Проект конструктивных решений КР здание высотное

Разработали проект конструктивных решений КР для здания высотного многоэтажного.

проект КР небоскреб

КР

Схема вертикальных несущих конструкций типового этажа

В работе здания активно участвуют диски перекрытий, которые, наряду с аутригерными балками, обеспечивают совместную пространственную работу основных несущих конструкций здания – колонн и ядра. Кроме того, через диски перекрытий осуществляется передача горизонтальной составляющей усилий от изломов осей колонн на ядро здания. Горизонтальные составляющие усилий от изломов осей колонн вызывают в ядре значительные усилия кручения. Принятая в проекте круглая форма ядра здания в наибольшей степени отвечает как архитектурно-планировочным требованиям, так и требованиям расчета, поскольку круглая форма сечения наиболее эффективно работает на кручение.Особенностью конструктивной схемы здания является наличие круглого центрального ядра жесткости, воспринимающего большую часть вертикальной нагрузки, порядка 70 % от всех вертикальных нагрузок на здание.

В результате большая доля веса здания передается на небольшой участок фундамента диаметром 26 метров. Первоначальные расчеты, проводившиеся для определения требуемой толщины фундаментной плиты без образования коробчатого фундамента показали, что с точки зрения равномерности осадок для такой плиты недостаточно толщины даже в 7-8 метров. Осадка под ядром составляла порядка 180 мм, тогда как на периферии величина осадки была около 60 мм. Величина относительной разности осадок, равная 0.004, превышала предельное значение 0,003 согласно Приложению Е1 СП 50-10-2004. Возникающие в такой плите усилия требовали большого расхода арматуры. Кроме того, в фундаментной плите толщиной более 8 метров возникнут большие внутренние напряжения из-за экзотермических процессов и усадки в ходе набора бетоном прочности, которые трудно оценить и могут вызвать образование трещин.

пример проектирования конструктивных решений

Первым шагом в решении возникшей проблемы было распределение нагрузок с зоны ядра на периферию за счет диафрагм жесткости. Вторым логичным шагом стало появление верхней плиты, объединяющей всю систему в единый коробчатый фундамент, обеспечившей более экономичное решение. Расчеты показали, что такой фундамент обладает высокой жесткостью (разность осадок между зоной ядра и периферией не превышает 25-30 мм) и успешно справляется с задачей снятия и равномерного распределения нагрузки с ядра диаметром 26 метров на подземной части здания с длиной стороны 57 метра. В итоге в проекте здания был принят коробчатый фундамент. Нижняя плита, расположенная на относительной, имеет толщину 3600 мм, верхняя плита, расположенная на относительной отметке, выполнена толщиной 2000 мм. Совместную работу нижней и верхней плит коробчатого фундамента обеспечивают 10 диафрагм жесткости толщиной 2500 мм, расходящихся от ядра здания в радиальном направлении. Армирование верхней и нижней плит коробчатого фундамента выполняется как отдельными так и спаренными арматурными стержнями из арматуры класса A500С по ГОСТ Р 52544-2006. Стыки арматуры выполнять внахлест с разбежкой как в плоскости сетки так и по высоте.

Бетон в нижней и верхней плитах класса по прочности на сжатие В60, марки по водонепроницаемости W12, марки по морозостойкости F150. Бетон в диафрагмах жесткости и стенах ядра в пределах коробчатого фундамента класса по прочности на сжатие В80, марки по водонепроницаемости W12, марки по морозостойкости F150

Для крепления металлических балок перекрытий офисных типовых этажей в наружных стенах ядра предусмотрены закладные детали. Кроме усилий от прикрепления балок указанные закладные детали воспринимают сдвигающие усилия в горизонтальном направлении, передаваемые от мест переломов осей металлических колонн каркаса через диски перекрытий на ядро здания.

В ходе разработки проекта при конструировании особое внимание уделялось равномерному размещению дверных проемов и коммуникационных отверстий в наружных стенах ядра в целях обеспечения равномерного распределения жесткости по периметру ядра. В ряде случаев, например, в районе оси 4 в месте расположения лифтового холла в уровне 1-го этажа предусмотрены локальные утолщения наружной стены ядра. С авторами архитектурного раздела проекта вносились изменения в местах, где несущей способности перемычек в наружных стенах ядра было не достаточно.

Бетон в стенах центрального ядра класса по прочности на сжатие В80, марки по водонепроницаемости W6, марки по морозостойкости F150. Арматура класса А500С по ГОСТ Р 52544-2006.

Предусмотренные в проекте аутригеры увеличивают жесткость здания на горизонтальные воздействия, а также обеспечивают устойчивость конструкций здания, расположенных с внешней стороны ядра, к прогрессирующему обрушению. Конструкции аутригеров расположены в уровнях.

Аутригеры представляют собой систему радиально расположенных в плане монолитных железобетонных балок, жестко защемленных в центральном железобетонном ядре здания, и шарнирно соединенных с металлическими колоннами по периметру здания.

Применение металлических аутригерных балок в ходе работы над проектом было признано нерациональным в связи с необходимостью устройства в железобетонном ядре здания громоздких металлических закладных деталей, рассекающих его на части, узел опирания аутригера на ядро получался очень сложный и нетехнологичный в изготовлении. В случае с металлическими аутригерными балками возникали также сложности с размещением проемов для путей эвакуации и отверстий для инженерных коммуникаций. Возведение железобетонных аутригерных балок быстрее, дешевле и технологичнее металлических аутригерных балок аналогичной несущей способности. При принятии решения учтен также опыт строительства высотных зданий: удачное решение с применением железобетонных аутригерных балок на участке и трудоемкое решение с применением сталебетонных аутригерных ферм на участке. Аутригерные балки представляют собой двутавр с верхней и нижней полками размерами 3.0х0.85(h) метра и стенкой переменной толщины от 500 мм до 1500 мм в зоне примыкания к ядру высотой 9.25 метра. В целях усиления ядра в уровне примыкания к нему верхнего и нижнего пояса аутригерной балки выполнены кольцевые монолитные железобетонные балки размером 2.5х1.2h метра, в которых предусмотрены отверстия для пропуска вертикальных инженерных коммуникаций.

Для исключения значительных изгибающих моментов в узле примыкания аутригерных балок к ядру от неравномерной осадки колонн и центрального ядра в проекте предусмотрено включение аутригерных балок в работу на восприятие ветровых нагрузок только после возведения несущих конструкций всего здания. Для выполнения данного условия шарнирный узел крепления металлических колонн к аутригерным балкам выполняется в момент окончания работ по бетонированию ядра здания в уровне 85-го этажа. До этого момента, в ходе строительных работ, жесткость здания на горизонтальные нагрузки обеспечивается одним центральным ядром. Определяющим требованием в этом случае является сохранность возводимых фасадных конструкций.

Учитывая тот факт, что вклад конструктива центрального ядра в жесткость здания на горизонтальные воздействия составляет порядка 70% и требования по горизонтальным прогибам здания в процессе строительства могут предъявляться только технологические, а не более жесткие эстетико-психологические (см. Приложение Е СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*, данное решение, согласно выполненным расчетам, соответствует действующим нормам проектирования. На момент строительства Башни несущей способности узла крепления железобетонной аутригерной балки к ядру достаточно для восприятия нагрузок от собственного веса и веса перекрытий технических этажей без устройства каких-либо временных опор при условии набора бетоном аутригерных балок проектной прочности.

В ходе строительства следует предусмотреть Проект производства работ, регламентирующий расположение рабочих швов бетонирования в аутригерных балках. Не допускается размещение вертикальных рабочих швов бетонирования в зоне примыкания аутригерных балок к ядру.

Бетон в аутригерных балках класса по прочности на сжатие В80, марки по водонепроницаемости W6, марки по морозостойкости F150. Арматура класса А500С по ГОСТ Р 52544-2006.

КОНСТРУКЦИИ МОНОЛИТНЫХ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЙ

Монолитные железобетонные перекрытия надземной части здания выполняются двух типов: в несъемной опалубке из стального профилированного настила перекрытия офисных этажей вне пределов ядра и в съемной опалубке (перекрытия всех этажей внутри ядра, перекрытия технических этажей вне пределов ядра). Монолитные железобетонные перекрытия вне пределов ядра, выполняемые как в съемной, так и в несъемной опалубке, опираются на металлические балки. Совместная работа железобетонных плит перекрытий с металлическими балками перекрытий обеспечивается за счет приварки к верхним поясам металлических балок стадболтов типа Nelson или их аналогов.

Учитывая особенности архитектурного решения здания закрученная спиралевидная форма, каждый диск перекрытия должен воспринимать значительные горизонтальные усилия, возникающие из-за изломов осей колонн. В связи с этим предусмотрены дополнительные мероприятия, учитывающие особенности работы дисков перекрытий:

  • усиленное фоновое армирование монолитной плиты перекрытия для передачи растягивающих и сдвигающих усилий от наклонных колонн к ядру здания;
  • арматурные каркасы, привариваемые к закладным деталям, расположенным в наружных стенах ядра, передающие на ядро усилия сдвига с плиты перекрытия. Необходимость данных каркасов обусловлена также наличием большого количества коммуникационных каналов по периметру наружной стены ядра.

Перекрытия надземной части вне пределов ядра выполняются по профнастилу толщиной 150 мм в офисных этажах и по съемной опалубке в технических этажах. Внутри ядра плиты перекрытий выполняются толщиной 200 миллиметра.

Бетон в перекрытиях внутри ядра класса по прочности на сжатие В60 это требование связано с расчетом на смятие внутренними и наружными стенами ядра, выполняемыми из бетона класса В80. Бетон в перекрытиях вне пределов ядра по несъемной опалубке из профилированного настила) класса по прочности на сжатие В40. Арматура в конструкциях перекрытий класса А500С по ГОСТ Р 52544-2006.

 КОНСТРУКЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОЛОНН

Металлические колонны по периметру здания соединяются с ядром аутригерными балками в уровнях технических этажей. Таким образом, колонны активно включаются в работу на восприятие горизонтальных воздействий на здание.


Колонны – сварные, квадратного сечения размерами 850х850 мм, толщина стенки – до 160 мм. Для обеспечения поперечной жесткости сечения колонны предусмотрена установка внутренних диафрагм по трем сторонам сечения в местах примыкания балок межэтажных перекрытий. Для повторения геометрической формы здания колонны выполняются прямолинейными участками длиной на 2 этажа, с переломами в уровне перекрытий нечетных этажей. Монтажные стыки колонн подняты относительно перекрытий на 1,7 метра, передача сжимающих усилий предусмотрена через фрезерованные торцы, поперечные силы передаются за счет трения между торцами колонны, а также накладками на монтажной сварке. Торцы колонн в монтажных стыках перпендикулярны оси стержня колонны.

Горизонтальная составляющая вертикальной нагрузки порядка 35 тонн, возникающая в местах перелома колонны, передается на металлические балки перекрытий, после чего усилие перетекает на железобетонную плиту перекрытия через упоры Nelson, приваренные к верхним поясам балок, и с железобетонной плиты – на центральное ядро здания.

Членение колонн на монтажные конструктивные элементы производится в соответствии с возможностями грузоподъемных монтажных кранов, и уточняется при разработке проекта производства работ. Наиболее тяжелые колонны, расположенные в уровне нижних этажей могут быть смонтированы стреловыми кранами большой грузоподъемности на автомобильном шасси. Остальные колонны, расположенные выше, монтируются переставными башенными кранами, установленными по периметру центрального ядра, либо непосредственно в центральном ядре.

Основные технологические операции при сборке и сварке колонны выглядят, в общем, следующим образом:

  • из трех поясных листов собирают «корытообразное» сечение и заваривают внешние и внутренние поясные швы;
  • устанавливают и приваривают внутренние диафрагмы;
  • временно устанавливают четвертый поясной лист и фрезеруют торец стержня колонны со стороны распределительной плиты;
  • снимают четвертый поясной лист, приваривают распределительную плиту в месте перелома сечения, плита приваривается по трем сторонам снаружи и изнутри сечения;
  • устанавливают снятый ранее четвертый поясной лист, обеспечив при этом плотное прижатие его фрезерованного торца к строганной поверхности распределительной плиты, приваривают его к распределительной плите, затем заваривают поясные сварные швы в направлении от плиты к свободному торцу;
  • фрезеруют свободный торец колонны;
  • устанавливают и приваривают к распределительной плите отрезок вышележащей колонны до монтажного стыка.

Колонны поставляются на строительную площадку полной заводской готовности, с приваренными фасонками для крепления балок перекрытий, а также с деталями для крепления монтажных приспособлений и оснастки.

Колонны запроектированы из стали С345-3 по ГОСТ 27772-88 со следующими дополнительными требованиями:

  • по содержанию серы не более 0,01%
  • по содержанию фосфора не более 0,015%
  • по ударной вязкости KCV-30 не ниже 29 дж/см2
  • по сплошности при УЗК не ниже 2 класса по ГОСТ 22727-88.

По форме, размерам и предельным отклонениям прокат должен соответствовать ГОСТ 19903-74 с дополнительными требованиями к геометрическим размерам. Эти требования обусловлены необходимостью получения минимальных зазоров между деталями при сборке стержня колонны. При невозможности получения проката требуемой точности прокатки, потребуется строжка плоскостей деталей колонны в зоне расположения поясных швов.

КОНСТРУКЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ БАЛОК ПЕРЕКРЫТИЙ

Конструкции междуэтажных перекрытий запроектированы в виде балочных клеток, высота металлических балок 750 мм. В стенках балок предусмотрены отверстия для пропуска инженерных коммуникаций диаметром до 400 мм. К верхним поясам балок привариваются стадболты типа Nelson или их аналоги, обеспечивающие совместную работу железобетонной плиты перекрытия с металлическими балками.

Металлические балки сварные, составного двутаврового сечения, из стали С345-3 по ГОСТ 27772-88 со следующими дополнительными требованиями:

  • по содержанию серы не более 0,01%
  • по содержанию фосфора не более 0,015%
  • по ударной вязкости KCV-30 не ниже 29 дж/см2
  • по сплошности при УЗК не ниже 2 класса по ГОСТ 22727-88.

Узлы соединения балок фрикционного типа на болтах с контролируемым натяжением М27-10.9S ГОСТ Р 52644-2006 из стали 40Х «селект» исполнения ХЛ. Прикрепление балок к закладным деталям в железобетонном ядре здания – на монтажной сварке.

Для выравнивания величин деформаций металлических колонн по периметру здания и деформаций центрального железобетонного ядра с учетом ползучести и усадки бетона ядра, а также с учетом большей осадки основания под ядром здания, перекрытия должны выполняться со строительным подъемом от ядра в сторону металлических колонн по периметру здания. Этот подъем должен учитываться при разработке чертежей КМД, величина подъема для различных уровней здания уточняется на рабочей стадии проектирования. По предварительным расчетам, величина строительного подъема составит около 30 миллиметров для верхних этажей здания.

Сечения и раскладку балок необходимо уточнить на стадии рабочего проектирования в увязке с расположением проемов для пропуска инженерных коммуникаций. 

Бетонные работы

В ходе строительства следует предусмотреть Проект производства работ, регламентирующий расположение рабочих швов бетонирования в аутригерных балках. Не допускается размещение вертикальных рабочих швов бетонирования в зоне примыкания аутригерных балок к ядру.

Контроль качества бетонных работ должен включать входной контроль бетонной смеси, контроль твердения бетона в конструкции для массивных конструкций – фундаментной плиты, стен ядер, контроль прочности бетона на сжатие, контроль водонепроницаемости бетона, контроль морозстойкости бетона.

Входной контроль бетонной смеси включает определение подвижности бетонной смеси по ГОСТ 10181, определение температуры бетонной смеси, контроль расслаиваемости бетонной смеси. Контроль температуры твердения бетона в конструкции следует вести прибором «Терем 3» или его аналогом с обязательным температурного листа.

Контроль прочности бетона на сжатие следует вести путем испытания контрольных образцов-кубов в соответствии с ГОСТ 10180 и ГОСТ 18105 для каждой партии бетонной смеси с обязательным заполнением ведомости контроля прочности. Параллельно должен вестись контроль прочности бетона неразрушающими методами.

Контроль водонепроницаемости бетона ведется путем испытания контрольных образцов в соответствии с ГОСТ 12730.5 один раз на конструкцию от каждого завода-поставщика бетонной смеси.

Контроль морозостойкости бетона ведется путем испытания контрольных образцов в соответствии с ГОСТ 10060.2 один раз на конструкцию от каждого завода-поставщика бетонной смеси.

Арматурные работы

Контроль качества арматуры должен включать проверку наличия сертификатов качества и бирок и их соответствия на поступающие партии арматуры, визуальный контроль, выборочные испытания стержневой арматуры.

Контроль качества арматурных работ должен включать контроль качества изготовления вязаных арматурных сеток и каркасов и их соответствия СНиП 3.03.01-87 и СНиП 3.09.01-85; контроль точности установки стержней и обеспечения требуемой толщины защитного слоя бетона; контроль точности установки сеток по высоте сечения плит перекрытий; контроль соблюдения правил рассредоточения стыковых соединений согласно СП 52-101-2003; приемку арматурных работ по захваткам бетонирования и составление актов на скрытые работы.

Порядок выполнения работ по предварительному напряжению канатов, расположенных в нижней плите моста над ВИП-въездом:

  • выполнить отверстия ∅200 мм;
  • установить опорные анкерные плиты в проектное положение при помощи анкерых болтов на заранее обработанную бетонную поверхность;
  • выполнить пучок из 19 монострендов в антивандальной трубе;
  • установить пучки в проектное положение;
  • выполнить натяжение пучков;
  • произвести инъецирование защитной смазкой канала между пучком и отверстием ∅200 мм в нижней плите.

Контроль прочностных характеристик арматуры в здании башня следует вести двумя организациями, не аффилированными и не связанными договорными отношениями с подрядными организациями, выполняющими работы по возведению здания.

Работы по монтажу металлоконструкций

Для обеспечения работоспособности стальных конструкций, надеж­ности и долговечности при эксплуатации, их изготовление должно выпол­няться на специализированном заводе, имеющем опыт изготовления подоб­ных конструкций.

Изготовление стальных конструкций выполнять в соответствии с ГОСТ 23118-99 «Конструкции стальные строительные», СП 53-101-98 «Изготовление и контроль качества стальных строительных конструкций», требованиями Специальных технических условий СТУ на проектирование и строительство, требованиями рабочей документации марки КМ, а также с учетом дополнительных технических требований монтажной организации.

Монтаж стальных конструкций производить с соблюдением требова­ний СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции» и в соответст­вии с разработанным специализированной организацией «Проектом произ­водства работ» (ППР), в котором необходимо учесть всю специфику данного сооружения. Принципиальные решения по ППР следует согласовать с авторами раздела рабочей документации марки КМ