непосредственно к фундаментной плите (т.е. не учитывалась совместная работа фундаментной плиты и вышележащих конструкций). Сравнивая напряженно-деформированное состояние конструкции по двум схемам, можно выявить ряд эффектов, обусловленных учетом совместной работы и, безусловно, эти эффекты более правильно отражают работу конструкции по первой расчетной схеме (рис. 4.47 б), так как здесь учитывается большее количество факторов.
Эффект J: первая схема более жесткая, т.е. в отношении к свайному основанию больше приближается к жесткому штампу. Так отношение величины осадки средней сваи W4=\3,Imm к осадке крайней сваи \¥1=12лш равно 1,09, что меньше такого отношения 13,6:11,8=1,16 для второго случая. Это приводит к определенной перегрузке крайних свай, имеющих большую жесткость.
Эффект 2: изгибающие моменты в фундаментной плите в первой схеме (М4=451,1тл/) меньше, чем во второй (М4=538,9тл/) , так как группа мембранных сжимающих усилий в вышележащих перекрытиях и растягивающих в фундаментной плите создает пару, уменьшающую изгибающие моменты в фундаментной плите (эффект пространственной фермы Веренделя). Сами по себе величины мембранных усилий незначительны и мало влияют на напряженно-деформированное состояние плит, но большое плечо этих групп усилий (высоты этажей) делает весьма существенным разгрузочный эффект.
Эффект 3: крайние колонны испытывают изгибающие моменты, обусловленные необходимостью воспринять сдвиговые усилия, чтобы вовлечь в работу плиту перекрытия.
Если говорить об учете ещё большего количества факторов (чем больше факторов мы учитываем, тем мы больше знаем о конструкции, а значит, наши рассуждения и знания о ней будут более адекватными), то необходимо отметить, что, как правило, конструкции умеют приспособляться, т.е. самостоятельно за счет нелинейных деформаций снимать усилия (напряжения) с наиболее нагруженных элементов (областей) и передавать на менее нагруженные.
Этот эффект можно выявить только на основе учета физической нелинейности в работе конструкций.
На рис. 4.48 показана эпюра моментов и нормальных усилий, полученная на основе учета нелинейной зависимости между напряжениями и деформациями для бетона и арматуры, и между усилиями и вертикальными перемещениями для свай. Если сравнить напряженно-деформированное состояние, показанное на рис. 4.48, то можно проследить значительное выравнивание усилий. Отношение максимального усилия (Ni=196,4m) в свае № 1 к минимальному (Кз=145,1т) в свае №3 равно 1,35, что значительно меньше такого же отношения для первой схемы (рис. 4.47 б) - 241,2:128,4=1,88. Резко снизился и максимальный момент в плите (М4=353,0 тл/), т.е. в 1,3 раза по сравнению с первой схемой
М=19.9
М=5б.7
N=312.8
М=2И.2
N=574.4
М=19.9
М=21.6
Рис. 4.48
Здесь возможно несколько подходов. Например, можно снять усилия в периферийных сваях, развив фундаментную плиту и установив ряд дополнительных свай (рис. 4.49 а). Можно использовать и другой подход, основанный на совершенно противоположной идее - поставить дополнительные сваи в центре конструкции, т.е. усилить опорную зону в зоне больших нагрузок (рис. 4.49 б). Нагрузка, жесткости и геометрия в обоих примерах приведенных на рис. 4.49 аналогичны конструкции на рис. 4.47 а.
Как видим, первый подход как будто бы, и достигает нужного эффекта (усилия в периферийных сваях снижены), но это дается дорогой ценой: необходимо увеличить размеры плиты, поставить большое количество дополнительных свай, но самый главный недостаток этого подхода - это резкое увеличение изгибающих моментов (в фундаментной плите - почти в 1,5 раза, в плитах перекрытий - более чем в 2,5 раза, в крайних колоннах - более чем в 5 раз. Сравнение производится со схемой 4,47 б). Алогизм этого подхода очевиден: зона больших нагрузок находится в центре плиты (как правило, ядро жесткости, а, следовательно, и большая часть нагрузок располагается в центре здания), а увеличение опорных зон организуется в периферийных зонах. Второй подход наоборот оказывается
(рис. 4.47 6) и более чем в 1,5 раза по сравнению со второй схемой (рис, 4.47 в), примерно в 2 раза снизились моменты и в плитах перекрытий. Несколько возросли усилия в крайних колоннах, это говорит о том, что система «приспосабливаясь» самостоятельно старается использовать все выгоды совместной работы фундаментной плиты с вышележащими конструкциями. Нежелательный эффект увеличения моментов в крайних колоннах, как указывалось в ранее, можно уменьшить за счет снижения их жесткости (например, располагать пилоны так, чтобы их больший размер был ориентирован вдоль наружного контура плиты) и передачи основных сдвиговых усилий на диафрагмы. Кстати, нелинейный расчет может показать, что конструкция «приспосабливаясь» будет перераспределять сдвиговые усилия с менее жестких колонн на более жесткие диафрагмы. Вместе с тем, в ряле случаев для снижения усилий в сваях находящихся в периферийных зонах необходимы конструктивные меры.
достаточно целесообразным. Ценой установки всего одной сваи достигнуто по сравнению со схемой 4.47 б некоторое уменьшение моментов в плитах и значительное (более чем в 2 раза) уменьшение моментов в крайних колоннах.
ti ti
iM=is.6
m-19.1 m-156.7
n«501
--............,1 T
I . ,j...... --
J iSL
m=2.6
-»--.........-.....................-Ч
М=2.б
ti ti ti ti ti ti
Рис, 4.49
Таким образом, можно сделать следующие выводы:
• Конструктивные мероприятия по уменьшению усилий в периферийных сваях, связанные с увеличением количества свай в периферийных зонах и в связи с этим увеличением размеров плит нелогичны и вредоносны для конструкций здания, так как ведут к значительному перерасходу материала (большее количество свай, большие размеры фундаментной плиты, повышенное армирование в фундаментной плите, плитах перекрытий и крайних вертикальных элементах).
• В случае, если конструктор принял решение о необходимости конструктивных мероприятий по уменьшению усилий в периферийных сваях, плите и крайних колоннах, то логичным является увеличение количества свай непосредственно под зоной больших нагрузок. Возможны и другие конструктивные мероприятия с целью уменьшения моментов в крайних колоннах. Например, пилоны в периферийной зоне, как уже указывалось выше, следует расположить так, чтобы большая полка была ориентирована вдоль контура. В этом случае уменьшение моментов в этих пилонах будет достигнуто за счет уменьшения их
