Крупнопанельные жилые здания на монолитном каркасном стилобате

Местоположение: Челябинск, Россия
Автор расчетной модели: Илья Дербенцев, ГОУ ВПО ЮУрГУ, БЕТОТЕК-Проект, г. Челябинск

Описание

Рассматриваемый жилой дом является уникальным с конструктивной точки зрения жилым зданием в г. Челябинске. Рынок жилой недвижимости в Челябинской области перенасыщен жильем эконом-класса, представленным крупнопанельными зданиями 10ти…18ти этажей, за счет чего стоимость квадратного метра одна из самых низких в РФ.

Особняком стоит жилье комфорт-класса которое в основном выполняется в каркасном железобетоне с кирпичными ограждающими конструкциями. Указанные здания существенно дороже панельных, но, тем не менее, находят своего покупателя. В связи с этим рынок в настоящее время склонен к дополнительной сегментации, и застройщики пытаются решить проблему поиском промежуточных вариантов. Покупателям надоели однообразные «панельки» (90% изготавливаются по одной серии, хотя палитра планировок довольно широка), им нужно комфортное жилье по доступным ценам. В связи с этим, с учетом высокого уровня конкуренции, застройщики пытаются удешевить строительство путем перехода к индивидуальным решениям.

Одним из решений является строительство зданий с комбинированными системами: нижние этажи (подвал и первый) выполняются каркасными, остальные – из крупных панелей. При этом, использование классических перекрестных стеновых систем с узким шагом стен снижает возможности организации внутреннего пространства, по сравнению с каркасными домами. Исходя из подобных соображений, в представленном здании для жилых этажей принята продольно-стеновая конструктивная схема, в которой, во избежание повышенной загруженности простенков и горизонтальных швов панелей нижних этажей применены многопустотные предварительно напряженные плиты безопалубочного формования.

Фасад здания выполнен в одной плоскости со спрятанными за панелями теплыми лоджиями. Идивидуальная рустовка панелей и гармоничное цветовое решение подчеркивает архитектурную выразительность объекта.

Как показывает практика проектирования и строительства крупнопанельных зданий в конструкциях ООО «БЕТОТЕК» - они обладают повышенными теплоизоляционными характеристиками (в том числе – по сравнению с каркасными зданиями), наружный слой трехслойных панелей может быть выполнен из декоративного бетона с любой текстурой и расцветкой.

С учетом вышесказанного, предполагается, что здания такого типа будут ничем не уступать, а по многим параметрам и превосходить каркасные дома. Ввод в эксплуатацию здания планируется осенью 2019 года.

Конструктивные особенности

Жилое здание, размером в плане в осях 53,48 м х 15,60 м, с высотой типовых этажей 3,15 м. Высота первого этажа – 4,65 м. Высота подвального этажа – 3,53 м.

Этажность – 16, количество этажей – 17.

Подвал и первый этаж – каркасные из монолитного железобетона.

Конструктивная система крупнопанельной части здания – продольно стеновая.

Стены наружные - сборные железобетонные трехслойные несущие: несущий слой из бетона класса В22,5 толщиной от 120мм до 180мм, утеплитель – 150мм, наружный слой из бетона класса В22,5 – 80мм с гибкими связями из нержавеющей стали.

Стены внутренние - сборные железобетонные однослойные из бетона класса В22,5 толщиной от 200мм до 180мм.

Плиты перекрытия – сборные железобетонные предварительно напряженные пустотные плиты безопалубочного формования б=220мм, бетон В30, в коридоре и лифтовом холле - массивные б=220мм.

Монолитные конструкции подвала — 1 этажа — колонны, диафрагмы и перекрытия из бетона класса В25. Колонны сечением от 400х400мм до 600х400мм, плита перекрытия над подвалом 250мм, над первым этажом – 400мм.

Фундаменты - Свайные – сваи забивные сборные железобетонные сечением 300х300мм.

Описание расчетных схем

Общие характеристики здания, материалы и их свойства, размеры элементов, нагрузки заданы в программном комплексе «Лира-САПР».

Стилобатная часть моделировалась проектным подразделением заказчика, панельная – специалистами Бетотек-проект. Обе части сшивались между собой, выполнялся расчет. Анализ результатов проводился раздельно.

Расчетная модель состоит из пластинчатых конечных элементов – для моделирования несущих стен, плит перекрытия и покрытия, стержневых конечных элементов – моделирование колонн, балок, штанг плит перекрытия (лоджии, промежуточная площадка), а также специальных конечных элементов – для моделирования горизонтальных и вертикальных стыков.

Жесткости стержневых и пластинчатых конечных элементов соответствуют характеристикам конструктивных элементов.

Жесткостные характеристики элементов стыков назначались с учетом результатов натурных испытаний вертикальных и горизонтальных фрагментов стыков, а также результатов наблюдений за деформациями стыков и стеновых панелей в процессе строительства.

Сборное перекрытие моделировалось двумя способами – расшивкой узлов (для учета эффекта «клавишности») и ортотропными оболочками (для корректной передачи нагрузок на стеновые панели).

Особенностью модели является передача усилий с вышележащих стеновых панелей (обладающих, как балок-стенок, большой жесткостью на изгиб) на гораздо более податливую на изгиб плиту перекрытия над каркасной частью здания. Это привело к невозможности решения линейной задачи для адекватной оценки перераспределения усилий, поскольку при линейном расчете плита начинает подвисать на более жесткой панели, что, конечно, не верно. Были выполнены серия дополнительных нелинейных расчетов, в которых использовался специальный конечный элемент «стык» с нелинейными свойствами, 255КЭ, использовалась система МОНТАЖ. Также рассчитывались схемы с учетом «Инженерной нелинейности».

После выполнения конечноэлементного расчета были определены усилия во всех горизонтальных и вертикальных стыках, в простенках стеновых панелях, монолитных элементах и сваях. Для оценки усилий в пластинках использовалась функция определения усилий по расчетному уровню, позволяющая быстро получить огибающую линейно распределенных нагрузок по стенам.

Указанные усилия позволили в дальнейшем проверить стеновые панели на прочность как внецентренно сжатых элементов, на огнестойкость, а также выполнить расчеты стыков.

Анализ расчетов дал понимание о работе конструкций, в результате чего были приняты решения об установке дополнительных закладных деталей в местах, требующих усиления, были определены шаг и число шпонок в вертикальных стыках, уточнилась толщина стен.

По результатам расчетов все конструкции здания и стыки их сопряжения удовлетворяют требованиям по несущей способности, жесткости и трещиностойкости.