Общая устойчивость системы «сооружение-основание».

    Ряд инженерных сооружений имеют повышенную склонность к потере устойчивости исходного положения равновесия. К таким сооружениям относятся сооружения с высокорасположенным центром тяжести или высотные сооружения. К категории высотных сооружений относятся следующие инженерные сооружения: водонапорные башни (Рис. 1), дымовые трубы (Рис. 2, 3), башни и мачты для размещения теле-радио аппаратуры и средств космической связи (Рис. 4).

    Водонапорные башни это резервуары (цилиндрической, шаровой или другой формы), поднятые на расчетную высоту, для аккумуляции воды и поддержания расчетного давления воды в водопроводной сети.

 

 

Рис.1.                                                        Рис. 2.

    Трубы служат для отвода дыма и газа. Обычно высота низких труб составляет 60м, средние по высоте трубы до 180м и высокие – более 180м. Фундаментом дымовой трубы является железобетонная плита. Примечательным примером высотного сооружения является дымовая труба в Мангышлаке высотой 400м следы сажи, от которой найдены в Гималаях [6]. Высота башни средств связи, представляющей собой жестко заделанную в основание консоль, достигает 500м.

 

Рис. 3.

Рис. 4.

Рис. 5.

    К высотным сооружениям относятся небоскребы (Рис. 5). Всемирную известность получили небоскребы центра торговых операций мирового рынка в Нью-Йорке, которые 11 сентября 2001г. были взорваны террористами. Они представляли собой комплекс из двух зданий-башен высотой 411м. Место их строительства – участок у реки Гудзон на который многие годы сбрасывались городские отходы. В связи с этим грунт на участке был мягкий и не мог нести нагрузку от веса строящегося здания, составляющую около миллиона тонн. Твердые скальные породы на этом участке залегали на глубине 20м. Решение состояло в разработке котлована объемом около миллиона кубометров и площадью достаточной для размещения оснований двух башен с размерами 64х64м каждая. Участок строительства был огорожен водонепроницаемой стеной общей длиной более километра. Извлеченный грунт (916 тыс. м³) перемещался в р. Гудзон, что увеличило полезную площадь города на 9,3 га.

    Одной из наиболее часто встречающихся причин нарушения устойчивости исходного положения равновесия таких сооружений, являются деформационные процессы в основаниях этих сооружений. Проявляться эти процессы могут и при возведении сооружения, и в период его эксплуатации. Причины их возникновения самые разнообразные: как природного, так и техногенного характера.

    Грунтовая среда оснований зданий и сооружений может быть отнесена к средам со сложными нелинейными свойствами. В связи с этим проблема устойчивости в общем случае выходит за рамки задачи об устойчивости исходного равновесного состояния (вертикального положения) сооружения. Рассматривая сооружение и его основание как систему, работающую совместно, задача устойчивости такой системы формулируется как проблема устойчивости исходного нелинейного процесса деформирования с позиций теории устойчивости процессов.