Аннотації

Вплив суцільно-дискретної моделі ґрунтової основи на напружено-деформований стан великорозмірного пальово-плитного фундаменту висотної будівлі

Автор(и):
Самородов О.В., Бондар О.П.
Автор(и) (англ)
Samorodov O.V., Bondar O.P.
Дата публікації:

27.12.2025

Анотація (укр):

У статті, по-перше, проаналізовано існуючі підходи до моделювання ґрунтових основ великорозмірних пальово-плитних фундаментів багатоповерхових будівель та споруд із застосуванням сучасних розрахункових комплексів «SOFiSTiK», «ABAQUS», «Plaxis», «SCAD», «LIRA» тощо при розрахунках системи «основа – фундамент – споруда» та вказано на недоліки. Додатково у статті розглянуто методологію удосконалення моделі ґрунтової основи пальово-плитних фундаментів як спосіб моделювання ґрунтової основи пальових фундаментів, що патентується в Україні. Основний матеріал статті присвячено дослідженню впливу удосконаленої лінійно-деформованої (пружної) комбінованої (суцільно-дискретної) моделі ґрунтової основи «Шару-Вінклера» для розрахунку великорозмірного пальово-плитного фундаменту висотної будівлі. Комбінована модель «Шару-Вінклера» поєднує в собі параметри та властивості двох найбільш відомих та застосовуваних моделей у практиці розрахунків: моделі суцільного шару скінченної розподільчої здатності (модель «Шару») та дискретної моделі без розподільчої здатності з вертикальними зв’язками кінцевої жорсткості під плитним ростверком (відомої як модель «Вінклера»). Отримані чисельні результати, їх аналіз та порівняння свідчать про те, що використання комбінованої моделі «Шару-Вінклера» знижує реакції у кутових та периферійних палях фундаменту у порівнянні з моделлю «Шару», а реакції у середніх палях виходять більшими, ніж при впливі моделі основи без розподільчої здатності «Вінклера». Через це при використанні комбінованої моделі «Шару-Вінклера» конструкція плитного ростверку сприймає найменший сумарний згинальний момент відповідно до запропонованої методики оцінки напруженого стану фундаменту, тому застосування комбінованої моделі «Шару-Вінклера» на відміну від загальноприйнятої моделі «Шару» при розрахунках великорозмірних пальово-плитних фундаментів може мати практичне значення при їх раціональному проєктуванні, так як армування може бути суттєво знижено при відповідному натурному експериментальному обґрунтуванні. На цьому етапі теоретично-експериментальних досліджень удосконалена комбінована модель «Шару-Вінклера» (з відповідною методикою моделювання) рекомендується для застосовування у якості альтернативної моделі ґрунтової основи при розрахунках великорозмірних пальово-плитних фундаментів будівель та споруд, що дає можливість її реалізації у вітчизняних розрахункових комплексах «SCAD» та «LIRA».

Анотація (рус):

Анотація (англ):

The paper firstly reviews existing approaches to simulating soil bases for large-sized pile-raft foundations of multistory buildings and structures using up-to-date calculation software packages such as SOFiSTiK, ABAQUS, Plaxis, SCAD, LIRA and others when calculating the base-foundation-building system, and points out their shortcomings.Additionally, the paper considers the methodology for improving the soil base model for pile-raft foundations asa method for simulating the soil base of pile foundations, which is patentpending in Ukraine. The main part of the paper is concerned with investigating the effect of the improved linearly deformed (elastic) combined (continuous-discrete) “Layer-Winkler” subsoil model to calculate a large-sized pile-raft foundation of a high-rise building.The combined “Layer-Winkler” model combines the parameters and properties of the two most well-known and widely used models in design calculation such as the model of the continuous layer of finite distribution capability (the “Layer” model) and the discrete model of no distribution capability with vertical braces of finite stiffness under the raft foundation structure (known as the “Winkler” model). The obtained numerical results, their analysis and comparison indicate that the use of the combined “Layer-Winkler” model reduces the reaction forces in the corner and peripheral piles of the foundation compared to the “Layer” model, while the reaction forces in the middle piles appear to be greater than those resulting from the use of the “Winkler” model of no distribution capability.As a result, when using the combined “Layer-Winkler” model, the raft foundation structure takes up the smallest total bending moment in accordance with the proposed method for assessing the stress state of the foundation.Therefore, unlike the conventional “Layer” model, the use of the combined “Layer-Winkler” model in the calculation of large-sized pile-raft foundations may be of practical importance in the rational design of this type of foundation, as reinforcement can be significantly reduced with an appropriate field-based experimental justification.At the current stage of theoretical and experimental research, the improved combined “Layer-Winkler” model(with the corresponding simulation method) is recommended to be used as an alternative soil base model in the calculation of large-sized pile-raft foundations for buildings and structures, which allows for its implementation in the domestic calculation software packages such as SCAD and LIRA.

Література:

 

  1. Лучковский И. Я. Взаимодействие конструкций с основанием / И. Я. Лучковский. – Харкiв: ХДАГХ (Бiблiотека журналу IТЕ), 2000. – Т. 3. – 264 с.
  2. Empfehlungen des Arbeitskreises "Numerik in der Geotechnik" – EANG. Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.V. (ed.), 2014. – 196 pp.
  3. Katzenbach R., Leppla S., Choudhury D. Foundation Systems for High-Rise Structures. – CRC Press, Taylor & Francis Group, USA and UK, 2017. – 298 p. ISBN 978-1-4987-4477-5.
  4. Wani Kh. M. N. S., Showkat R. Soil Constitutive Models and Their Application in Geotechnical Engineering: A Review // International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT). – Vol. 7 Issue 04. – 2018. – pp. 137-145.
  5. Samorodov O., Tabachnikov S., Dytiuk O., Bondar O. The improved soil base model for the calculation of the combine draft pile foundation with the structural nonlinear behavior of the elements // ACADEMIC JOURNAL Industrial Machine Building, Civil Engineering. – Poltava: PNTU, 2023. – VOL. 1 (60). – PP. 38-46, DOI: https://doi.org/10.26906/znp.2023.60.3185
  6. Бойко І. П., Скочко Л. О., Хоронжевський М. В. Ідентифікація параметрів ґрунту на основі натурних випробувань паль // Основи та фундаменти: Науково-технічний збірник. – 2021. – Вип. 42. – С. 9-18. DOI: 10.32347/0475-1132.42.2021.9-18.
  7. Носенко В.С., Кашоїда О.О. Числове моделювання експерименту випробування групи паль з використанням різних моделей ґрунтової основи // Опір матеріалів і теорія споруд. – К.: КНУБА, 2022. – Вип. 109. – С. 441-454. DOI: 10.32347/2410-2547.2022.109.441-454.
  8. Горбунов-Посадов М. И., Маликова Т. А., Соломин В. И. Расчет конструкций на упругом основании. – М.: Стройиздат, 1984. – [3-е изд.]. – 679 с.
  9. ДБН В.2.1-10:2018. Основи і фундаменти будівель та споруд. Основні положення. – Київ: Мінрегіон України, ДП «Укрархбудінформ», 2018. – 36 с.
  10. Самородов А. В. Проектирование эффективных комбинированных свайных и плитных фундаментов многоэтажных зданий: Монография. – Харьков: Типография Мадрид, 2017. – 204 с.
  11. Патент на корисну модель №161453, Україна МПК E02D 27/12. СПОСІБ МОДЕЛЮВАННЯ ГРУНТОВОЇ ОСНОВИ ПАЛЬОВИХ ФУНДАМЕНТІВ (Самородов О.В., Гударі Р., Табачніков С.В., Муляр Д.Л., Бондар О.П.). Харківський національний університет міського господарства ім. О.М. Бекетова; Універсіте де Маскарень. – Заявл. 18.06.2024. Опубл. 10.12.2025, бюл. № 50/2025.
  12. Самородов О. В., Дитюк О. Є. Експериментальне обґрунтування моделі ґрунтової основи для розрахунку комбінованого плитно-пальового фундаменту // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХНУМГ ім. О. М. Бекетова, 2023. – Вип. 1 (109). – С. 42-49. DOI: 10.33042/2311-7257.2023.109.1.7.
  13. Самородов О. В. Патент на корисну модель UA № 153625. Великорозмірний пальово-плитний фундамент. – Харків: ХНУМГ ім. О. М. Бекетова, 2023.– Заявл. 11.07.2022. Опубл. 02.08.2023. Бюл. №31/2023.
  14. Технічний звіт про інженерно-геологічні вишукування на об’єкті: «Будівництво житлового комплексу з об'єктами громадського призначення та дитячим дошкільним закладом на перетині вул. Академіка Глушкова та Академіка Заболотного, вул. Академіка Заболотного, 1, у Голосіївському районі м. Києва» (друга черга будівництва) / ТОВ «НВФ «ГЕОЛОГО-ГЕОДЕЗИЧНИЙ СЕРВІС»; гол. спец. Кулинич Є.В. – Київ, 2018. – 26 c.
  15. Науково-технічний звіт: «Дослідження несучої здатності 13 (тринадцяти) буроін’єкційних паль вертикальним статичним навантаженням на ділянці будівництва об’єкта: «Будівництво житлового комплексу з об’єктами громадського призначення та дитячим дошкільним закладом на перетині вул. Академіка Глушкова та Академіка Заболотного, вул. Академіка Заболотного, 1 у Голосіївському районі м. Києва. Друга черга будівництва» / ПП «Пайл Тест Сістемс»; керівник та відп. викон. Самородов О.В. – Харків, 2021. – 158 с.
  16. ДСТУ Б В.2.1-27:2010. Палі. Визначення несучої здатності за результатами польових випробувань. – Київ: Мінрегіонбуд України, 2011. – 11 с.
  17. Звіт з науково-дослідної роботи: “Інструментальний моніторинг напруженого стану системи «ґрунтова основа – пальово- плитний фундамент» будівельного об’єкту: «Будівництво житлового комплексу з об’єктами громадського призначення та дитячим дошкільним закладом на перетині вул. Академіка Глушкова та Академіка Заболотного, 1 у Голосіївському районі м. Києва (Друга черга будівництва, Житловий будинок № 3, секція № 1)» у рамках науково-технічного супроводу” / ХНУМГ ім. О.М. Бекетова: керівник д.т.н. О.В. Самородов. – Харків: 2025. – 82 с.
  

References:

 

  1. Luchkovskyi I. Ya. (2000). Vzaiemodeistvie konstruktsii s osnovaniem [Interaction of structures with the base]. Kharkiv: KhDAGKh (Biblioteka zhurnalu ITE). Vol. 3, 264 p.
  2. Empfehlungen des Arbeitskreises "Numerik in der Geotechnik" – EANG. (2014). Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.V. (ed.). 196 pp.
  3. Katzenbach R., Leppla S., Choudhury D. (2017). Foundation Systems for High-Rise Structures.CRC Press, Taylor & Francis Group, USA and UK. ISBN 978-1-4987-4477-5.
  4. Wani Kh. M. N. S., Showkat R. (2018). Soil Constitutive Models and Their Application in Geotechnical Engineering: A Review.International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), 7 (4), 137-145.
  5. Samorodov O., Tabachnikov S., Dytiuk O., Bondar O. (2023). The improved soil base model for the calculation of the combined raft pile foundation with the structural nonlinear behavior of the elements. Academic Journal Industrial Machine Building, Civil Engineering, 1 (60), 38-46. https://doi.org/10.26906/znp.2023.60.3185.
  6. Boiko I. P., Skochko L. O., Khoronzhevskyi M. V. (2021). Identyfikatsiia parametriv gruntu na osnovi naturnykh vyprobuvan pal [Identification soil parameters based onpile field tests]. Osnovy ta fundamenty, 42, 9-18. https://doi.org/10.32347/0475-1132.42.2021.9-18.
  7. Nosenko V. S., Kashoida O. O. (2022). Chyslove modeliuvannia eksperymentu vyprobuvannia hrupy pal z vykorystanniam riznykh modelei gruntovoi osnovy [Numerical modeling of pile group test experiment using different soil models]. Opir materialiv i teoriia sporud, 109, 441-454. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2022.109.441-454.
  8. Gorbunov-Posadov M. I., Malikova T. A., Solomin V. I. (1984). Raschet konstruktsii na uprugom osnovanii [Design of structures on elastic foundation]. Moscow: Stroyizdat. 679 p.
  9. DBN V.2.1-10:2018. (2018). Osnovy i fundamenty budivel ta sporud. Osnovni polozhennia [Bases and foundations of buildings and structures. General provisions]. Kyiv: Minrehion Ukraine, DP Ukrarkhbudinform. 36 p.
  10. Samorodov A. V. (2017). Proektirovanie effektivnykh kombinirovannykh svainykh i plitnykh fundamentov mnogoetazhnykh zdanii [Design of effective combined pile-raft foundations of multistory buildings]. Kharkiv: Typohrafiia Madrid. 204 p.
  11. Utility model patent No. 161453, Ukraine MPK E02D 27/12. Sposib modeliuvannia gruntovoi osnovy palovykh fundamentiv(Method for modeling the soil base of pile foundations) (Samorodov O.V., Gudari R., Tabachnikov S.V., Mulyar D.L., Bondar O.P.). Kharkiv National University of Urban Economy named after O.M. Beketov; Université de Mascarene. – Appl. 06/18/2024. Publ. 12/10/2025, Bulletin No. 50/2025.
  12. Samorodov O. V., Dytiuk O. Ye. (2023). Eksperymentalne obgruntuvannia modeli gruntovoi osnovy dlia rozrakhunku kombinovanoho plytno-palovoho fundamentu [Experimental justification of the soil base model to calculate a combined pile-raft foundation]. Naukovyi visnyk budivnytstva, 1 (109), 42-49. https://doi.org/10.33042/2311-7257.2023.109.1.7.
  13. Samorodov O. V. (2023). Utility model patent UA No. 153625. Velykorozmirnyi palovo-plytnyi fundament [Large-sized pile-raft foundation]. Kharkiv: O.M.Beketov National University of Urban Economyin Kharkiv.Filed on 07/11/2022. Published on 08/02/2023. Bulletin No. 31/2023.
  14. LLC NVF GEOLOGICAL AND GEODETIC SERVICE, Chief specialist Kulinich, E.V. (2018) Tekhnichnyi zvit pro inzhenerno-heolohichni vyshukuvannia na obiekti: “Budivnytstvo zhytlovoho kompleksu z obiektamy hromadskoho pryznachennia ta dytiachym doshkilnym zakladom na peretyni vul. Akademika Hlushkova ta Akademika Zabolotnoho, vul. Akademika Zabolotnoho, 1, u Holosiivskomu raioni m. Kyieva (druha cherha budivnytstva)” [Technical Report on Engineering and Geological Investigations at the Site: “Construction of a Residential Complex with Public Facilities and a Kindergarten at the Intersection of Akademika Hlushkova Street and Akademika Zabolotnoho Street, 1, in the Holosiivskyi District of Kyiv (Second Construction Phase)”]. Kyiv: LLC “Geologo-Heodezychnyi Servis”. 26 p.
  15. PP Pile Test Systems, Head and resp. executive Samorodov, O.V. (2021).Naukovo-tekhnichnyi zvit «Doslidzhennia nesuchoi zdatnosti 13 (trynadtsiaty) buroiniektsiinykh pal vertykalnym statychnym navantazhenniam na diliantsi budivnytstva obieкта: «Budivnytstvo zhytlovoho kompleksu z obiektamy hromadskoho pryznachennia ta dytiachym doshkilnym zakladom na peretyni vul. Akademika Hlushkova ta Akademika Zabolotnoho, vul. Akademika Zabolotnoho, 1 u Holosiivskomu raioni m. Kyieva. Druha cherha budivnytstva»[Scientific and Technical Report: “Investigation of the Bearing Capacity of Thirteen Bored Injection Piles under Vertical Static Loading at the Construction Site: ‘Construction of a Residential Complex with Public Facilities and a Kindergarten at the Intersection of Akademika Hlushkova Street and Akademika Zabolotnoho Street, 1, in the Holosiivskyi District of Kyiv. Second Construction Phase’”]. Kharkiv: PP “Pile Test Systems”. 158 p.
  16. DSTU B V.2.1-27:2010. (2011). Pali. Vyznachennia nesuchoi zdatnosti za rezultatamy polovykh vyprobuvan [Piles. Determination of bearing capacity from field tests]. Kyiv: Minrehionbud Ukraine. 11 p.
  17. O.M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv, Head Samorodov, O.V., DSc(Tech).(2025). Instrumentalnyi monitorynh napruzhenoho stanu systemy “gruntova osnova – palovo-plytnyi fundament” budivelnoho obiektu. Budivnytstvo zhytlovoho kompleksu z obiektamy hromadskoho pryznachennia ta dytiachym doshkilnym zakladom na peretyni vulytsi Akademika Hlushkova ta vulytsi Akademika Zabolotnoho, vulytsia Akademika Zabolotnoho, 1, u Holosiivskomu raioni mista Kyieva (druha cherha budivnytstva, zhytlovyi budynok №3, sektsiia №1) [Instrumental Monitoring of the Stress State of the “Soil Base – Pile-Raft Foundation” System of the Building Object: “Construction of a Residential Complex with Public Facilities and a Kindergarten at the Intersection of Akademika Hlushkova Street and Akademika Zabolotnoho Street, 1, in the Holosiivskyi District of Kyiv (Second Construction Phase, Residential Building No. 3, Section No. 1)”]. Kharkiv: O.M.Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv. 82 p.