2. Расчетно-конструктивный раздел

2.1 Общие данные

Каркас здания монолитный, железобетонный. Колонны монолитные, железобетонные. Колонны прямоугольные 500х500 мм. Шаг колонн 9.0х9.0 м.

Основанием фундаментов являются суглинки текучепластичные, исходя из инженерно геологических изысканий, поэтому в проекте приняты свайные фундаменты с монолитным железобетонным ростверком. Количество свай принято согласно проекта - 4 сваи под каждую колонну.

Перекрытия и покрытие - безбалочная железобетонная монолитная плита, с капителями в зоне примыкания к колоннам.

В центре здания располагается сетчатый стальной купол, диаметром 36 метров.

Купол несет в себе функцию светоаэрационного фонаря и придает архитектурную выразительность комплексу.

Ограждающие конструкции выполнены из кирпича керамического строительного пустотелого М125, толщиной 250 мм с утеплением жесткими минераловатными плитами ISOVER, и навесной фасадной системой с вентилируемым зазором.

Шахты лифтов, лестничные клетки, сантехнические и электротехнические шахты монолитные, железобетонные и работают придающими жесткость конструкциями. Дополнительную жесткость зданию придают плита перекрытия и покрытия.

Здание разделено деформационными швами на три части, размерами 54,63,72 метра.

В ходе дипломного проектирования были разработаны сечение и армирование наиболее загруженных колонн по оси «А», «Б»; безбалочная монолитная плита перекрытия, сетчатый стальной купол, диаметром 36 метров.

2.2 Расчет полного каркаса многофункционального торгово-офисного комплекса

Здание отапливаемое трехэтажное рамной системы. Расстояние между крайними разбивочными осями поперек здания L=93 м, сетка колонн L x L=9 х 9. Привязка колонн по их осям. Высота цокольного этажа H_ц= 3.9 м, первого H₁= 6.9 м, второго H₂= 6.0 м, третьего H₃= 6.0 м. Стены навесные из трехслойных сэндвич панелей, вес 1 м² которых 0,1 кН.

Рисунок 2.2. Поперечный разрез и план здания

Панели остекления располагаются в виде поясов общей высотой, равной 2,600 м. Вес 1м² панелей остекления 0,5 кН.

Полы междуэтажных перекрытий выполнены из керамической плитки по стяжке из цементно-песчаного раствора по монолитной железобетонной плите, толщиной 250 мм.

Покрытие бесчердачное плоское. Несущие элементы покрытия такие же, как перекрытий.

Кровля рулонного типа.

Утеплитель - жесткие минераловатные плиты, толщиной 150 мм.

Монолитный железобетонный каркас выполнен из бетона марки В25. Класс рабочей не напрягаемой арматуры А-400. Фундаменты под колонны свайные с монолитным железобетонным ростверком стаканного типа.

Нормативная полезная нагрузка на перекрытия р_н= 4 кН/м².

Строительство здания ведется в III снеговом районе с расчетной нагрузкой р_р=1.8 кН/м². Нормативная глубина промерзания грунта в районе строительства h=1.2 м. Грунт основания - суглинки текучепластичные.

Расчетная схема

По малости эксцентриситета продольной силы колонн учитывается только случайный эксцентриситет e₀^сл, который принимается не менее 1/600 l₀ или 1/30 h, или 1 см.

Расчетная длина колонн каждого этажа принимается равной высоте этажа, т.е. l₀=H_э.

Сбор нагрузок на раму

При определении нагрузок рама считается отдельно стоящей, поэтому нагрузка будет определяться как произведение грузовой площади с половины пролета между рамами с обеих сторон. При определении нагрузок высота сечения плиты перекрытия принимается 250 мм. Сечение колонн ориентировочно принято 500х500 мм.

Вычисление нагрузок на раму сведено в таблица 2.1

Таблица 2.1. Сбор нагрузок на раму

Ветровая нагрузка.

Скоростной напор ветра для II района для части здания высотой до 10 м от поверхности земли ; то же, на высоте 20 м при коэффициенте, учитывающем изменение скоростного напора по высоте k=1,25:

При условии H/2*l= 22,050/2*93 = 0.11<0/5 значения аэродинамических коэффициентов для наружных стен приняты: с наветренной стороны с=+0,8; с подветренной с=-0,5.

Расчетные давления ветра на 1м² поверхности ограждающих конструкций надежности по нагрузке =1,4 и коэффициенте надежности по назначению здания =0,95:

- с наветренной стороны

- с подветренной стороны

Статический расчет.

Расчет усилий в элементах рамы выполнен с помощью программного обеспечения SCAD Office 11.

Для расчета элементов рам были выбраны две наиболее загруженные колонны, колонна крайнего ряда по оси «А» и колонна по оси «Б». Комбинации усилий представлены в таблице 2.2

Таблица 2.2. Усилия в колоннах

Подбор сечения арматуры и бетона в колонне крайнего ряда по оси «А»

Расчет колонны 1 этажа.

Уточняем размеры поперечного сечения колонны, подставляя наибольшее значение продольного усилия:

(В20 Rb = 11.5 МПа R_bt=0.9 МПа E_b=24000 МПа г_в=0,9)

Принимаем окончательные размеры поперечного сечения колонны для всех этажей с учетом требований унификации 500х500 мм. и переходим к подбору в расчетном поперечном сечении симметричной продольной арматуры по комбинации усилий M=103,835kHм, N=3466.4 кН (по данным полученным из статического расчета, выполненного в SCAD).

Расчетный эксцентриситет продольной силы

l

Следовательно случайный эксцентриситет в расчете на учитывается.

При отношении , расчет колонны производиться по недеформированной схеме, но с учетом влияния прогиба на ее прочность путем умножения эксцентриситета на коэффициент , определяемый по формуле:

, (2.2)

где N - усилие в рассматриваемом сечении;

N_cr-условная критическая сила.

Вычислим коэффициент учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента из тяжелого бетона в предельном состоянии.

(2.3)

Вычисляем условную критическую силу:

где -размеры сечения колонны.

- рабочая высота сечения, =500 - 35=465 мм.

м - коэффициент армирования сечения, которым задаемся м=0,01

Определяем коэффициент :

Вычисляем расчетные параметры:

относительная величина продольной силы

Определяем площадь сечения арматуры:

Принимаем 4?16 А400 A_s=804,2мм² по ГОСТ 5781-82*

Принятую продольную арматуру пропускаем по всей длине колонны без обрыва. Поперечные стержни в сварном каркасе назначаем конструктивно ?8 мм А240 с шагом 400 мм по ГОСТ 5781-82*

Рисунок 2.2.4. Колонна 3 этажа

Расчет колонны 3 этажа

Расчетная комбинация усилий M=170,87kHм, N=316,53 кН (по данным полученным из статического расчета, выполненного в SCAD).

Расчетный эксцентриситет продольной силы

l

Следовательно, случайный эксцентриситет в расчете на учитывается.

Вычисляем условную критическую силу:

где -размеры сечения колонны;

- рабочая высота сечения; =500 - 35=465 мм.;

м - коэффициент армирования сечения, которым задаемся м=0,01

Определяем коэффициент :

Вычисляем расчетные параметры:

относительная величина продольной силы

Определяем площадь сечения арматуры:

Принимаем 4?18 А400 A_s=1018мм² Принятую продольную арматуру пропускаем по всей длине колонны без обрыва. Поперечные стержни в сварном каркасе назначаем конструктивно ?8 мм А240 с шагом 400 мм

Подбор сечения арматуры и бетона в колонне второго ряда по оси «Б»

Расчет колонны 1 этажа.

Уточняем размеры поперечного сечения колонны, подставляя наибольшее значение продольного усилия:

(В20 Rb = 11.5 МПа R_bt=0.9 МПа E_b=24000 МПа г_в=0,9)

Принимаем окончательные размеры поперечного сечения колонны для всех этажей с учетом требований унификации 500х500 мм. и переходим к подбору в расчетном поперечном сечении симметричной продольной арматуры по комбинации усилий M=173,84kHм, N=2382,51 кН (по данным полученным из статического расчета, выполненного в SCAD).

Расчетный эксцентриситет продольной силы

l

Следовательно, случайный эксцентриситет в расчете на учитывается.

Вычисляем условную критическую силу:

где: -размеры сечения колонны

- рабочая высота сечения, =500 - 35=465 мм

м - коэффициент армирования сечения, которым задаемся м=0,01

Определяем коэффициент :

Вычисляем расчетные параметры:

относительная величина продольной силы

Определяем площадь сечения арматуры:

Принимаем 4?28 А400 A_s=2463мм²

Принятую продольную арматуру пропускаем по всей длине колонны без обрыва. Поперечные стержни в сварном каркасе назначаем конструктивно ?8 мм А240 с шагом 400 мм

Расчет колонны 3 этажа

Расчетная комбинация усилий M=867,21kHм, N=182,8 кН (по данным полученным из статического расчета, выполненного в SCAD).

Расчетный эксцентриситет продольной силы

l

Следовательно, случайный эксцентриситет в расчете на учитывается.

Вычисляем условную критическую силу:

где -размеры сечения колонны;

- рабочая высота сечения, =500 - 35=465 мм;

м - коэффициент армирования сечения, которым задаемся м=0,01

Определяем коэффициент :

Вычисляем расчетные параметры:

относительная величина продольной силы

Определяем площадь сечения арматуры:

Принимаем 4?18 А400 A_s=1018мм²

Принятую продольную арматуру пропускаем по всей длине колонны без обрыва. Поперечные стержни в сварном каркасе назначаем конструктивно ?8 мм А240 с шагом 400 мм

Расчет безбалочного монолитного перекрытия

По данным, полученным из статического расчета, выполненного в SCAD находим усилия в элементах плиты перекрытия:

В пролетной части плиты: M=19.69 kHм (точка 1)

Между колоннами: М=21,64 kHм (точка 2)

В зонах капители:

- капитель, толщиной 0,45 м М=74,44 kHм;

- капитель, толщиной 0,65 м М=193,75 kHм;

- зона опирания на колонну М=235,35 kHм;

Определение высоты железобетонного сечения:

- рабочая высота плиты в пролетной части;

- рабочая высота капители, толщ. 0,45 м;

- рабочая высота капители, толщ. 0,65 м;

При расчете плиты, рассматривается участок шириной 1 м.

- относительная высота сжатой зоны бетона

- коэффициент армирования для плит

Арматура в пролетной части плиты.

Армируем плиту отдельными стержнями из стали класса А400, площадь сечения которой равна:

Подбираем по сортаменту арматуру в пролетной части плиты 5?8 А400 с площадью поперечного сечения на 1 метр ширины плиты А_s=251мм². Шаг арматуры 200 мм.

Определяем процент армирования:

0,3%?0,78%%?0,8%

Арматура в капители, толщиной 0,45 м.

Подбираем по сортаменту арматуру в пролетной части плиты 20?10 А400 с площадью поперечного сечения А_s=785мм². Шаг арматуры 150 мм

Арматура в зоне опирания на колонну.

Подбираем по сортаменту арматуру в пролетной части плиты 10?12 А400 с площадью поперечного сечения А_s=1131мм².

Арматура в капители, толщиной 0,65 м.

Подбираем по сортаменту арматуру в пролетной части плиты 4?20 А400 с площадью поперечного сечения А_s=1256мм². Шаг арматуры 150 мм

Расчет капители на продавливание

Расчет перекрытия на продавливание производится в сечениях, где очертания капителей образуют входящие углы, где изменяется толщина плиты, в местах приложения значительных грузов, распределенных на небольшой площади, а также в других местах, где это окажется необходимым для принятого конструктивного решения.

Предполагается, что продавливание происходит по боковой поверхности пирамиды или конуса, боковые грани или образующая которых наклонены под углом 45° к горизонтали.

Q=465.63 kH

R_р =1.6 МПа; k=1

b_ср - среднее арифметическое между величинами периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды, образующейся при продавливании в пределах рабочей высоты сечения h₀. b_ср=9

Прочность перекрытия на продавливание в сечениях без поперечной арматуры рекомендуется проверять по формуле

условие выполняется. Установка поперечной арматуры не требуется.

2.3 Расчет сетчатого купола

Стержневая сетка несущего каркаса куполов разработана по звездчатой схеме и имеет 16 опор, жестко закрепленные на железобетонном опорном кольце жесткости. Все элементы каркаса купола представляют собой прямолинейные стержни из квадратных стальных труб по ГОСТ8639-68.

Все элементы каркаса соединены на болтах. В процессе монтажа производится поярусная геодезическая съемка всех узлов купола. При этом выверка узлов купола производится с помощью ручных домкратов.

Заводское изготовление элементов каркаса и узловых элементов (силовых накладок) производится с учетом следующих требований к точности: длина элементов каркаса - по ГОСТ 23118-99; узловых элементов и элементов каркаса (узловое соединение на высокопрочных болтах) - по специальным требованиям: расстояния между группами отверстий - 0…+0,5 мм; расстояния между отверстиями в группе - 0…±0,2 мм; диаметр отверстия - 0…±0,2 мм. Разметка и сверловка отверстий - по кондуктору.

Для монтажа каркаса купола был применен метод сборки с помощью манипулятора, установленного в непосредственной близости от проектного положения купола.

Необходимо отметить, что специальным вопросом при проектировании куполов является назначение снеговых и ветровых нагрузок, которые отсутствуют для подобных сооружений в действующем [7].

Рисунок 2.3. Схема сетчатого купола

Сбор нагрузок на купол

В процессе расчета нагрузки на купол прикладываются к кольцевым элементам купола, поэтому нагрузка будет определяться как произведение грузовой площади с половины пролета между кольцевыми элементами.

Постоянная

Поликарбонатные и акриловые плиты с фасонными частями спк-каброгласс novatro q_расч=0,013 кН/м² - 0,039 кН/м²

Снеговая

III снеговой район - 1.8 кН/м² - 5,4 кН/м²

Согласно [10] снеговая нагрузка определяется:

Рисунок 2.4. Снеговая нагрузка

м₁=2.4sin1.4б

S₁=S₀* м₁=5.4*2.4*sin (1.4*50)=12.18

S₂=S₁*0.5=6.09

Ветровая

II ветровой район

При отношении ветровой напор создает на поверхности купола отсос, который разгружает купол и в статическом расчете может не учитываться.

Статический расчет

Расчет усилий в элементах купола выполнен с помощью программного обеспечения SCAD Office 11.

Для расчета элементов купола были выбраны наиболее загруженные конструктивные элементы купола. Такими элементами являются: «ребро» купола, элемент кольца купола и элемент связи. В качестве загружений было выбрано 1 загружение в виде суммы постоянной от покрытия нагрузки, снеговой для третьего снегового района и собственного веса.

Усилия в элементах купола:

- «ребро» М= 0 кНм N=24.28кН;

- кольцо М=4.86 кНм N=3.97кН;

- связь М= 0 кНм N=8.75кН.

Подбор сечений купола

Предварительно принимаем

Ребро

Принимаем 120х80 из условия гибкости.

Характеристики сечения:

Коэффициент м определяется по тарировочной кривой зависимости коэффициентов свободной длины стержней сетчатого купола от параметра условной длины н.

Кольцо

Принимаем 120х40 из условия гибкости.

Характеристики сечения:

Коэффициент м определяется по тарировочной кривой зависимости коэффициентов свободной длины стержней сетчатого купола от параметра условной длины н.

Проверка прочности на действие нормальных напряжений

Элемент связи

Принимаем 120х80 из условия гибкости.

Характеристики сечения:

В целях унификации прокатного профиля принимаем стальную прямоугольную трубу 120х80 по ГОСТ 8645-68 (рисунок 2.5) для всех элементов решетки купола

Рисунок 2.5. Стольная труба

Характеристики принятого сечения:

- площадь сечении А=18,57 см;

- момент инерции относительно оси Y I= 360.6 см;

- момент инерции относительно оси Z I= 191.0 см;

- момент сопротивления относительно оси Y W= 60.1 см;

- момент сопротивления относительно оси Z W= 47.75 см.

Расчет болтов

Расчетное усилие:

Определяем требуемую площадь болтов:

где n-число анкерных болтов;

-расчетное сопротивление болтов.

Т.к. требуемая площадь болтов мала, принимаем болт М12 .

3. Организация и технология строительства

3.1 Выбор методов производства работ

Строительство многофункционального торгово-офисного комплекса осуществляется силами строительно-монтажных организаций г. Санкт-Петербург, располагающих для выполнения строительных, монтажных и специальных строительных работ всем необходимым набором строительных механизмов и автотранспорта, а также квалифицированными кадрами.

Работы осуществляются в два этапа:

- подготовительный период;

- основной период.

В подготовительный период выполняются следующие работы и мероприятия:

устройство временного ограждения стройплощадки, установка предупредительных, указательных знаков и гирлянд сигнальных ламп, хорошо видимых в любое время суток;

вырубка зеленых насаждений, попадающих в пятно застройки;

устройство временных зданий и сооружений санитарно-бытового, административного и складского назначения;

прокладка временных технологических дорог и инженерных сетей в объеме, необходимом для нужд строительства;

вынос и закрепление основных геодезических и разбивочных осей;

разработка проекта производства работ и привязаны по месту типовые технологические карты на отдельные виды работ, переданы и приняты закрепленные на местности знаки геодезической разбивки по частям зданий и сооружений;

разработаны и осуществлены мероприятия по организации труда;

организовано инструментальное хозяйство для обеспечения бригад, производящих работы, средствами малой механизации, инструментом, средствами измерений и контроля, ограждениями и монтажной оснастки в составе и количестве, предусмотренном нормокомплектами;

подготовлены строительные машины и механизмы;

создан необходимый запас строительных материалов и конструкций;

разработаны и утверждены комплекс мероприятия по ведению строительства в зимних условиях;

демонтированы или переложены согласно рабочего проекта инженерные сети, попадающие на пятно застройки.

В основной период выполняются все строительные, монтажные и специальные строительные работы, а также работы по вертикальной планировке, прокладке дорог, устройству тротуаров, благоустройству и озеленению территории.

Технологическая последовательность возведения зданий:

нулевой цикл;

надземная часть;

инженерное оборудование;

отделочные и иные работы (монтаж технологического оборудования).

Земляные работы выполняют в соответствии с правилами производства и приемки работ, приведенными в [3].

Перед началом производства земляных работ необходимо вызвать представителей заинтересованных служб и владельцев инженерных коммуникаций с целью определения фактического расположения сетей и согласования методов производства работ. При наличии рядом действующих кабелей, земляные работы производить под непосредственным руководством ИТР. При обнаружении коммуникаций, не указанных в проекте, земляные работы прекратить и вызвать на место представителей заказчика и проектировщика.

Срезку растительного слоя выполнить бульдозером типа Д-6М или ДЗ-101А с погрузкой экскаватором ЭО-5124 с ковшом емкостью 0,8 м³ в автосамосвалы и отвозки его во временный отвал для последующей рекультивации или благоустройства.

После срезки растительного слоя следует произвести разработку котлована с помощью бульдозера типа ДЗ-101А, а также экскаватором ЭО-5124 с ковшом емкостью 0,8 м³;

Грунт грузится на автотранспорт и вывозится в отвал на место согласованное с Заказчиком.

Котлованы под фундаменты следует устраивать без нарушения естественной структуры грунта в основании с недобором, не превышающим величин, приведенных в таблице:

Таблица 3.1. Допустимые недоборы грунта в основании

При зачистке недоборов дна котлована бульдозером или экскаватором со специальным зачистным ковшом оставшийся недобор до проектной отметки не должен превышать 5-7 см., который в местах устройства фундаментов дорабатывается вручную. Переборы при устройстве котлованов не допускаются.

Перерывы между окончанием разработки котлована и устройством фундамента, как правило, не допускается. При вынужденных перерывах должны быть приняты меры к сохранению природных свойств грунта. Не допускается заполнение котлована водой.

Для возможности захода в котлован грузоподъемных машин выполняется въездной пандус с уклоном не круче 1:8 с покрытием из сборных ж/б плит по песчаному основанию толщиной 200 мм.

При производстве работ по устройству свайных фундаментов руководствоваться требованиями [6].

При заглублении в грунт свай до заданной в проекте отметки и заданного отказа принят вибропогружатель марки ФИНАРОС 1200.

В начале производства работ по забивке свай следует забить 15 пробных свай, расположенных в разных точках строительной площадки. В конце погружения, когда фактически значение отказа близко к расчетному, уточняется длина свай. Сваи с отказом больше расчетного должны подвергаться контрольной добивке после отдыха. В том случае, если отказ при контрольной добивке превышает расчетный - требуется корректировка проекта свайных фундаментов. Допустимые проектные отклонения свай в проекте в плане 0,2d.

Работам по устройству ростверков должна предшествовать приемка заглубленных в грунт и срезанных на проектном уровне сваи.

При поломке свай и в случае вынужденного повреждения проектной отметки следует по согласованию с проектной организацией нарастить их монолитным железобетоном. В случае недобивки свай или повреждение голов при забивке, головы свай должны срезаться методами исключающими нарушение заглубленного слоя бетона сваи ниже среза.

Результаты измерений должны фиксироваться в журнале работ.

Методы производства основных строительно-монтажных работ по возведению надземной части здания разработаны с учетом конструктивных особенностей, назначения здания и конкретных особенностей строительной площадки с учетом требований соответствующих СНиП.

Выбор кранов:

Требования к монтажным кранам:

Максимальный вылет стрелы - 48,0 м;

Высота строящегося здания - 31,05 м.

Выбор строительных машин и механизмов обусловлен конструктивной характеристикой объекта, массой монтируемых элементов и условиями производства монтажных работ. Обеспечение строительства материалами, конструкциями и изделиями производится от предприятий стройиндустрии Санкт-Петербурга.

Возведение надземной части здания башенным краном QTZ 80-5020 с максимальным вылетом стрелы 50 м, установленным направляющих рельсах.

Таблица 3.2. Спецификация крана

Привязка крана приведена на чертеже стройгенплана.

Кран работает с запрещением перемещения груза за обозначенную зону. За запрещением перемещения груза должен следить ответственный за безопасное производство работ.

Границу запретной зоны перемещения груза обозначить хорошо видимым стоечным ограждением с красными флажками и сигнальными лампочками, а также запрещающими знаками.

Для производства работ по бетонированию монолитного каркаса целесообразно использовать автобетононасосы марки «Штеттер» или «Путцмайстер», а также мелко-щитовую инвентарную опалубку типа - «Дока».

Доставка бетонной смеси осуществляется с бетонного узла с помощью автобетоносмесителей СБ-92.

Вопросы работы башенного крана, автобетононасоса и технологии безопасного перемещения грузов должны быть разработаны в ППР.

Разбивка здания на ярусы, захватки бетонирования и технология работ выполняются на стадии ППР.

При укладке бетонной смеси при бетонировании перекрытий допускаются перерывы в работе, при этом устраиваются рабочие швы при помощи сетчатых отсекателей. Рабочие швы предусмотреть в ППР, согласовать с проектной организацией.