Проект многофункционального комплекса «Grand Tower» в комплексе Москва-Сити разработан международной проектной организацией «Вернер Зобек» в 2017 году.
Так как здание обладает классом К-3 (прил. А [21]), то для проекта были разработаны специальные технические условия, проводились экспертизы рабочей документации и велось научно-техническое сопровождение центральным научно-исследовательским институтом строительных конструкций имени В.А. Кучеренко АО «НИЦ
«Строительство») (ЦНИИСК). В выпускной квалификационной работе мной рассмотрены уникальные связевые элементы, спроектированные специально для данного проекта.
Планировка этажей здания изменяется на участке между стилобатом (1 – 13 этажи) и башней (с 14 этажа по крышу включительно). Расположение колонн башен (с 14 этажа по крышу включительно) запроектированы согласно конфигурации фасада башни, расположение колонн стилобатной части в плане привязано к сетке колонн существующих конструкций подземной части (этажи с -6 по -1). Для обеспечения надёжного
перераспределения нагрузки особое внимание уделено зоне перехода колонн верхней проектируемой части объекта к сетке колонн существующей
подземной части здания (трансфер этажи). На рисунке, приведённом ниже, показано расположение колонн одной из башен (14 этаж) с направлениями смещения каждой из них (помечено красным).
Взам. инв. №Инв. № дубл.Подп. и дата
Рис. 2.1 Планировка этажей башни 1 - 14 этаж, направления смещения каждой колонны (отмечено красным цветом)
Рис. 2.2 Планировка этажей стилобата под башней 1 – 6 этаж, направления смещения каждой колонны (отмечено красным цветом)
Сетка колонн стилобатной части показана на рисунке выше.
Подп. и датаВзам. инв. №Инв. № дубл.Подп. и дата
Наклонные колонны и переходные стены используются по высоте нескольких этажей в зоне трансферных этажей для передачи нагрузок на колонны и стены стилобатной части. На рисунке, приведенном ниже, показана типовая ситуация смещения колонн (колонны С 101 и С 102).
Трансфер происходит между этажами 6 и 14.
Взам. инв. №Инв. № дубл.Подп. и дата
Подп. и датаВзам. инв. №Инв. № дубл.Подп. и дата
Рис. 2.4 Переходные (наклонные) колонны (сверху вниз, начиная с уровня L14)
Горизонтальные распорные усилия возникают в тех местах, в которых происходит изменение наклона колонны, т. е. в перекрытиях уровней 14 и 6 этажей (см. рисунок ниже).
Рис. 2.5 Наклонная колонна: показаны усилия, как результат изменения
Взам. инв. №Инв. № дубл.Подп. и дата
Рис. 2.7 Связевой элемент колонн С101/С102 в уровне 6 этажа
Подп. и датаВзам. инв. №Инв. № дубл.Подп. и дата
Таблица 2.1 Ведомость элементов связевой конструкции колонн С101/102 в уровне 6 этажа
Элемент С101/102
Назначение Класс стали
Размер сечения
[мм]
Вес элемента
[t]
Кол- во
Общий вес [t]
Верхняя часть колонны
Круг
прокатный C390 Ø 70
t=70 0.002 64 0.135
Муфта C390 Ø 32 - 64 -
Зубчатые рейки
C390
l=1000 h=12 b=12
0.001 13 0.013
Элементы распределения
нагрузки на нижнюю
часть
Стальная
пластина St1 C390 t=80 2.383 1 2.383 ребро
жесткости S1 C390
l=472 h=1300
t=80
0.385 8 3.08
ребро
жесткости S2 C390
l=790 h=300
t=100
0.186 4 0.744
ребро
жесткости S3 C390
l=670 h=1300
t=100
0.684 4 2.736
ребро
жесткости S4 C390
l=1780 h=1000
t=100
1.397 1 1.397
ребро
жесткости S5 C390
l=840 h=1000
t=100
0.659 2 1.318
Стальная
пластина St2 C390 Ø 70
t=70 1.635 1 1.635
Муфта C390 Ø 32 - 168 -
Итого: 13.441
Связевой элемент выполнен из 2-х металлических плит толщиной 100 мм, соединенных между собой ребрами толщиной 100 и 80 мм. Для
устройства конструкций металлических принята сталь класса С390 по ГОСТ 27772. Ребра присоединены к пластинам и между собой с помощью сварки.
Взам. инв. №Инв. № дубл.Подп. и дата
Для швов, расположенных горизонтально (сварка трансферных элементов к пластине St1 и закладным деталям в ж/б стенах, сварка ребер к пластинам St1 и St2, сварка надколонника к пластине St1, сварка монтажных частей
трансферных элементов (ламелей) по длине) и для швов, расположенных вертикально (вертикальные швы ребер) принят 1 тип сварки.
В рабочей документации указано:
В заводских условиях для сварки элементов применять
полуавтоматическую сварку в среде углекислого газа по ГОСТ 8050-85 или под флюсом по ГОСТ 8713-79 проволокой Св-08Г2С. Тип швов принимать по ГОСТ 5264-80. Для ручной дуговой сварки применять электроды типа Э50А по ГОСТ 9467-75. Швы выполнять в соответствии с ГОСТ 14098-2014 и ГОСТ 5264-80, если не указано иное. При устройстве сварного соединения арматурных стержней, требования ГОСТ 14098-2014 принимать для стержня меньшего диаметра. Сварные соединения производить согласно схемам сварных соединений, приведенных на рис. 2.8.
Подп. и датаВзам. инв. №Инв. № дубл.Подп. и дата
Рис. 2.8 Схемы сварных соединений
При изготовлении сварных конструкций необходимо исключить возможность слоистого разрушения стальных элементов. В соответствии с тем, что стальные конструкции относятся к группе 1 (класс здания КС-3), для всех конструкций нормируемое значение фактора риска составляет ψzh=35.
В существующем проекте не учтено, что в нормативной документации Российской Федерации схема сварного соединения Т8 не может
использоваться для элементов толщиной более 80 мм. В связи с этим фактором на данный тип сварного соединения должны разрабатываться специальные технические условия, которых нет в рабочей документации.
Также связевой элемент был рассчитан как один цельный элемент, в котором
Взам. инв. №Инв. № дубл.Подп. и дата
не учитывались возникающие в рёбрах напряжения, что привело к
перерасходу материала и неправильным решениям сварных соединений.
При использовании схемы сварного соединения Т8 – тавровое с двумя симметричными скосами одной кромки, каждый из которых имеет ширину 40 мм, возникают следующие проблемы:
- при производстве сварного соединения необходимо выполнить около 300 проходок, что может привести к структурным изменениям металла в зоне сварного соединения, возникновении горячих и холодных трещин,
возникновении концентраторов напряжений.
Сварное соединение выполняется каскадным методом, при котором каждый слой сварки укладывается на не успевший остыть металл
предыдущего слоя. Для контроля сварных соединений при производстве работ используется ультразвуковой контроль. К сожалению, данный метод контроля не может выявить холодные трещины, которые возникают в сварном соединении в течение 2-х суток и более. Также при большом количестве проходок данный метод контроля не позволяет определить особенность дефекта из-за большого количества проходок.
Подп. и датаВзам. инв. №Инв. № дубл.Подп. и дата
Рис. 2.9 Схемы сварного соединения Т8
При применении сварного соединения Т8 вся вертикальная нагрузка на колонну будет восприниматься сварным соединением, что при изменении структуры металла в зоне сварки (из-за большого количества проходок при высоких температурах) может привести к снижению прочности связевого элемента и узла колонн в целом. Поэтому при изготовлении связевых элементов в г. Челябинске представителям ЦНИИСК было предложено внести изменения в рабочую документацию. Данное предложение
основывалось на работах Н.О. Окерблома [24] и поддерживалось кафедрой
«Оборудование и технология сварочного производства» Южно-Уральского государственного университета.
Взам. инв. №Инв. № дубл.Подп. и дата
Рис. 2.10 Схемы сварного соединения Т9
Вместо сварного соединения Т8 была выбрана схема сварного соединения Т9. При сварке по данной схеме требуется в 2 раза меньше проходок, что уменьшает вероятность возникновения дефектов, а также вертикальная нагрузка от колонны воспринимается не только сварным
соединением, но и передается через фрезерованный торец на нижнюю плиту связевого элемента.
При использовании данного типа соединения напряжения в сварных швах составляют:
Подп. и датаВзам. инв. №Инв. № дубл.Подп. и дата
𝑁
[2(ℎ + 0,15𝑡)𝑙𝑤] = 112,3 ∗ 106
[2 ∗ (33,5 + 0,15 ∗ 100) ∗ 5770] = 200 МПа, где N = 112,3 МН – вертикальная нагрузка на колонны С101/102 в уровне 6 этажа;
𝑙𝑤 = 𝑆4+ 2𝑆5+ 4𝑆3 − 300 − 7 ∗ 10 = 5770 мм- длина сварного шва.
В выпускной квалификационной работе мной был исследован связевой элемент на возможность изменения конструктивных решений с целью
исправления вышеуказанных недостатков исходного проекта и оптимизации изготовления связевых элементов.