Характерные деформации зданий
Здания, в процессе своей работы, деформируются в меру своей жесткости под влиянием окружающих воздействий. Деформация конструкций здания во многом зависит от деформационного состояния его фундаментов. Самая распространенная деформация фундаментов – это осадка. Здания и его фундаменты имеют различную чувствительность к осадкам, которые могут происходить в любые периоды: и в процессе строительства и во время эксплуатации. Чувствительность к осадкам определяется жесткостью. В зависимости от жесткости здания подразделяются на абсолютно жесткие, с конечной жесткостью и гибкие.
Абсолютно жесткие здания и сооружения обладают большой жесткостью в вертикальном направлении. К ним относят башни, дымовые трубы, тяжелые опоры (мостов, эстакад и т.п.). Ввиду значительной жесткости такие сооружения не подвержены изгибу, каким-то местным деформациям и испытывают осадку, как единое целое, имеется также жесткий фундамент. При симметричной вертикальной нагрузке осадка таких зданий и сооружений бывает равномерной. При несимметричном загружении может возникать крен. При этом появляются дополнительные напряжения (усилия), которые, как правило, не опасны ввиду большого запаса прочности.
Здания и сооружения конечной жесткости представляют основу современной городской застройки. К ним относятся здания каркасные, с неполным каркасом, кирпичные, крупноблочные, крупнопанельные и т.д., такие типы строений при развитии неравномерных осадок фундаментов получают деформации отдельных участков, выраженные в искривлениях, трещинообразовании и даже разрушении. Обладая конечной жесткостью, такие здания способны перераспределять давление по подошве фундаментов, в результате чего возникают дополнительные усилия. Величина дополнительных усилий, как правило, не учитывается в проектировании, и это приводит к образованию трещин, и даже, к аварийным ситуациям. Поэтому строительными нормами определены предельные величины деформаций, исходя из физико-технических свойств конструкций и материалов.
Абсолютно гибкие сооружения называются так потому, что под действием нагрузок они следуют за осадками основания, при этом дополнительные усилия практически не возникают, так как ситуация реализуется деформациями. К этой группе сооружений относят дамбы, земляные насыпи, гибкие резервуары, одноэтажные здания со статически определимой расчетной схемой, эстакады, галереи с разрезной пролетной схемой и т.п. В этом случае предельные деформации практически гибких сооружений назначают, исходя из условий нормальной эксплуатации.
При рассмотрении здания, как объекта обследования и реконструкции, необходимо внимательно изучить его строительную и конструктивную схемы, а также особенности грунтовой обстановки на площадке. Основой и результатом такого изучения становится оценка жесткости здания, особенности передачи нагрузки на фундаменты и грунты и предварительная оценка характера возможных деформаций в процессе эксплуатации.
В зависимости от жесткости и характера развития неравномерных осадок в здании могут возникать следующие деформации: прогиб, выгиб, крен, перекос, кручение, горизонтальное смещение. На рис. 5.17 показаны характерные виды деформаций.
Причины возникновения осадок
Общую осадку здания от начала строительства, включая процесс эксплуатации, можно предоставить выражением
S = S уп + S р + S вып + S рас + S экспл, (5.17)
| где | S уп | − | осадка уплотнения грунта вследствие передачи нагрузки от фундамента и уменьшения коэффициента пористости грунта; |
| S р | − | осадка от разуплотнения верхних слоев грунта котлована, куда устанавливается фундамент. Разуплотнение (вспучивание) происходит из-за снятия нагрузки от слоя грунта равной глубине котлована; | |
| S вып | − | осадка выпирания, образующаяся в результате выдавливания грунта из-под фундамента при достижении зон пластических деформаций (краевые точки); | |
| S рас | − | осадка расструктуривания, возникающая вследствие нарушения природной структуры грунта и выражающаяся в увеличении его сжимаемости; | |
| S экспл | − | осадки, возникающие в период эксплуатации здания, когда напряженно-деформированное состояние несущих слоев грунта изменяется по многим причинам. |
Предельно допустимые осадки оснований приведены в табл. 5.20.
Рис. 5.17. Деформации здания:
а - прогиб; б - выгиб; в - осадка части здания; г - перекос; д - крен; е - скручивание
Таблица 5.21
Предельные дополнительные деформации существующих зданий
| Наименование, конструктивные особенности здания или сооружения | Категория состояния | Предельные деформации | ||
| Sm | ∆ S/L | Крен, i | ||
| Гражданские и производственные одноэтажные и многоэтажные здания с полным железобетонным каркасом | I II III | 5,0 3,0 2,0 | 0,0020 0,0010 0,0007 | − − − |
| Многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенами из крупных панелей | I II III | 4,0 3,0 2,0 | 0,0016 0..0008 0,0005 | 0,0016 0,0008 0,0005 |
| Многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенами из крупных блоков или кирпичной кладки без армирования | I II III | 4,0 3,0 1,0 | 0,0020 0,0010 0,0007 | 0,0020 0,0010 0,0007 |
| Многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенами из кирпича или бетонных блоков с арматурными или железобетонными поясами | I II III | 5,0 3,0 2,0 | 0,0024 0,0015 0,0010 | 0,0024 0,0015 0,0010 |
| Многоэтажные и одноэтажные здания исторической застройки или памятники архитектуры с несущими стенами из кирпичной кладки без армирования | I II III | 1,0 0,5 0,2 | 0,0005 0,.0003 0,0001 | 0,0005 0,0003 0,0001 |
| Высокие жесткие сооружения и трубы | I II III | 5,0 3,0 2,0 | − − − | 0,004 0,002 0,001 |
Примечание: Sm - максимальная осадка, см; ∆ s/L - относительная разность осадок, см