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: