РАСЧЕТ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА МНОГОЭТАЖНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО КАРКАСНОГО ЗДАНИЯ С УЧЕТОМ ФИЗИКО МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается расчет многоэтажного здания на свайном фундаменте. Представленная пространственная модель свай позволяет учитывать совместную работу сооружения, свайного фундамента и грунтового основания. Жесткостные характеристики элементов свай определяются с учетом физико-механических свойств как материала свай, так и свойств грунтов основания. Приведены результаты расчета конструктивной системы на сейсмические воздействия двумя методами и методика расчета характеристик конечного элемента (КЭ56), который используется при получении модели сваи. Результатом расчета является определение несущей способности и армирование ствола свайного фундамента.

ABSTRACT

The article considers the calculation of a multi-storey building on a pile foundation. The presented spatial model of piles allows us to take into account the joint work of the structure, the pile foundation and the soil base. The stiffness characteristics of the pile elements are determined taking into account the physical and mechanical properties of both the pile material and the properties of the base soils. The results of calculating the structural system for seismic impacts by two methods and the methodology for calculating the characteristics of the final element (CE56), which is used to obtain a pile model, are presented. The result of the calculation is the determination of the bearing capacity and reinforcement of the pile foundation shaft.

Ключевые слова: сейсмичность, линейно-спектральный метод, синтезированные акселлерограмы, программный комплекс, напряженно-деформированное состояние, свайные фундаменты, одноузловой элемент, метод конечных элементов.

Keywords: seismicity, linear spectral method, synthesized accelerograms, software package, stress-strain state, pile foundations, single-node element, finite element method.

Введение

Интенсивное развитие строительства многоэтажных и высотных зданий на территории Узбекистана, которая отличается высокой сейсмичностью и неблагоприятными грунтовыми условиями. Исходя из типа грунтов, литологического строения, физических, прочностных и деформационных   свойств грунтов определенных в процессе инженерно-геологических исследований установлено, что естественным основанием проектируемых зданий являются Лессовидные суглинки и супеси, макропористые, комковатой структуры от твёрдой до мягко-пластичной консистенции. Данный тип грунтов обладают малой прочностью и просадочностью. Под воздействием динамических нагрузок значительно меняют свои свойства и теряют несущую способность. В связи с этим при выборе конструктивного решения предпочтение отдается свайным фундаментам. Необходимость учета совместной работы верхней части сооружения с его основанием требуют дальнейшего развития методов расчета с учетом всех особенностей эксплуатации в условиях высокой сейсмичности. В настоящее время в практике проектирования широко используются ПК, основанные на методе конечных элементов, способные учесть не только свойства конструкций, но и свойства основания. 

Материалы и методы

Пространственная аналитическая модель здания (Рис. 1) разработана на основе изучения представленных информационных сведений о предполагаемых проектных архитектурных и конструктивных решениях здания. В конструктивной части проекта была тщательно проработана расстановка вертикальных элементов, а именно диафрагм жесткости и колонн, таким образом, чтобы центр масс и центр жёсткости системы максимально совпадали.

Количество, длина и диаметр железобетонных свай установлена на основе предварительных расчетов несущей способности сваи с учетом характеристик грунтов основания. 

Существует несколько методов моделирования свай. Наиболее полное решение с определением арматуры элементов как стержней круглого сечения дает следующая методика.

Сама свая моделируется в виде КЭ10 соответствующего сечения. Упругие характеристики грунтов, учитывающие как лобовое сопротивление грунтов, так и боковое трения моделируется в виде одноузлового конечного элемента (КЭ56) (Рис. 2).  Далее представлены результаты расчета высотного здания на буронабивных сваях.

Рисунок 1. Пространственная аналитическая модель здания

Жесткости свай определяются на основе следующих данных.

Рисунок 2. Вычисление жесткости сваи

Свая в пространственной системе разделена на 4 конечных элемента. В каждом узле установлен одноузловой конечный элемент. При этом характеристики КЭ56 на конце сваи приняты со значениями реакций по всем направлениям. Одноузловые элементов, установленные в промежуточных узлах сваи принимаются со значение .

Расчет многоэтажного каркасного здания с жесткими узлами и диафрагмами жесткости выполнен с учетом сейсмических воздействий согласно действующими нормативами в области строительства. 

Рисунок 3. Мозаика продольных сжимающих усилий

Рисунок 4. Мозаика армирования свайных фундаментов

Результаты и обсуждение

В результате выполненного расчета появилась возможность анализа напряженно-деформированного состояния свай высотного здания при расчете на основное и особое сочетание нагрузок с учетом сейсмических воздействий.

Заключение

Анализ напряжено-деформированного состояния элементов конструкции, в том числе свай, показывает значительные различия в усилиях (Рис. 3), возникающих в них от сейсмических воздействий при расчете различными методами. Таким образом, использование представленной расчетной модели свайного фундамента, позволяет принять армирование свай (Рис. 4) с учетом их совместной работы с грунтами основания при наиболее невыгодном основном и особом сочетании нагрузок.

Список литературы:

1. Заключение об инженерно-геологических условиях участка строительства.
2. КМК 2.01.03-19. Строительство в сейсмических районах.
3. СП.14.13330.2018 (РФ) Строительство в сейсмических районах [Электронный ресурс]. — Режим доступа:  https://docs.cntd.ru/document/550565571 (дата обращения: 09.01.2026).
4. СП 20.13330.16 (РФ) Нагрузки и воздействия [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/456044318 (дата обращения: 09.01.2026).
5. СП 296 1325800. 2017 Здания и сооружения. Особые воздействия [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://meganorm.ru/Data2/1/4293742/4293742758.pdf (дата обращения: 19.01.2026).
6. Справочная база ПК ЛИРА-САПР 2024 [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://rflira.ru/kb/ (дата обращения: 09.01.2026).
7. ШНК 2.02.01-19. Основания зданий и сооружений. — Ташкент: Министерство строительства Республики Узбекистан, 2019. — 145 с.
8. ШНК 2.03.01-24. Бетонные и железобетонные конструкции [Электронный ресурс]. — Режим доступа:  https://shaharsozlik.uz/service/gradostroitelnye-normy/(дата обращения: 09.01.2026).
9. ШНК 2.02.03-21. Свайные фундаменты [Электронный ресурс]. — Режим доступа:  https://dwg.ru/dnl/15357 (дата обращения: 09.01.2026).
10. ШНК 2.01.07-21. Нагрузки и воздействия [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://shaharsozlik.uz/service/gradostroitelnye-normy/ (дата обращения: 09.01.2026).