.

ОПЫТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗДАНИЯ «КОНГРЕСС ХОЛЛА» В СЛОЖНЫХ ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЯХ г.УФЫ

Вагапов Руслан Фанилевич – Директор ГУП институт «БашНИИстрой», г. Уфа,
кандидат технических наук

Готман Альфред Леонидович – Заместитель директора по научной работе
ГУП институт «БашНИИстрой», г. Уфа,
главный инженер, доктор технических наук

Каранаев Марат Закирович – Заведующий отделом строительных
конструкций ГУП институт «БашНИИстрой», г. Уфа,

Семенов Александр Александрович – Декан архитектурно-строительного
факультета Уфимского государственного нефтяного технического
университета, кандидат технических наук, доцент


Здание Конгресс-Холла было возведено в г.Уфе в 2007 году, как наиболее значимый объект социально-культурного назначения в ознаменование юбилея Республики Башкортостан (450-летие добровольного вхождения Башкирии в Россию).

Архитектурное и объемно-планировочное решение сооружения, разработанное архитектором Муллагильдиным Р.У. совместно с японскими архитекторами, проектировалось как архитектурно-ландшафтный комплекс, объединяющий монумент Дружбы и памятник национальному герою Салавату Юлаеву в единую композицию на южном склоне г.Уфы (рис.1). Сооружение представляет собой протяженное (длиной свыше 200 м) здание с криволинейными формами выше «нуля» со смешанным каркасом и включает 2 комплекса: 1-й – подземный 2-этажный торгово-развлекательный с паркингом на 40 машин и 2-й – основной со зрительным залом универсального назначения на 1400 мест, выставочным и конференц-залом, рестораном, помещениями для работы общественно-национальных образований и культурных объединений республики, зимним садом, музеем национальной культуры республики и т.д. Общая площадь здания – 28 400 м2.

Площадка строительства сложена сложными геологическими напластованиями, включающими насыпные грунты, глинистые (мергели), известняки, сцементированные песчаники и ниже сульфатные отложения. Территория характеризуется повышенной карстовой и оползневой опасностью. На ней обнаружено 185 карстовых воронок, при этом карстовый процесс является активным. Кроме того, совокупность таких факторов, как крутые борта оврага и активный карстовый процесс, создает оползневую опасность как в виде покровных оползней по бортам оврага, так и «внутренних» оползней в результате карстовых просадок.

Obshhij_vid_zdaniya_Kongress-Xolla_v_Ufe

Рис. 1. Общий вид здания Конгресс-Холла в г.Уфе

Реальную оползневую опасность представляет собой также мощный слой насыпного грунта в верхней части оврага, сдвиг которого может осуществляться при благоприятных условиях (подрезка, пригрузка, подземные воды) по кровле коренных грунтов в сторону реки Белой. Кроме того, в пределах площадки строительства выявлено несколько тектонических разломов в виде трещин бортового отпора. План площадки представлен на рис.2.

Plan_ploshhadki_stroitelstva

Рис. 2. План площадки строительства

В соответствии с действующими нормами строительство зданий (тем более зданий высшей категории ответственности) на площадках с таким набором сложных грунтовых условий, характеризующихся совокупностью вышеизложенных опасных физико-геологических процессов, не предусматривается. Поэтому задача инженера-геотехника состоит в том, чтобы выполнить детальный анализ грунтовых условий, всех опасных физико-геологических процессов, оценить последствия их проявления в смысле их влияния на здание и на окружающую территорию и запроектировать такие фундаменты, которые исключали бы или свели до минимума это влияние с тем, чтобы обеспечить эксплуатационную надежность здания на весь срок его эксплуатации.

В рамках решения поставленной задачи в БашНИИстрое была разработана концепция проектирования нулевого цикла здания, основные положения которой заключаются в следующем:

— поскольку здание расположено в плане на участках с сильно отличающимися деформационными свойствами грунтами, целесообразно принять такие конструкции фундаментов, которые обеспечивали бы практическую безосадочность здания (осадки менее 1 см);
— допускается принимать разные конструкции фундаментов в пределах пятна здания с целью обеспечения минимальных осадок;
— предусмотреть конструктивную противокарстовую защиту в виде перекрестных монолитных железобетонных лент или сплошной плиты с учетом возможного карстового провала диаметром 6,3 м;
— фундаменты под наружные стены запроектировать с учетом восприятия горизонтального давления грунта;
— в пределах оврага в насыпных грунтах принять свайный фундамент с условием опирания свай на коренные прочные грунты;
— для исключения деформаций насыпных грунтов в зоне максимальной глубины оврага с южной стороны здания осуществить геотехническое закрепление массива насыпных грунтов методом высоконапорной инъекции цементным раствором;
— выполнить тампонаж трещин бортового отпора методом напорной инъекции цементным раствором;
— разработать комплексный проект водоотведения и водопонижения атмосферных и подземных вод путем создания замкнутой дренажной системы вокруг здания и за его пределами с перехватом и отведением воды в сторону реки Белой.

В рамках этой концепции были выполнены соответствующие геотехнические расчеты и разработана проектная документация на фундаменты.

В двухэтажной подземной части здания приняты кустовые свайные фундаменты с ростверком под колонну и противокарстовой монолитной перекрестной лентой в виде неразрезных железобетонных балок, объединяющих ростверки. Сваи забивные сечением 30×30 см, длиной от 3 до 18 м, причем при длине более 12 м сваи составные.

Фундамент под основную надземную часть здания принят в виде сплошной монолитной железобетонной плиты, опирающейся в зоне залегания насыпных грунтов (в овраге) на сплошное свайное поле. В западном и восточном крыльях здания, где на поверхность выходят коренные скальные грунты, плита также опирается на естественное основание без свай. На участках, где глубина залегания коренных грунтов не превышала 18 м, применены забивные сваи (при длине более 12 м – составные), а в южной средней части здания, где глубина оврага, а следовательно мощность насыпных грунтов достигает 28-30 м, применены буронабивные сваи диаметром 1200-1300 см, длиной до 32 м с заглублением в коренные грунты не менее чем на 2 м. Буронабивные сваи являются несущим элементом фундамента (воспринимают через плиту вертикальную нагрузку), а также выполняют функцию противооползневой конструкции, так как верхним концом они связаны с фундаментной плитой, а нижние концы жестко защемлены в коренном скальном грунте.

Для дополнительной стабилизации мощного насыпного слоя грунта в овраге, в том числе слоя новой насыпи толщиной до 8-10 м, было решено выполнить закрепление грунтов методом напорной инъекции цементным раствором с оставляемыми металлическими инъекторами, заглубленными в коренные грунты (фирма «Геомассив»). Такая технология закрепления обеспечивает уплотнение насыпного грунта, исключая его осадку, а также связывает насыпной массив грунта с коренным, предотвращая оползневые явления скольжения насыпного слоя по коренному. Одновременно по такой же технологии выполнен тампонаж трещин бортового отпора с тем, чтобы предотвратить проникновение в основание под зданием водных потоков и активизацию карстовых и оползневых явлений. Схема геотехнических мероприятий в части здания на насыпи представлена на рис.3.

Sxema_geotexnicheskix_meropriyatij_v_chasti_zdaniya_na_nasypi

Рис. 3. Схема геотехнических мероприятий в части здания на насыпи

Такое комплексное решение конструктивных схем фундаментов и геотехнических мероприятий позволило реализовать главную идею — обеспечить безосадочность здания в условиях высокой неоднородности грунтового основания в плане и по глубине с учетом карстовой и оползневой опасности.

Учитывая сложность инженерно-геологических условий площадки (карст, склон, насыпь, трещины бортового отпора и т.п.), а также специфичность самого сооружения (протяженность, кривизна, витражное заполнение и т.д.) была разработана концепция проектирования каркаса здания, основные положения которой следующие:

1) разработана противокарстовая защита каркаса в виде устройства:

а) цокольных монолитных стен в жестком сопряжении с фундаментами и с перекрытиями;
б) усиленного армирования жестких узлов;
в) развязки наружных колонн с монолитными стенами за счет балок развитого сечения и усиленного армирования;
г) наличия дисков жесткости в виде монолитных стен лестничных клеток, стен шахт лифтов, стен концертного и конференц-залов;

2) предусмотрено ограничение деформаций каркасного здания, исходя из условий целостности его заполнения витражами;

3) выполнен учет температурных воздействий на каркас здания, включая воздействие, как в стадии последовательного монтажа, так и в стадии эксплуатации.

В конструктивном отношении – это сооружение представляет собой монолитный железобетонный каркас.

Основное здание – с шагом внутренних колонн 9,0х9,0 м и наружных наклонных колонн переменного сечения с шагом 12,6 м. Монолитные перекрытия решены в виде системы главных и второстепенных балок, позволяющих оптимально располагать систему коммуникаций в составе перекрытия.

Наружные стены здания: по контуру со стороны реки Белой запроектировано витражное остекление в составе железобетонного каркаса из наклонных колонн переменного сечения, переменной высоты H = 16¸23 м и верхней обвязочной балки, объединяющей наклонные колонны. В ячейке железобетона располагаются металлические фермы, на которые опирается витраж. Фермы передают нагрузку от витража на колонны и служат одновременно распором для них. Конструкция витражной системы здания представлена на рис.4. Витражная система позволяет созерцать прибрежный склон реки с памятником Салавата Юлаева, находясь в зрительном зале, в котором предусмотрена автоматическая раздвижка дверей за сценой. С противоположной стороны здания – наружная монолитная стена с вентилируемым фасадом и системой наружного освещения.

Внутренние стены: концертного зала, а также малого зала – из монолитного железобетона. В концертном зале – балконы решены в виде консольных наклонных балочных перекрытий (рис.5).

Konstrukciya_vitrazhnoj_sistemy

Рис. 4. Конструкция витражной системы

Balkon_koncertnogo_zala

Рис. 5. Балкон концертного зала

В подземном здании – внутренние колонны сечением 50х50 см, наружные – монолитные стены в жестком сопряжении с фундаментом и с перекрытием 1-го этажа. Перекрытия также решены в виде системы балочных конструкций (главные и второстепенные балки). При этом учитывались нагрузки от пожарных машин весом 26 т с распределением нагрузок от 6 колес на балочные перекрытия. Рассматривались наиболее тяжелые варианты загружений, в том числе с расположением колес на главных, второстепенных балках, на плитной части перекрытий, исходя из возможно максимального расположения машин в каждом пролете перекрытия. Это загружение стало причиной усиленного армирования покрытия подземной части здания. Класс бетона каркаса по прочности на сжатие принят В25-В30.

Учитывая значительные габариты здания (200х120 м) и температурные воздействия на него в стадии возведения и последующей эксплуатации, выполнялись температурно-усадочные швы как на уровне фундаментов, так и на уровне каркасов. При этом расчетный перепад температур для фундаментов принимался равным Dt = 13°С, а для каркаса здания: Dt = 54°С – для возведения здания в теплое время и Dt = 37°С – для возведения здания в холодное время. С учетом этих температурных воздействий оценивалась прочность каркаса. Температурные воздействия на каркас с учетом их разрезки на температурные швы оценивались как в стадии последовательного монтажа, так и в стадии эксплуатации.

В связи со значительным заполнением каркаса витражной системой проводилась оценка горизонтальных перемещений каркаса (из условия обеспечения целостности заполнения) в соответствии с п. 10.13-10-18 гл. 10 и п. 9 приложения 6 СНиП 2.01.07-85 (2003 г.) [1]. Применительно к данному объекту – это обеспечение сохранности витража (со стороны реки Белой) и фасадной системы в виде оконных блоков на монолитных стенах (со стороны улицы Фрунзе).

Согласно указаниям табл. 22 СНиП 2.01.07-85 [1] горизонтальные перемещения каркасных зданий, исходя из условий целостности витража, не должны превышать 1/700 hs, где hs – расстояние между осями перекрытий, т.е. для наружных стоек переменной высоты эта величина находится в диапазоне Dпред = (16÷22 м)/700 = 2,2 – 3,14 см.

Расчетная схема наиболее высоких стоек (в зоне концертного зала) в составе каркаса здания представлена на рис.6. Если учитывать развязку колонн только в плоскости, перпендикулярной действию ветровой нагрузки (обвязочная балка по верхнему уровню), и не учитывать развязку колонн вдоль действия ветровой нагрузки, то максимальное перемещение колонны составляет 3,62 см, что превышает Dпред = 3,14 см, т.е. сохранность витража не обеспечивается (табл.1). Потребовалось введение дополнительных раскрепляющих балок (рис.7), что значительно снизило горизонтальное перемещение колонн (не более 1,5 см) вдоль действия ветровой нагрузки, а это меньше Dпред, т.е. сохранность витража обеспечивается. При определении ветровой нагрузки (принятой равной q = 70 кг/м2) исходили из условия расположения здания в прибрежной зоне, то есть перепада высот 50 м.

Deformacii_vysokix_naklonnyx_kolonn_v_sostave_karkasa

Рис. 6. Деформации высоких наклонных колонн в составе каркаса

Raspolozhenie_dopolnitelnyx_raskreplyayushhix_balok_vdol_dejstviya_vetrovoj_nagruzki

Рис. 7. Расположение дополнительных раскрепляющих балок вдоль действия ветровой нагрузки

Obshhee_peremeshhenie_verxa_kolonny_po_gorizontali

Аналогичные расчеты были выполнены применительно к торцевой монолитной стене по оси 3, так как ее перемещение важно для сохранности витражной системы. Контуром для опирания витражной системы являются колонны, фермы и обвязочная балка сверху, примыкающая к торцевой стене по оси 3 (рис.8). Обвязочная балка служит раскреплением наклонных колонн в плоскости, перпендикулярной действию ветровой нагрузки и в то же время оказывает температурные воздействия на торцевую стену по оси 3. В случае необходимости, подтвержденной расчетом, устанавливаются дополнительные раскрепляющие балки вдоль действия ветровой нагрузки. Выполненные расчеты подтвердили, что толщина монолитной железобетонной стены, равная 600 мм, обеспечивала необходимые перемещения, равные 0,94 см, не превышающее Dпред = 1,15 см для данной высоты колонн, которые обеспечивают сохранность витражной системы без введения дополнительных раскрепляющих балок (табл.2).

Raschetnaya_model_k_opredeleniyu_peremeshheniya_monolitnoj_steny

Рис. 8. Расчетная модель к определению перемещения монолитной стены по оси 3

При выборе покрытия основного блока учитывались особенности объемно-планировочных решений здания: сложная форма плана, отсутствие регулярной структуры внутренних пространств и конструктивных опорных элементов, переменная высота плоскости кровли и значительные размеры в плане.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.