. Выявлены основные закономерности распределения усилий для зданий на плитных, свайных фундаментах и для реконструкционных ситуаций.
Для обеспечения практической возможности серийного решения задач совместного расчета оснований и сооружений вместо традиционно применяемых в расчетных программах прямых методов решения разработан и применен итерационный метод решения больших разреженных систем линейных алгебраических уравнений с предобусловливателем, гарантирующим заданное уменьшение числа обусловленности матрицы. Это позволяет оперировать с системами уравнений до миллиона неизвестных. Для объединения в рамках одной программы различных физических и математических моделей, описывающих работу основания и надземных конструкций, разработан обобщенный алгоритм решения конечно-элементных задач и структура
универсального конечного элемента, упрощающая процедуру создания всевозможных конечно-элементных моделей. На защиту выносятся:
методика совместного расчета грунтов основания и несущих конструкций зданий в пространственной постановке с учетом нелинейной работы грунта;
анализ основных закономерностей, выявленных при совместном расчете системы «основание - фундамент - надземные конструкции здания» для различных типов фундаментов;
программная реализация предлагаемой методики в комплексе FEM models (в переводе: модели метода конечных элементов).
Автор выражает искреннюю благодарность коллективам кафедры Геотехники и кафедры Строительной механики СПбГАСУ, оказавших неоценимую помощь в работе.
Использование двухконстантной модели основания для решения задач совместного расчета
Для преодоления данных противоречий было предложено несколько подходов. Г.К.Клейн [43] предложил вводить модуль деформации, меняющийся по глубине по какой-либо закономерности, например, линейной или квадратичной. Другой подход заключается в ограничении глубины сжимаемой толщи. Ее границу определяют по одному из следующих критериев:
величиной дополнительных напряжений на этой границе, которые считаются незначительными по сравнению с природными напряжениями от собственного веса (например, не более 10...20%);
глубиной залегания кровли более плотных слоев грунта, сжимаемостью которых можно пренебречь;
равенством дополнительных напряжений и структурной прочности грунта (Б.И.Далматов, В.М.Чикишев [27], М.Ю.Абелев [1], А.В.Голли [21], В.Н.Широков [111], В.Б.Швец [107] и др.).
Первый способ ограничения сжимаемой толщи вошел в нормативные документы и применяется в методе послойного суммирования. В настоящее время инженерные методы расчета осадок достаточно хорошо зарекомендовали себя на практике, подтверждены натурными экспериментами и в большинстве случаев достаточно достоверно позволяют прогнозировать среднюю осадку фундамента. Методы расчета осадок с использованием других способов ограничения сжимаемой толщи нашли отражение в трудах К.Е.Егорова [34], Н.А.Цытовича [95], Б.И.Далматова [28]. Методам расчета конструкций с применением модели основания с ограниченной глубиной сжимаемой толщи посвящены труды К.Е.Егорова [33], О.Я.Шехтер [108,109] и др.
Для расчета фундаментных плит с использованием различных моделей работы основания был разработан метод коэффициентов жесткости (переменного коэффициента постели). Этот метод нашел отражение в работах С.Н.Клепикова [46]. Действительно, в рамках линейной задачи перемещения точек поверхности грунта под подошвой фундамента пропорциональны давлению на грунт. Если вычислить коэффициенты пропорциональности в каждой точке подошвы фундамента в соответствии с какой-либо моделью основания, то решение задачи в дальнейшем будет аналогично расчету по гипотезе Винклера, но с переменным коэффициентом постели. Однако вычисление коэффициентов жесткости представляет значительную трудность. В работе [68] предлагается итерационный алгоритм решения задачи совместного расчета, основанный на постепенном сближении раздельных расчетов основания и надземных конструкций. Как показывает практика, недостатком этого метода является слишком низкая скорость сходимости, а следовательно малая эффективность при программной реализации алгоритма.
Математические сложности реализации модели упругого полупространства без применения вычислительной техники, а также указанные недостатки этой модели привели к развитию методов расчета конструкций, связанных с видоизменением модели Винклера, позволяющим учесть распределительную способность грунта. К ним относятся модели Филоненко-Бородовича [93], в которых по поверхности винклеровских пружин вводится нерастяжимая мембрана или упругая пластина. В плоской задаче, соответственно, в расчет вводятся нерастяжимая нить или балка. За рубежом данный метод расчета известен как метод "грунтовой балки" [117]. Его недостаток заключается в неопределенности при назначении жесткости "грунтовой балки" или пластины.
Самым простым способом учета распределительной способности грунта является использование двухпараметрической модели упругого основания, согласно которой функция нагрузки Р и функция перемещения поверхности массива грунта vv# связаны зависимостью P = Kw0 -CVw0 (j !) где К и С - параметры модели, a - оператор Лапласа. Первый параметр по смыслу аналогичен коэффициенту постели по гипотезе Винклера, а второй учитывает распределительную способность грунта. При этом расчет не становится более сложным, чем по гипотезе Винклера. Для основания, состоящего из сжимаемого слоя высотой Н, П.Л.Пастернаком были получены формулы для двух коэффициентов жесткости (коэффициентов постели) Е GH К= С = Н, 3 . (1.2)
Эти формулы были обобщены И.А.Медниковым для случая многослойного основания [54]. Как будет показано ниже, они дают достаточно хорошее совпадение результатов с расчетами многослойного основания по более сложным моделям (например, с пространственным расчетом с использованием МКЭ). Тем не менее, несмотря на удовлетворительную точность расчетов по двухконстантной модели и простоту решения, формулы П.Л.Пастернака и ИАМедникова, к сожалению, не нашли должного отражения в справочной литературе и распространения на практике. Возможно, одной из причин этого является некоторая теоретическая неопределенность при получении формул. При выводе формул И.А.Медниковым использовались допущения о линейности вертикальных перемещений точек массива грунта по толщине слоя, а также о равенстве нулю горизонтальных перемещений точек массива грунта. При этом, в отличие от гипотезы Винклера, предполагалось, что по сторонам элементарного столбика, условно «вырезанного» из массива грунта, действуют касательные напряжения. Однако предположение о линейности деформаций в пределах слоев при большой толщине слоя, очевидно, не соответствует действительности, что вызывает сомнения в применимости данных формул для слоя значительной толщины
Анализ существующих способов ускорения решения задач совместного расчета с помощью предобусловливания систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ)
К положительным особенностям матрицы жесткости системы для задач совместного расчета относятся симметричность, положительная определенность и разреженность матрицы. Отрицательным свойством является большое значение числа обусловленности при высоком порядке матрицы. Большое число степеней свободы, необходимое для моделирования задач совместного расчета, практически исключает использование прямых методов, в то же время высокое значение числа обусловленности снижает эффективность итерационных методов.
Отметим, что в нашем исследовании мы не рассматриваем случаев, при которых число обусловленности настолько велико, что не позволяет получить точного решения системы. При использовании в вычислениях чисел двойной точности с 15 значащими цифрами такая ситуация возникает практически только при некорректном задании расчетных схем (геометрически изменяемые системы, разница жесткостных характеристик, превышающая 10 и т.п.). Поэтому далее, говоря о плохой обусловленности, мы будем иметь в виду ее влияние на сходимость итерационных методов, а не на ошибку вычислений.
При решении задач деформирования массива грунта различие жесткостных характеристик элементов, моделирующих работу грунта, как правило, незначительно, и при относительно равномерной разбивке схемы матрица жесткости системы является достаточно однородной. При моделировании основания элементами с тремя степенями свободы в каждом узле и при стандартном закреплении границ схемы число обусловленности матрицы жесткости системы обычно составляет 103-10s. Как показывет практика, для таких матриц к хорошим результатам приводит применение предобусловливателя, основанного на неполном разложении Холецкого с сохранением структуры разреженности исходной матрицы (без возникновения новых ненулевых элементов матрицы).
Введение в расчетную схему элементов конструкций приводит к появлению неоднородности элементов матрицы жесткости, поскольку механические характеристики конструкций, как правило, на несколько порядков выше механических характеристик грунта. Кроме того, размеры элементов конструкций, как правило, малы относительно размеров массива грунта, что ведет к необходимости локального сгущения сетки и увеличения разнородности матрицы жесткости. Разнородность элементов матрицы жесткости ведет к увеличению числа обусловленности и к ухудшению сходимости итерационных методов.
Программная реализация предобусловливателей, основанных на стратегиях выбора структуры разреженности предобусловливателя (2.10) по принципу относительной величины отбрасываемого элемента (2.12) и по количеству резервируемых элементов показала, что эти стратегии не позволяют эффективно учесть особенности матрицы системы для задач совместного расчета. Как показывает практика, существует класс задач, для которого алгоритмы, построенные на эвристических приемах построения структуры разреженности предобусловливателя, не позволяют получить эффективного итерационного метода решения. К этому классу задач относится расчет пластинчатых и стержневых систем с вращательными степенями свободы в узлах. Особенно негативными свойствами обладают схемы, включающие тонкостенные пластинчатые системы при достаточно подробной конечно-элементной сетке. Число обусловленности матрицы для таких задач может превышать 10 .
Проблема расчета тонкостенных пластинчатых систем оказывается очень актуальной для строительства, поскольку к таким системам относятся здания с железобетонными несущими стенами, толщина которых, как правило, мала по сравнению с основными размерами. Сложность применения итерационных методов к таким системам, возможно, и послужила причиной того, что в существующих расчетных программах (в основном, нацеленных на расчет надземных конструкций зданий) итерационные методы решения СЛАУ практически не применяются.
В задачах совместного расчета основания и конструкций зданий, включающих пластинчатые и стержневые системы, негативные свойства матрицы, характерные для таких систем, дополнительно усугубляются наличием разнородности жесткостных характеристик конструкций и основания. Высокий порядок матрицы системы делает практически невозможным применение прямых методов, в то же время применение итерационных методов с описанными выше алгоритмами получения предобусловливателей для таких систем чаще всего приводит к длительному, медленно сходящемуся итерационному процессу.
Обобщенный алгоритм решения конечно-элементных задач
Четырехэтажное здание предприятия «Малахит» было возведено в конце 1970-х годов. Оно представляет собой прямоугольное в плане строение с железобетонным сборным каркасом на подвальном этаже. Фундаменты были выполнены в виде ребристого монолитного железобетонного «корыта», состоящего из плиты днища толщиной 500 мм и ребер по периметру плиты и по продольным осям (под колоннами). Глубина заложения подошвы плиты днища составляет 3,9 м от поверхности. К зданию с двух сторон примыкают лестничные клетки с лифтовыми шахтами, возведенные из бетонных блоков в цокольной части и выше - из кирпича на отдельных фундаментных плитах толщиной 500 мм из монолитного железобетона. Проектом предусматривалось устройство деформационного шва в примыкании лестниц к основному объему.
В основании здания под пластовым дренажом толщиной 0,65 м из крупнозернистого песка залегают природные грунты - озерно-ледниковые текучие ленточные глины с мощностью слоя до 6,5 м, подстилаемые моренным мягкопластичным суглинком (табл. 4.1).
После строительства здания стал происходить перекос направляющих лифта. Организация, эксплуатирующая лифты, была вынуждена их отключить, поскольку система уже не допускала рихтовки. В это же время стало наблюдаться раскрытие деформационного шва. С 1987 г. за зданием было организовано постоянное геодезическое наблюдение.
Для стабилизации деформаций было предложено весьма сомнительное решение: засыпать подвальную часть лестничных клеток 3-метровым слоем песка. Оно крайне негативно сказалось на состоянии здания. Стал интенсивно развиваться крен лестничных клеток в сторону от здания с раскрытием деформационного шва и появлением системы вертикальных трещин в зоне примыкания с первого по третий этаж. К 1995 г. наибольшие осадки наружной стены лестничной клетки достигли 60 мм, деформационный шов в уровне пола 4 этажа раскрылся на 130 мм. Щель была забетонирована, но к концу 2000 г. раскрылись еще на 80 мм. К этому времени осадки одной лестничной клетки осадки достигли 80 мм, крен 350 мм, другой - соответственно 55 мм и 183 мм.
Для оценки причин неравномерных деформаций здания и выбора варианта усиления была произведена серия расчетов. Для того, чтобы корректно оценить характер деформаций здания, в расчетах необходимо было учесть следующие факторы: 1. пространственную работу грунта основания с учетом физической нелинейности; 2. работу конструкций фундаментов (фундаментных плит под зданием и лестничными клетками); 3. работу надземных конструкций здания (железобетонного каркаса и кирпичной кладки стен лестничных клеток).
Расчетная схема для совместного расчета здания и основания показана на рис. 4.1. Расчеты производились в 2 этапа: на первом этапе моделировалось напряженное состояние от собственного веса грунта, на втором шаге моделировались деформации от нагружения основания и конструкций фундаментов весом надземных конструкций.
Расчеты показали следующее.
1. Наибольшие осадки получают лестничные клетки. При этом характер и абсолютные величины осадок по расчету и по данным геодезических наблюдений практически совпадают (рис.4.2). Влиянием лестничных клеток объясняется увеличение осадок здания в области, прилегающей к лестничным клеткам. В целом такое влияние приводит к закручиванию конструкций здания (рис.4.3), однако неравномерность осадок самого здания (исключая лестничные клетки) не превышает допустимых значений.
2. В случае корректного выполнения деформационного шва между лестничными клетками и зданием, а также подготовки под фундаментные плиты крен лестничных клеток, как показывают расчеты, не превышает допустимых значений. Кроме того, наклон лестничных клеток происходит в этом случае в сторону здания, что противоречит результатам геодезических наблюдений.
3. Наблюдаемый крен лестничных клеток с наклоном от здания можно получить в расчете только при учете частичного или полного "зависания" конструкций лестничной клетки на плите основного здания. Как показывают расчеты, при учете такого "зависания" характер деформаций по расчету полностью совпадает с наблюдаемым по данным геодезических наблюдений (см. рис. 4.2, 4.3,4.4).
Проведенное в дальнейшем обследование показало, что деформационные швы в кирпичной кладке стен и фундаменте не совпадают в плане: в уровне цоколя шов смещен на 50 мм в сторону основного объема здания относительно шва в кирпичных стенах. Это обстоятельство объясняет возникновение трещин в нижней части кладки стен. Было также установлено, что подошва фундаментной плиты ленточных клеток расположена на 0,5 м выше, чем у основного объема
Закономерности работы плитных фундаментов многоэтажных зданий
Зоны пластических деформаций в данном примере, так же как и в Іредьідущем, развиваются под краями загруженной площади, что соответствует Иассическим представлениям (рис. 4.10). Развитие зон предельного состояния .равнительно невелико, поэтому, как показывает сравнение расчетов с учетом мзической нелинейности и по упругой стадии, за счет пластических деформаций роисходит накопление осадок в размере не более 10%.
Однако как показывает расчет, несмотря на незначительную разницу в абсолютных величинах осадок по упругому и упругопластическому решению, в величинах усилий в конструкциях по этим двум решениям наблюдается существенно большее различие. Это связано с тем, что усилия в конструкциях зависят, главным образом, не от абсолютных величин осадок, а от неравномерностей осадок и от распределения контактных напряжений по подошве фундаментной плиты. Очевидно, что усилия в продольных и поперечных железобетонных стенах подвального и первого этажа здания по упругопластическому расчету должны быть ниже соответствующих усилий по упругой стадии работы грунта, поскольку образование зон пластических деформаций приводит к снижению неравномерности осадок, что и подтверждается расчетом. Однако, как видно из рис. 4.12, величины изгибающих моментов в фундаментной плите, получаемые по упругопластическому решению, в ряде точек имеют большее абсолютное значение, при этом величины моментов по упругому и упругопластическому решению могут отличаться более, чем в 1.5 раза. Такое изменение величин моментов связано с перераспределением давления по подошве плиты при учете нелинейной стадии работы грунта.
В связи с этим можно сделать заключение о необходимости расчета по упругопластической стадии работы грунта при вычислении усилий в конструкциях, даже если среднее давление по подошве фундаментной плиты не превышает расчетного сопротивления.
Компьютерный макет застройки.
Строительство новых кварталов городской застройки в настоящее время уже не мыслится без активного использования подземного пространства для организации проезда транспорта, размещения автостоянок, складских и торговых зон. Один из таких современных кварталов возводится в Санкт-Петербурге на Васильевском острове по проекту Е.Герасимова (рис. 4.13).
Корпуса разной этажности (от 2 до 25 этажей) объединяет цокольный этаж, охватывающий всю территорию квартала и заглубленный на 1,25 м ниже существующей поверхности. Проектируемые здания имеют комбинированную расчетную схему: в цокольном и первом этажах - каркас, выше - поперечные несущие стены с шагом 7,2 и 3,6 м и продольная внутренняя стена. Перекрытия предполагаются монолитными неразрезными, наружные стены - из кирпича и блоков пористого бетона с поэтажным опиранием на плиту перекрытий.
Под все пятно застройки, включая территорию цокольного этажа между зданиями, запроектированы забивные сваи сечением 35x35 см. Длина свай под зданием варьирует от 26 до 32 м, под ненагруженными участками цокольного этажа -16 м.
Рассмотрим совместную работу одного из зданий застраиваемого квартала и его основания. Здание состоит из 5-ти, 12-ти, 16-ти и 20 -этажных корпусов с двумя внутренними дворами, объединенных единым цокольным этажом. Расчетная схема задачи для совместного расчета основания и конструкций здания изображена на рис. 4.14. Расчетная схема сооружения была составлена проектировщиками в среде программы SCAD и затем конвертирована нами в файлы исходных данных FEM models. В расчетную схему введено основание здания в соответствии с результатами инженерно-геологических изысканий и свайное поле. Сваи моделировались стержневыми конечными элементами с соответствующими геометрическими и механическими характеристиками.
Задача решалась в 2 этапа. На первом этапе формировалось природное вапряженное состояние основания путем приложения к узлам конечно-юементной схемы нагрузок от собственного веса грунта. На втором этапе в нечетную схему вводились конечные элементы свай и наземных конструкций.
Согласно результатам расчета максимальная осадка ожидается для 20-ігажного корпуса и составляет 10...12 см; для 16-этажного корпуса она равна I..U см; для 12-этажных корпусов - 7...10 см, а 5-этажных - 6 см. При этом рогнозируется крен корпусов в направлении 16-этажного корпуса. Осадка рдземных гаражей развивается преимущественно за счет влияния многоэтажных црпусов и достигает максимального значения в примыканиях к корпусам. Максимальная ожидаемая осадка составляет 8 см, она приурочена к участку цимыкания к 20-этажному корпусу. На рис. 4.15 приведены изолинии осадок їоружений в плане.
