Вы здесь

Монолитные железобетонные фундаментные плиты ледовых полей МКСК “Минск-Арена”

Версия для печати

На основании компьютерного моделирования методом конечных элементов проведены расчеты неразрезных охлаждающих плит ледовых полей многопрофильного культурно-спортивного комплекса “Минск-Арена” с проверкой давления в подошве фундамента, распределения упругих деформаций с учетом естественных напластований грунтов, расчет и подбор армирования конструкций фундамента с учетом расчетных постоянных, временных и монтажных нагрузок.

Технологическая схема охлаждаемых плит, которая включает устройство льда, водоподготовку, подачу хладоносителя, вентиляцию и автоматику, разработана фирмой “BARON Termodinamica” (Италия). Кроме этого дана конструктивная схема охлаждаемой плиты с жесткими требованиями к ее основанию. Монолитная железобетонная плита основания должна воспринимать значительные нагрузки без вертикальных перемещений. Поверхность плиты должна соответствовать категории А1 и иметь отклонения по вертикали не более +5 мм, без трещин.

Плита конькобежного стадиона представляет собой эллипс с главными осями 180 и 70 м и состоит из 4 частей, разделенных подпольными каналами, в которых размещаются коллекторы тепло- и холодоснабжения. Беговая дорожка шириной 16 м технологически отделена от внутренней части поля.

Плита спортивно-зрелищной арены имеет размеры в плане 60 х 30 м и состоит из 2 частей, разделенных подпольным каналом (рис. 1). На монолитной железобетонной плите основания толщиной 250 мм расположена многослойная технологическая плита толщиной 350 мм. Она состоит из подогреваемого бетонного слоя с полиэтиленовыми трубками для пропуска нагретой воды, пароизоляционного и теплоизоляционного слоев, слоя скольжения и охлаждаемого бетонного слоя, в котором находятся полиэтиленовые трубки для подачи хладоносителя.

Согласно архитектурно-конструктивному решению [1], плита основания ледовых полей представляет собой железобетонную плиту на упругом основании.

Фундаментная плита толщиной 250 мм моделировалась 3- и 4-угольными плитными конечными элементами на упругом основании. В расчете принят класс бетона конструкций С25/30 (Е = 38 ГПа). Упругое основание описывается модулем деформаций грунтов, залегающих в подошве плиты. В соответствии с результатами инженерно-геологических изысканий [2] и принятой глубиной заложения плит основанием является песчано-гравийная подушка толщиной 2 м, ниже которой располагаются грунты естественного залегания:

– для плиты основания конькобежного стадиона: песок крупный средней прочности (Pd < 8 МПа, с = 6/4 кПа, φ = 39/35°, Е = 22 МПа), песок средний средней прочности (Pd < 8 МПа, с = 6/4 кПа, φ = 39/35°, Е = 22 МПа);

– для плиты основания многофункциональной спортивно-зрелищной арены: песок мелкий прочный (с = 11/7,3 кПа, φ = 34/31°, Е = 27 МПа), песок крупный средней прочности (Pd ≤ 8 МПа, с = 3/2 кПа, φ = 38/35°, Е = 18 МПа), песок крупный средней прочности (Pd < 8 МПа, с = 6/4 кПа, φ = 39/35°, Е = 22 МПа).

В принятых расчетных схемах учитывалось утолщение плит по контуру и в местах опирания на монолитные железобетонные лотки в виде железобетонных балок, жестко связанных с плитой. Контурные балки сечением 1000 х 500 мм опираются на упругое основание, а железобетонные балки в местах опирания на лотки имеют сечение 1000 х 1050 мм и шарнирно опираются на лотки (рис. 1).

Учитывая наличие по площади плит основания грунтов с различными характеристиками, в каждом элементарном слое вычислялось средневзвешенное значение удельного веса и модуля деформаций грунта. Для этого площадь подошвы плит основания разбита на элементарные площадки исходя из влияния имеющихся скважин (рис. 2).

Расчеты основания и конструкций монолитной железобетонной плиты основания выполнены с применением сертифицированных расчетных комплексов SCAD-Office (Киев, Украина), MicroFE-STARK (Еврософт, Москва), БETA (ПГУ, Беларусь) с учетом их совместной работы на основе принятой конструктивной схемы и данных инженерно-геологических изысканий [2]. Они включали в себя:

– расчет основания с проверкой давления в подошве фундамента, его крена и конечной стабилизированной осадки;

– статический расчет и подбор армирования конструкций монолитной железобетонной плиты основания с учетом расчетных постоянных и временных нагрузок.

При расчете плит основания ледового поля конькобежного стадиона и многофункциональной спортивно-зрелищной арены учтены следующие расчетные постоянные, временные и монтажные нагрузки:

– постоянная нагрузка от собственного веса элементов сооружения (вычислялась автоматически, исходя из заданных при расчете размеров сечения и объемного веса железобетона);

– постоянная нагрузка от технологического оборудования (технологическая плита с трубами гликольной воды охлаждения катка, утеплитель, слой с трубами гликольной противоморозной воды) – расчетное значение 841 кг/м2;

– постоянная нагрузка от веса лотков – расчетное значение 2889 кг/м2;

– временная нагрузка от скопления людей – расчетное значение 750 кг/м2;

– временная сосредоточенная нагрузка от монтажного крана (нагрузка А11 по [6] на колесо) – расчетное значение 8250 кг;

– временная распределенная нагрузка от поливочной машины (вес 4000 кг по площади (0,6+2(0,35)2 = 1,7 м2 с учетом вышерасположенной конструкции пола толщиной 350 мм) – расчетное значение 3600 кг/м2.

В расчете все нагрузки приняты с учетом соответствующих коэффициентов безопасности γG (Приложение А [4]).

Расчет давления в подошве плит основания производился на действие комбинаций нормативных постоянных и временных нагрузок. Результаты расчета вертикального давления в подошве плит основания при самых невыгодных комбинациях загружений приведены на рис. 3, 4.

Максимальное давление в подошве плит основания составляет: ρo = 0,33 кг/см2 (для плиты основания конькобежного стадиона) и ρo = 0,25 кг/см2 (для плиты основания многофункциональной спортивно-зрелищной арены), что меньше минимально возможного для насыпного грунта R = 1 кг/см2. Условие ρo ≤ R выполняется.

Максимальное значение вертикальных деформаций плит основания в месте сосредоточенной нагрузки от колес монтажного крана (рис. 5) в зависимости от его месторасположения – от 0,26 до 1,54 см (для плиты основания конькобежного стадиона) и от 0,29 до 1,65 см (для плиты основания многофункциональной спортивно-зрелищной арены), что меньше значений, допускаемых нормами [3].

Расчет внутренних усилий элементов расчетных схем производился на действие комбинаций расчетных постоянных и временных нагрузок. Коэффициенты безопасности для нагрузок принимались в соответствии с СНБ 5.03.01–02 [4]: для постоянных нагрузок – ,
временных – . Для пластинчатых конечных элементов плит на упругом основании вычислялись изгибающие моменты вдоль осей Х и Y при различных комбинациях загружений. На рис. 6, 7 приведено распределение изгибающих моментов из плоскости во взаимно перпендикулярных направлениях на 1 пог. м днища фундамента при действии наиболее невыгодной комбинации расчетных нагрузок.

Для стержневых конечных элементов контурных балок и балок в местах опирания на монолитные железобетонные лотки приводятся результаты вычисления изгибающих моментов.

Расчет сечений по прочности нормальных к продольной оси элементов железобетонного фундамента производился на основе деформационной расчетной модели с использованием расчетных диаграмм деформирования материалов в соответствии с [4] при линейно-упругих расчетах конструкций и нелинейных расчетах сечений из условия метода предельных состояний

, (1)

где Sd – внутреннее усилие из линейно-упругого расчета, вызванное расчетной комбинацией нагрузок в рассматриваемом сечении элемента; Rd – предельное усилие, которое способна воспринять конструкция, определяемое в общем случае параметрами рассматриваемого сечения элемента при нелинейном расчете:

. (2)

Расчет по раскрытию трещин производился из условия

, (3)

где wk – расчетная ширина раскрытия трещин; wlim – предельно допустимая ширина раскрытия трещин; – деформация растянутой арматуры в сечении с трещиной, определяемая в общем случае из решения расчетной системы уравнений деформационной модели; – диаметр арматуры (в мм); – эффективный коэффициент армирования; , , – коэффициенты, определяемые по [4].

По данным результатов расчета внутренних усилий с помощью программы БЕТА, в которой реализован нелинейный расчет сечений нормальных к продольной оси, на основе деформационной расчетной модели произведен подбор рабочей арматуры класса S500 из условий прочности и трещиностойкости для наиболее характерных сечений элементов при действии продольных сил и изгибающих моментов в обоих направлениях. Причем в расчете элементов в запас прочности учитывалось только отрицательное влияние продольной силы на прочность и трещиностойкость сечения. Расчет производился для сечений железобетонных элементов шириной 1 м и толщиной в соответствии с принятыми конструктивными размерами. В процессе расчета толщина отдельных железобетонных элементов фундамента корректировалась исходя из требований прочности и трещиностойкости. После корректировки сечений производился пересчет внутренних усилий в элементах и повторный расчет сечений. На рис. 8 приведено распределение относительных деформаций и напряжений по высоте сечения, нормального к продольной оси одного из элементов днища монолитного железобетонного фундамента после подбора армирования при действующих внутренних усилиях.

Литература

1. Строительный проект 2.06–02-КР16 РУП “Институт Белгоспроект”.

2. Инженерно-геологические изыскания объекта № 1233/06–02 УП “Геосервис”.

3. СНБ 5.01.01–99. Основания и фундаменты зданий и сооружений / Министерство архитектуры и строительства. – Минск, 1999. – 36 с.

4. СНБ 5.03.01–02. Бетонные и железобетонные конструкции (с изменениями) / Министерство архитектуры и строительства. – Минск, 2003. – 139 с.

5. СНиП 2.01.07–85. Нагрузки и воздействия. – 1986. – 36 с.

6. СНиП 2.05.03–84. Мосты и трубы. – 1986. – 199 с.

7. Научно-технический отчет “Разработка решений по устройству неразрезной охлаждающей плиты ледового поля из бетона на напрягающих цементах на объекте “Многопрофильный культурно-спортивный комплекс “Минск-Арена” в г. Минске” / УО БНТУ, МОЦ. – Минск, 2007.


comments powered by HyperComments
Читайте также
02.09.2003 / просмотров: 14 938
Кажется, что синусоида развития архитектуры, пройдя свою нижнюю точку, медленно начала подниматься вверх. По крайней мере разговоры про кризис в...
02.09.2003 / просмотров: 16 446
Система подготовки архитектурных кадров – это сложный и долговременный процесс и, конечно же, здесь нельзя говорить только о  годах...
26.10.2003 / просмотров: 5 229
2–3 октября город над Сожем принимал у себя гостей — участников Пятого национального фестиваля архитектуры “Гомель-2003”. В...