Количественная оценка влияния устройства глубокого котлована на близлежащие здания в стесненных условиях городской застройки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.02, кандидат технических наук Семенюк-Ситников, Вячеслав Викторович

• Семенюк-Ситников, Вячеслав Викторович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Семенюк-Ситников, Вячеслав Викторович

Введение

Глава 1. Анализ существующих методов расчета дополнительной осадки зданий и сооружений, возникающей вследствие строительно-технологических воздействий.

1.1. Причины развития дополнительной осадки существующих зданий и сооружений.

1.2. Особенности проектирования в условиях плотной городской застройки

1.3. Методы расчета дополнительной осадки существующих зданий и сооружений, применяемые в инженерной практике.

Глава 2. Экспериментальные исследования на основе численного моделирования.

2.1. Постановка задачи для численного моделирования и проведение экспериментов с помощью ПК ZSoil.

2.2. Результаты численного моделирования и математические методы анализа экспериментальных данных.

Глава 3. Разработка инженерного метода расчета дополнительной осадки существующих зданий и сооружений, на основе результатов численных экспериментов

3.1. Множественный регрессионный анализ, как метод математического моделирования.

3.2. Реализация множественного регрессионного анализа в рамках поставленной задачи

3.3. Инженерный метод расчета дополнительной осадки существующих зданий и сооружений.

3.4. Основные характеристики параметрических уравнений осадки существующего фундамента.

3.5. Реализация инженерного метода расчета дополнительной осадки в прикладной программе SETES PC.

Глава 4. Статистический анализ адекватности инженерного метода расчета дополнительной осадки

4.1. Сравнение экспериментальных и расчетных значений осадки существующего фундамента.

4.2. Графическая интерпретация сходимости результатов аналитического решения с данными численного моделирования.

4.3. Применимость изложенного метода расчета в практике строительства инженерных объектов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Количественная оценка влияния устройства глубокого котлована на близлежащие здания в стесненных условиях городской застройки»

Актуальность темы. Переустройству жилых кварталов и комплексов в предстоящие годы будет уделяться повышенное внимание не только по экономическим соображениям, но и по инженерно-экологическим соображениям физического и морального старения жилищного фонда, построенного тридцать и более лет назад.

К современным вопросам реконструкции городов в нашей стране следует отнести наращивание жилищного фонда, которое сильно сдерживается дефицитом пригодных для застройки территорий. Это особенно ощутимо в крупных городах, которые к настоящему времени практически полностью исчерпали территориальные ресурсы и испытывают острую потребность в дополнительных площадях.

Крайний дефицит городских территорий, вызванный резким их расширением в период массовой застройки в 60-80-е годы, привел к изменению стратегии градостроительства и переустройства городских кварталов и комплексов. С одной стороны, исчезло, как преобладающее, направление застройки крупных городов целыми микрорайонами. С другой стороны, рыночные условия, переоценив социальные приоритеты, стоимость земли, использование природных ресурсов, заставили архитекторов и строителей обратить внимание на уплотнение исторически сложившейся застройки. Главенствующую роль стала приобретать комплексная реконструкция существующих территорий и районов [19]. Кроме этого, необходимо выделить проблему создания и использования подземного пространства в больших городах, которая приобретает все большую актуальность в связи с дефицитом свободных территорий.

В сложившейся ситуации развитие городов в ближайшие два-три десятилетия будет происходить без расширения их границ за счет более рационального использования городских территорий, восстановления исторических центров, уплотнения городской застройки и освоения подземного пространства.

В ближайшие годы новое строительство в городе будет исполнять роль не ведущего и определяющего, а дополняющего фактора к основному инвестиционному направлению - сохранению и реконструкции основного жилищного фонда. Сохранение городских структур предполагает соразмерное, упорядоченное строительство новых зданий. В литературе Запада этот принцип получил название «сохраняющего обновления» [44].

Таким образом, строительство зданий и сооружений в пределах уже сложившейся городской застройки является одной из тенденций развития современных крупных городов. Проектирование в данных условиях сопряжено с определенными трудностями. В частности, возведение новых сооружений в непосредственной близости от существующих зданий неизбежно приводит к развитию деформаций основания последних.

Изменение сложившейся градостроительной ситуации является весьма актуальной задачей, на решение которой изыскателей, проектировщиков и строителей ориентирует ряд постановлений Правительства Москвы. В связи с этим можно с уверенностью говорить о необходимости совершенствования технологии и организации строительного производства, инженерных методик при принятии проектных решений и оценке геомеханического влияния вновь строящихся объектов на окружающую застройку.

Целью диссертационной работы является исследование характера геомеханического влияния вновь строящихся объектов на окружающую застройку, а также разработка инженерного метода расчета дополнительной осадки существующих зданий и сооружений.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи: ■ проведение анализа применяемых в инженерной практике методов расчета дополнительной осадки зданий и сооружений; определение расчетной схемы взаимодействия разрабатываемого котлована с фундаментом существующего здания; проведение численных экспериментов в соответствии с принятой расчетной схемой; разработка математической модели (инженерного метода) для расчета дополнительной осадки фундамента на основе результатов численного моделирования; создание прикладной программы, реализующей разработанный метод расчета.

Методы исследования;

1. Анализ существующих методов оценки влияния устройства глубокого котлована на здания и сооружения окружающей застройки.

2. Проведение экспериментов посредством численного моделирования с использованием современного программного обеспечения в области геомеханики.

3. Сопоставление результатов численных экспериментов, а также данных геотехнического мониторинга построенных объектов с результатами расчета, выполненного в соответствии с разработанным инженерным методом в рамках поставленной задачи.

Научная новизна. Разработан инженерный метод расчета дополнительной осадки существующих зданий и сооружений, основанный на многомерном статистическом анализе экспериментальных данных численного моделирования. В результате исследований, описанных в данной работе, были определены корреляционные взаимосвязи между основными значимыми факторами, характеризующими устройство глубокого котлована в условиях плотной городской застройки, а также выявлена их степень влияния на деформации основания фундаментов близлежащих строений.

Практическая значимость работы. Инженерный метод расчета, предложенный в данной работе, позволяет в минимальные сроки количественно оценить возникающие деформации основания фундаментов существующих зданий и сооружений в условиях реализации консольной схемы работы ограждающей конструкции котлована. На основании этой оценки можно судить о необходимости использования того или иного типа крепления ограждающей конструкции, что способствует более качественному проведению технико-экономического обоснования при разработке конкретного проекта.

Данный метод может быть использован в инженерной практике для проведения расчетов на ранних стадиях проектирования при оценке геомеханического влияния вновь строящихся объектов на окружающую застройку.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Апробация результатов работы. Основные положения работы были доложены на международной конференции "Проектирование, строительство и эксплуатация комплексов подземных сооружений" (Екатеринбург УГГТА, 2004 г.); на второй международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов "Строительство - формирование среды жизнедеятельности" (Москва МГСУ, 2004 г.); на 10-й международной конференции ассоциации центров городского подземного пространства (ACUUS) "Подземное пространство: экономика и окружающая среда" и региональном симпозиуме международного общества по механики скальных пород (ISRM) "Механика горных пород для подземной среды" (Москва МГСУ, 2005 г.).

Предложенный автором инженерный метод был опробован при расчете дополнительной осадки нескольких зданий, расположенных в различных районах Москвы и находившихся в непосредственной близости от зоны ведения строительных работ по устройству котлована вновь возводимого объекта. Результаты расчета были сопоставлены с данными отчетов о геотехническом мониторинге за указанными зданиями, проведенном ГУП НИИОСП имени Н.М. Герсеванова.

На защиту выносятся: инженерный метод расчета дополнительной осадки существующих зданий и сооружений, основанный на многомерном статистическом анализе экспериментальных данных; результаты численных экспериментов по моделированию строительно-технологического воздействия со стороны разрабатываемого котлована на деформацию основания фундамента близлежащего здания.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы, включающего 142 наименования. Объем работы - 159 страниц текста, включая 12 таблиц и 23 иллюстрации.

Заключение диссертации по теме «Основания и фундаменты, подземные сооружения», Семенюк-Ситников, Вячеслав Викторович

Выводы

Зав. лаборатории № 38 Геодезист

Ковалева Т.В.

ВЕДОМОСТЬ отуеток марок и реперов расположенных в наружных стенах ТП и здания архивохранилища по адресу : г. Москва, Профсоюзная, д.12. Дата начала наблюдений: 15.09.2003 марки отметки марок осадка марок с начала наблюдений, в мм осадка марок за последний период в мм.

15 09 2003 03.10 2003 10.11.2003 15.12.2С03 15.01.2004 20.02.2004 15.01.04-20.02.04 циклы 1 2 3 4 5 6 0 м1 199.935 0 0 0 0 0 0 м2 j 199,642 0 -1 -1 -1 -1,2 -0,2 мЗ 200.135 0 ликвид. - - - м4 199.967 -1 -2 -2 -2 -2,2 -0,2 м5 199.634 -1 199,895 0 -1 -1,2 -0,2 мб 199.799 0 199,96 0 0 -0,1 -0,1 м7 199725 0 0 0 0 0 0 м8 201.629 0 0 0 0 0 0 м9 200.434 0 0 0 0 0 0 м10 200.460 0 0 0 0 0 0 м11 200.462 0 0 0 0 0 0 м12 199 892 0 0 0 0 0 0 м13 199.670 0 0 0 0 0 0 м14 200.512 0 0 0 0 0 0 м15 200.509 ! 0 | 0 0 0 0 0

Реп. 1 | 200 469 i 200.469 ! 200.469 200.469 200.469 200.469

Реп. 2 200,605 I 200.605 I 200.605 200.605 200.505 200.605 марка 3 ликвидирована

Геодезист ( С /i ^flvtcuj Ковалева Т В.

Геоподоснова участка строительства

Щ-ЗАВ О,

ГАЗОН

199.29

- Строящееся -здание

- Существующее здание

Схема расположения осадочных марок на наружных стенах здания ТП и здания архивохранилища по адресу: г. Москва, ул. Профсоюзная д. 1 здания архивохранилища

815 fo ffu

8 " Р> Р Р

6iOJ.

Условные обозначение. марка ренер осадка марок к мм. в числи геле с 15.01.04 по 20.02.04, в знаменателе осадка за песь период наблюдений. примерные габариты строящегося здания

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Принимая во внимание сложившиеся тенденции развития современного ® городского строительства, возникают новые требования к проектированию различных объектов в условиях плотной застройки, направленные на обеспечение сохранности существующих зданий и сооружений, не редко являющихся бесценными памятниками архитектуры. Указанные обстоятельства накладывают жесткие ограничения на изменение геомеханической ситуации и требуют качественно нового подхода при принятии инженерных решений, в основе которых должно лежать четкое понимание специфики данного вопроса.

Представленная работа отражает результаты исследований, проведенных ф на основе численного моделирования, целью которых являлось определение характера и степени влияния строительно-технологических воздействий на окружающую застройку. В итоге данной работы был изложен инженерный метод расчета дополнительной осадки существующих зданий и сооружений, реализованный в рамках расчетной прикладной программы SETES PC.

В завершении работы можно сделать следующие выводы:

1. Описанные в данной работе численные эксперименты позволили оценить совместное воздействие различных факторов, характеризующих условия плотной городской застройки, на смещение существующего фундамента зданий, находящихся в зоне влияния нового строительства. Применение методов многомерного статистического анализа способствовало получению уравнений множественной регрессии, описывающих функциональные взаимосвязи между всеми параметрами расчетной схемы, принятой при проведении численного моделирования. Наилучшие статистические показатели функций отклика (R2, Ес) были получены при использовании квадратичного полинома, содержащего как исходные параметры в явном виде, так и их сочетания.

2. В ходе статистического анализа была оценена значимость каждого из параметров расчетной схемы, выраженная в степени их влияния на смещение существующего фундамента в зависимости от его расположения относительно призмы активного давления грунта. При этом наибольшее влияние на смещение фундамента оказывает параметр Я - глубина котлована (wmax = 77 %). Также весьма определяющими факторами являются действующая нагрузка на фундамент - Р (wmax = 28 %) и расстояние до существующего сооружения - L {wmax = 16 %).

3. Сопоставление результатов натурных наблюдений с результатами прогнозных расчетов, выполненных на основе приведенных уравнений, позволяет судить о достаточной адекватности разработанного инженерного метода в отношении параметрических зависимостей, определенных в ходе описанных исследований. Одновременно с этим, хорошая сходимость результатов подтверждает возможность использования упруго-пластической модели грунта при проведении подобных геотехнических расчетов.

4. Использование предложенного метода в инженерной практике, по мнению автора, позволит оперативно решать рассмотренные типовые задачи при оценке максимально возможных деформаций существующих зданий и сооружений, что особенно важно на ранних стадиях проектирования и технико-экономического обоснования строящихся объектов в условиях плотной городской застройки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Семенюк-Ситников, Вячеслав Викторович, 2005 год

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. -279 с.

2. Айвазян С.А. Прикладная статистика. Основы эконометрики. Т. 2 М.: Юнити, 2001.-432 с.

3. Айвазян С.А., Мхитарян B.C. Прикладная статистика и основы эконометрики: Учебник для вузов. М.: ЮНИТИ, 1998. - 1022 с.

4. Айвазян С.А., Бухштабер В.М., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Классификация и снижение размерности. М.: Финансы и статистика, 1989. - 607 с.

5. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Основы моделирования и первичная обработка данных. М.: Финансы и статистика, 1983.-471 с.

6. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Статистическое оценивание зависимостей. М.: Финансы и статистика, 1985.-484 с.

7. Алексахин С.В. Прикладной статистический анализ данных. Теория. Компьютерная обработка. Области применения. В 2-х томах. М.: ПРИОР, 2002.-688 с.

8. Алексейчик М.И., Назаренко К.А. Элементарное введение в регрессионный анализ: Учебное пособие. Ростов н/Д: ДГТУ, 2000 30 с.

9. Архангельский А.Я. Delphi 6. Справочное пособие М.: Бином, 2001. -1024 с.

10. Архангельский А.Я. Программирование в Delphi 6. М.: Бином, 2002. -1120 с.

11. Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента: Учебное пособие для вузов. -М.: Радио и связь, 1983. -243 с.

12. Атопов В.И., Доценко А.Г., Доценко С.А. Возведение заглубленных зданий и сооружений методом "стена в грунте". Волгоград: ВолгГАСА, 1995.-38 с.

13. Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов. М.: Стройиздат, 1990. - 304 с.

14. Воронцов Е.А. Особенности методики инженерно-геологических изысканий в условиях плотной городской застройки (на примере города Москвы). Москва: МГСУ, 2002. 195 с.

15. Гайдышев И.П. Анализ и обработка данных: специальный справочник. -СПб.: Питер, 2001. 752 с.

16. Галлагер Р. Метод конечных элементов. М.: Мир, 1984. - 428 с.

17. Галузин В.И., Пехтин В.А., Телешев В.И. Возведение сооружений способом "стена в грунте": Учеб. пособие. СПб: СПбГТУ, 1997. 36 с.

18. Гаренков Д., Голубев А. Оперативность проектирования геотехнических сооружений. -М.: CADmaster, 2'2003.

19. Горячев О.М., Прыкина JI.B. Особенности возведения зданий в стесненных условиях. Москва: Academia, 2003. 272 с.

20. Далматов Б.И. Проектирование и устройство фундаментов около существующих зданий. Л.: ЛДНТП, 1976. 32 с.

21. Демиденко Е.З. Линейная и нелинейная регрессия. М.: Финансы и статистика, 1981. - 302 с.

22. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке: Методы планирования эксперимента. М.: Мир, 1981. - 520 с.

23. Доугерти К. Введение в эконометрику / Пер. с англ. М.: Инфра М, 1999.-402 с.

24. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. В 2-х кн. М.: Финансы и статистика. Кн. 1. 1986.-366 е.; Кн. 2. 1987.-351 с.

25. Елисеева И.И., Курышева С.В., Гордиенко Н.М. Практикум по эконометрике: Учеб. пособие -М.: Финансы и статистика, 2001. 192 с.

26. Елисеева И.И., Юзбашев М.М. Общая теория статистики. — М.: Финансы и статистика, 1995. 368 с.

27. Енюков И.С. Методы, алгоритмы, программы многомерного статистического анализа: Пакет ППСА. — М.: Финансы и статистика, 1986.-232 с.

28. Ефимова М.Р., Петрова Е.В., Румянцев В.Н. Общая теория статистики. Учебник. М.: Инфра-М, 2002. - 416 с.

29. Загоруйко Н.Г., Елкина В.Н., Лбов Г.С. Алгоритмы обнаружения эмпирических закономерностей. Новосибирск: Наука, 1985. 110 с.

30. Зарецкий Ю.К., Орехов В.В. Математическая модель участка застройки ММДЦ «Москва-Сити». М.: Основания, фундаменты и механика грунтов. 2001. № 4. с. 2-6.

31. Зенкевич O.K. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. -318 с.

32. Иберла К. Факторный анализ. М.: Статистика, 1980. - 398 с.

33. Ивахненко А.Г., Юрачковский Ю.П. Моделирование сложных систем по экспериментальным данным. М.: Радио и связь, 1987. - 118 с.

34. Ивоботенко Б.А., Ильинский Н.Ф., Копылов И.П. Планирование эксперимента в электромеханике. М.: Энергия, 1971. - 185 с.

35. Ильичев В.А. Геотехнические проблемы в подземном строительстве города. М.: Основания, фундаменты и механика грунтов. 2004. № 4. с. 2-4.

36. Ильичев В.А., Петрухин В.П., Кисин Б.Ф., Мещанский А.Б., Колыбин И.В. Расчет и проектные решения по геотехнике при строительстве Центрального ядра ММДЦ «Москва-Сити». М.: НИИОСП им. Н.М. Герсеванова - 70 лет. Труды института. 2001. - с. 61-69.

37. Ильичев В.А., Петрухин В.П., Колыбин И.В., Мещанский А.Б., Бахолдин Б.В. Геотехнические проблемы строительства ТРК «Манежная площадь». М.: НИИОСП им. Н.М. Герсеванова - 70 лет. Труды института. 2001.с. 31-39.

38. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Влияние строительства заглубленных сооружений на существующую историческую застройку в Москве. М.: Основания, фундаменты и механика грунтов. 2001. № 4. с. 19-24.

39. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Геомониторинг -инструмент для обеспечении безопасности исторических памятников при их реконструкции. М.: Основания, фундаменты и механика грунтов. 1999. №5. с. 3-8.

40. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Деформации существующих зданий при строительстве заглубленных сооружений. — М.: НИИОСП им. Н.М. Герсеванова 70 лет. Труды института. 2001. - с. 253-263.

41. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Особенности геомониторинга при возведении подземных сооружений в условиях тесной городской застройки. М.: Основания, фундаменты и механика грунтов. 1999. № 4. с. 20-26.

42. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Прогноз деформаций зданий вблизи котлованов в условиях тесной городской застройки Москвы. М.: Основания, фундаменты и механика грунтов. 2004. № 4. с. 17-21.

43. Истомина С.А. Реконструкция городской застройки. Красноярск: КрасГАСА, 1996.-96 с.

44. Калинина В.Н., Панкин В.Ф. Математическая статистика. М.: Высш.шк., 2001.-336 с.

45. Каримов Р.Н. Обработка экспериментальной информации. Часть 2. Регрессионный анализ. Учебное пособие. Саратов: СГТУ, 1999. 104 с.

46. Кендалл М., Стьюарт А. Статистические выводы и связи. М.: Наука, 1973.-899 с.

47. Ким Дж. О., Мьюллер Ч. У, Клекка У. Р. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ. М.: Финансы и статистика, 1989. - 215 с.

48. Кобранов Г.П. Элементы математической статистики, корреляционного и регрессионного анализа и надежности. Учебное пособие. М.: МЭИ, 1992.-128 с.

49. Колесников B.C., Стрельникова В.В. Возведение подземных сооружений методом "стена в грунте": Учеб. пособие Волгоград: ВолГУ, 1999. — 144 с.

50. Коновалов П.А. Геомониторинг гарантия безаварийного строительства. -М.: Основания, фундаменты и механика грунтов. 1999. № 5. с. 2-3.

51. Коновалов П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий. — М: ВНИИНТПИ, 2000. 317 с.

52. Королев Ю.Г., Рабинович П.М., Шмойлова Р.А. Статистическое моделирование и прогнозирование. М.: МЭСИ, 1985. - 20 с.

53. Кочерженко В.В. Технология возведения подземных сооружений: Учеб. пособие. М.: АСВ, 2000. - 160 с.

54. Красовский Г.И., Филаретов Г.Ф. Планирование эксперимента. Мн.: БГУ, 1982.-302 с.

55. Крылов О.В. Метод конечных элементов. Учебное пособие для вузов. -М.: Радио и связь, 2002. 104 с.

56. Лапач С.Н., Чуйсенко А.В., Бабич П.И. Статистические методы в медико-биологических исследованиях с использованием Excel. М.: "Морион Лтд", 2000.-320 с.

57. Лиепа И.Я. Динамика древесных запасов: Прогнозирование и экология.

58. Рига: Зинатне, 1980. 170 с.

59. Лоули Д., Максвелл А. Факторный анализ как статистический метод. -М.: Мир, 1967.-144 с.

60. Математические методы и автоматизированные системы в геологии. Вып. 2. Нечеткие множества в геологии (кластерный анализ, групповой выбор, линейная регрессия). М: АОЗТ "Геоинформмарк", 1994. 57 с.

61. Махровская А.В. Реконструкция старых жилых районов городов. На примере Ленинграда. Л.: Стройиздат, 1986. - 351 с.

62. Мейндональд Дж. Вычислительные алгоритмы в прикладной статистике. М.: Финансы и статистика, 1988. - 350 с.

63. МГСН 2.07-97. Основания, фундаменты и подземные сооружения. М.: Правительство Москвы, 1998.

64. Монтгомери Д.К. Планирование эксперимента и анализ данных. Л.: Судостроение, 1980.-384 с.

65. Мостеллер Ф., Тьюки Дж. Анализ данных и регрессия. М.: Финансы и статистика, 1982. -239 с.

66. Мюллер П., Нейман П., Шторм Р. Таблицы по математической статистике. М.: Финансы и статистика, 1982. 272 с.

67. Налимов В.В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1971. - 208 с.

68. Оболонин А.И. Передовой опыт строительства подземных сооружений способом "стена в грунте". Ярославль: ЯПИ, 1991. 60 с.

69. Петрухин В.П., Шулятьев О.А., Мозгачева О.А. Опыт проектирования и мониторинга подземной части турецкого торгового центра. М.: Основания, фундаменты и механика грунтов. 2004. № 5. с. 2-8.

70. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83*). -М.: НИИОСП им. Герсеванова, 1984.