Download - Prezentacja
Analiza obliczeniowa fundamentu płytowo-palowego
budynku wysokiego
Promotor: dr hab. inż. Adama Krasiński
Ewelina Meller
Zakres pracy CZĘŚĆ PIERWSZA – CZ. OPISOWA1. Krótkie wprowadzenie2. Charakterystyka budynków wysokich i sposobów ich
fundamentowania3. Opis ogólnej idei i mechanizmu pracy fundamentów płytowo-
palowych oraz metod ich obliczania4. Opis obiektu wybranego do analizy obliczeniowejCZĘŚĆ DRUGA – CZ. PROJEKTOWA5. Zebranie obciążeń6. Przyjęcie geometrii i parametrów fundamentu płytowo-palowego7. Przeprowadzenie obliczeń metodą analityczno-numeryczną i numeryczną MESCZĘŚĆ TRZECIA Analiza porównawcza otrzymanych wyników oraz sformułowanie wniosków na ich podstawie
2
1. 0. Krótkie wprowadzenie
CZ. PIERWSZA 3
Budynki wysokie a koszty
Wznoszenie wieżowców niewątpliwie wymusza rozwój technologii. Pod tym względem ich rola jest w pełni pozytywna. Wyższa klasa rozwiązań konstrukcyjnych, mechanicznych, przeciwpożarowych, większa szczelność i wytrzymałość ścian osłonowych powoduje, iż mogą one być, po modyfikacji, stosowane w zabudowie niższej.
Problemy kosztów są złożone. W stosunku do zabudowy niższej, rosną koszty instalacji i obudowy zewnętrznej. Ale biorąc pod uwagę wysoki koszt śródmiejskiego ternu, problemy ekonomiczne przemawiają w coraz mniejszym stopniu przeciwko tej formie zabudowy.
Budynki wysokie a rozwój technologii
CZ. PIERWSZA 4
2. 0. Charakterystyka budynków wysokich i sposobów ich fundamentowania
Według Rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki wysokie (12 kwietnia 2002):
- budynkiem wysokim (W), nazywamy budynek, który ma ponad 25 m do 55 m włącznie nad poziomem terenu lub budynek mieszkalny o wysokości ponad 9 do 18 kondygnacji nadziemnych włącznie;
- budynkiem wysokościowym (WW), nazywamy budynek, powyżej 55 m nad poziomem terenu.
2.1. Budynek wysoki, wysokościowiec a wieżowiec – definicja i różnica
CZ. PIERWSZA 5
A czym w takim razie jest wieżowiec ?
Warto wiedzieć, że nie istnieją żadne ogólne oficjalne regulacje, ale oprócz wysokości, również inne kryteria, takie jak kształt, wygląd, lokalizacja i obecność innych budynków, mogą wpłynąć na sklasyfikowanie budynku jako wieżowca.
Wieżowiec to bardzo wysoki, wielokondygnacyjny budynek.
CZ. PIERWSZA 6
Ponadto:- budynek przekraczający 150 m (USA),- budynek dominujący nad otoczeniem.
Najwyższe budynki świata
CZ. PIERWSZA 7
- rozwiązania funkcjonalne zmuszające do budowania kondygnacji podziemnych,
- zapewnienie stateczności budynku z uwagi na parcie wiatru oraz działania sił sejsmicznych,
- przeniesienie na grunt olbrzymich obciążeń pionowych.
2.2. Wybór posadowienia budynku wysokiego
Posadowienie budynku wysokiego należy do problemów złożonych. A dominują w nim:
8CZ. PIERWSZA
POSADOWIENIE BUDYNKU WYSOKIEGO
posadowienie bezpośrednie
(płytkie)posadowienie
głębokiefundament płytowo-
palowy (piled raft foundation)
• pale• ściany szczelinowe• studnie, kesony
• ławy i stopy fundamentowe• fundamenty płytowe• fundamenty skrzyniowe
CZ. PIERWSZA 9
2.3. Przykład posadowienia najwyższego budynku świata – Burj Khalifa (Dubai)
Krótki film dot. posadowienia Burj Kahilifa
CZ. PIERWSZA 10
Geologia
- budowa geologiczna stosunkowo prosta – poniżej powierzchni terenu zalegają głównie osady pochodzenia morskiego;
- położenie Dubaju w strefie aktywności sejsmicznej;
- główny problem dot. posadowienia: wysoka agresywność wód podziemnych w stosunku do betonu, w których stężenie chlorków i siarczanów było większe niż w wodzie morskiej
CZ. PIERWSZA 11
Rozwiązanie
CZ. PIERWSZA 12
Fundament:
- żelbetowa płyta o grubości 3,7 m,
- podparta na 194 palach wielkośrednicowych Φ1500 i długości 45 m, - płyta i pale wykonane zostały ze specjalnej mieszanki betonowej, złożonej z 25% z popiołów, w 7% z pyłu krzemionkowego oraz wysokiej jakości cementu,
- zastosowano dodatkowo katodowe systemy antykorozyjne z wykorzystaniem siatki tytanowej, zapobiegające niszczeniu podziemnej konstrukcji budynku.
3.0. Opis ogólnej idei i mechanizmu pracy fundamentów płytowo-palowych oraz metod ich obliczania
CZ. PIERWSZA 13
3.1. Zasada działania fundamentu płytowo-palowego
Kiedy stosujemy fundament płytowo-palowy?
Fundamenty płytowo-palowe wykonujemy, gdy grunt o wymaganej nośności zalega tak głęboko, że posadowienie na nim napotyka duże trudności, a grunt zalegający wyżej, nie jest na tyle wytrzymały, aby przejąć samodzielnie obciążenia przekazywane przez płytę fundamentową.
CZ. PIERWSZA 14
100% pale 80-70%
płyta 20-30%
Jak działa taki fundament?
Za pośrednictwem pali obciążenie przekazywane poprzez tarcie na pobocznicy i pod jego podstawą, a resztę obciążenia przejmuje grunt znajdujący się bezpośrednio pod płyta fundamentową.
Jaki jest rozkład obciążeń w fundamencie płytowo-palowym?
CZ. PIERWSZA 15
- zmniejszenie osiadań;
- zmniejszenie grubości płyty;
- zmniejszenie liczby i/lub długości pali;
- przenoszenie większych obciążeń pionowych niż przy zastosowaniu samej płyty;
- dodatkowe zagęszczenie podłoża gruntowego poprzez rozpieranie go na boki (pale wbijane);
- jednoczesne osiadanie pali i płyty – zmniejszenie ryzyka pęknięć,
- zmniejszenie kosztów w stosunku do posadowienia czysto palowego
Jaki korzyści wynikają z zastosowania fundamentu płytowo-palowego w stosunku do fundamentu płytowego bezpośredniego i fundamentu czysto palowego?
Jakie jest zastosowanie fundamentów płytowo-palowych?
- obiekty kubaturowe (przemysłowe, handlowe);
- obiekty sportowe i mieszkalne;
- zbiorniki;
- budynki wysokie;
- kominy
16CZ. PIERWSZA
3.2. Metody obliczania fundamentów płytowo-palowych
CZ. PIERWSZA 17
Metody analityczno-numeryczne... Metody
numeryczne…
a) metody analityczno-numeryczne
W Polsce brakuje ogólnych zasad obliczania fundamentów płytowo-palowych. Norma PN EN 1997-1 też nie uwzględnia obliczania tego rodzaju fundamentów.
W praktyce inżynierskiej stosowana jest m. in. metoda podłoża dwuparametrowego czy też połączenie dwóch metod: zmodyfikowanego podłoża winklerowskiego i metody uogólnionej.
18CZ. PIERWSZA
- fundament płytowo-palowy modeluje się w postaci płyty o rzeczywistej
sztywności,
- płyta spoczywa na sprężystym podłożu gruntowym o nierównomiernej
sztywności kzgj i na palach,
- pale wyrażone są w postaci prętów współpracujących z ośrodkiem
gruntowym za pomocą poziomych podpór sprężystych o sztywnościach kxi i kyi
rozmieszczonych wzdłuż trzonów pali oraz pojedynczych podpór sprężystych
o sztywnościach Kzgj, umieszczonych pod podstawami pali.
Metoda zmodyfikowanego podłoża Winklera i metoda uogólniona
Założenia:
19CZ. PIERWSZA
W efekcie powstają wielokrotnie statycznie niewyznaczalne schematy fundamentów palowych i wymagają one rozwiązania w programach komputerowych (np. Robot).
20CZ. PIERWSZA
CZ. DRUGA 21
b) metody numeryczne MES
MES
Geo5
PlaxisZ-Soil
CZ. PIERWSZA 22
Metody MES
- teoretycznie pozwalają na najbardziej dokładne obliczanie przemieszczeń, naprężeń i odkształceń w elementach fundamentu i obudowy wykopu;- uwzględniają nieliniowe zależności dla gruntu;- ich dokładność bywają niekiedy pozorne;- według wielu autorów nie należy projektować konstrukcji jedynie na podstawie MES;- zalecane jest ich stosowanie do analizy zagadnień specjalnych, złożonych schematów konstrukcji i stanów obciążeń, których nie można zadowalająco rozwiązać tradycyjnymi metodami
Literatura[1] Cała I., Pawłowski A. Z., Budynki wysokie, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2006[2] Garwacka-Piórkowska S., Brzozowski M., O projektowaniu fundamentów zespolonych płytowo-palowych, Inżynieria i Budownictwo, 11/2012[3] Grela M., Posadowienie najwyższego budynku świata – Burj Khalifa, Geoinżynieria drogi mosty tunele, 3/2011[4] Kłosiński B., Rychlewski P., Fundamentowanie budynków wysokich, Materiały Budowlane, 3/2012[4] Krasiński A., Materiały pomocnicze do projektowanie z przedmiotu Fundamenty Specjalne, Politechnika Gdańska, 2015[6] Rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki wysokie z dn. 12 kwietnia 2002
23
Dziękuję za uwagę :)
24
1. Constructing Tallest Building in The World - Burj Khalifa (NG)2. Mega Structures – Burj Khalifa (NG)
Ciekawe filmy na yt: