Проектирование и строительство многоуровневой автостоянки в комплексе с автовокзалом «Центральный» в г. Минске

Проект уникального здания автовокзала в г. Минске был разработан проектным институтом «Моноракурс» при науч­ном сопровождении БНТУ. После тщательного обследования, уточнения надежности и долговечности несущих элементов объекта, выполнен комплекс экспериментальных исследований при натяжении напрягаемой арматуры на бетон и объект введен в эксплуатацию.

The project of a unique building of road service station in Minsk has been developed by project institute «Monorakurs» at sci­entific support BNTU. After careful inspection, specification of reliability and working life of supporters of object, the complex of experimental researches is executed at a tension of a posttensioned reinforcement and the object is placed in operation.

Введение

Старое здание Центрального вокзала в г. Минске было по­строено около 50 лет назад. Он был первым автовокзалом г. Минска, осуществляющим регулярные маршруты не только в города Беларуси, но и в города ближнего зарубежья. Еже­дневно услугами вокзала пользовались до 5 тыс. пассажиров

На месте старого автовокзала построен современный вок­зальный комплекс.

Основная часть

Новый вокзальный комплекс включает три функциональ­ных объекта:

— пятиуровневую автостоянку со стороны железнодо­рожного вокзала;

— четырехуровневый торговый центр с кафе и рестора­нами;

—  двухуровневое здание самого автовокзала.

На рис.1 показан общий вид нового вокзального комплек­са в стадии строительства, на рис.2 - после завершения стро­ительства.

Рис.1. Общий вид вокзала в стадии строительства

Рис.2. Общий вид завершенного строительством здания авто­вокзала «Центральный».

Конструктивное решение комплекса, выполненное в мо­нолитных железобетонных несущих конструкциях, является уникальным.

В монолитной конструкции предусмотрен большой шаг колонн, необходимый для разворота автобусов, а над плат­формой для посадки нависает часть здания торгового центра. Несущие конструкции монолитных железобетонных пере­крытий выполнены с предварительно напряжением в постро­ечных условиях. Данная технология при возведении монолит­ных железобетонных перекрытий применена в Республике Беларусь впервые

Проектирование несущих железобетонных конструкций осуществлялось в соответствии с требованиями СНБ 5.03.01- 02.[1].

Класс ответственности здания по СНиП 2.01.07 -85[2] - второй.

Строительство объекта осуществлялось генподрядчиком ПСПО «Минскпромстрой».

Проведение специальных экспериментальных исследова­ний обусловлено необходимостью проверки монолитного же­лезобетонного перекрытия с предварительно напряжением в построечных условиях, выполняемого в Республике Беларусь впервые.

В настоящей работе принята следующая последователь­ность исследований конструкций:

—  Визуальное ознакомление с объектом;

—  Изучение и анализ рабочих чертежей монолитного же­лезобетонного перекрытия с натяжением арматуры в постро­ечных условиях;

— Рассмотрение элементов системы предварительного натяжения арматурных канатов на бетон без сцепления;

—  Анализ процедуры исполнения работ.

Применение технологии предварительного напряжения с

натяжением на бетон в построечных условиях является одним из наиболее перспективных направлений развития монолит­ного железобетона в современном строительстве.

Эта технология позволяет возводить большие пролеты зданий с минимальным количеством колонн и наименьшей толщиной перекрытия.

Преднапряженные канаты, состоящие из высокопрочных прядей, помещенных в оболочку. Покрытие пряди оболочкой производится методом экструдирования продукта из полиэ­тилена высокой прочности (ПЭВП) со смазкой, размещаются или закрепляются в опалубке, а затем, после процесса бето­нирования и набора бетоном достаточной передаточной проч­ности производится их последующее натяжение на бетон при помощи гидравлического домкрата.

Передача усилий преднапряжения на бетон осуществля­ются при помощи устанавливаемых на концы напрягаемых прядей анкерных устройств. Канаты преднапряжения без сце­пления обычно предварительно изготовлены, нарезаются по длине и снабжаются анкерами и затем крепятся на их опорах. Герметичные соединения с каждым анкером выполняются простым и эффективным способом с использованием спец­ифических деталей.

При натяжении каната с учетом его криволинейности раскладки по длине пролета в соответствии с формой эпю­ры изгибающих моментов, возникают направленные вверх усилия, разгружающие пролет перекрытия своим противодействием вертикальным нагрузкам. Вертикальные нагрузки компенсируются посредством этого эффекта, прогиб пролета и внутренние растягивающие усилия уменьшаются. На зонах опирания перекрытия при натяжении каната возникают на­правленные вниз усилия, противодействующие поперечным усилиям среза при продавливании вокруг колонн.

Конструктивное решение предварительно напряженных перекрытий с плитами, опертыми по контуру, разработано проектным институтом «Моноракурс».

Намеченный к исследованиям участок перекрытия распо­ложен над вторым этажом и имеет в плане трапециевидную форму (рис.3)

Рис.3 Фрагмент монолитного железобетонного перекрытия с постнапряженными монолитными балками.

Конструктивная схема перекрытия включает плиты, ра­ботающие на изгиб в двух направлениях, и поддерживающие их балки шириной 3.0 м. Все элементы перекрытия взаимно связаны. Размеры сторон плиты достигают 9-11 м., а толщина плиты принята равной 300 мм. Балки назначены одинаковой высоты 500 мм и расположены по осям колонн в двух направ­лениях. Монолитное перекрытие выполнено из тяжелого бе­тона класса С 25/30 (В 30).

Плиты, опертые по контуру, армированы рабочей армату­рой в обоих направлениях. Рабочая арматура в пролетах и над опорами принята из стали класса S400 по СТБ 1704-2006 [3].

Неразрезные балки в поперечном направлении - пред­варительно напряженные с применением системы предвари­тельного натяжения арматурных канатов на бетон без сцепле­ния «FREYSSINET». Каждый канат типа 7С15 состоит из 7 (семи) прядей..

Неразрезные балки в продольном направлении выпол­нены с обычным армированием из арматуры класса S400 по СТБ 1704-2006.

Технологические особенности бетонирования перекрытия.

Строящийся объект - уникален.

Примененная опалубка - качественно новая ступень уни­версальности и безопасности строительных лесов.

Монолитный бетон позволяет создавать перекрытия лю­бой формы в плане. Опалубка позволила осуществить проект с эффективными конструкциями в кратчайший срок и с ми­нимальными затратами (рис. 4)

Рис.4. Вид установленной опалубка на исследуемом участке перекрытия.

Рис. 5. Общий вид армирования перекрытия ненапрягаемой арматурой и установленных каналообразователей.

Для преднапряжения монолитного перекрытия авто­вокзала «Центральный» в г. Минске в качестве напрягаемой арматуры приняты канаты 7С15. Каждый канат состоит из 7 (семи) прядей.

Каждая прядь состоит из 7 (семи) высокопрочных прово­лок, свитых спиралеобразно. Покрытие пряди оболочкой про­изводится методом экструдирования продукта из Полиэтиле­на высокой прочности (ПЭВП).

Характеристики пряди приведены в таблице

После раскладки обычного армирования перекрытия производилась установка каналообразователей. Каналообра- зователи формировались при помощи оболочек из гофриро­ванного металлического листа, соединенных между собой навинчиваемыми муфтами большего диаметра. Гибкие обо­лочки поддерживались в их положении при помощи стоек, размещенных через 80-100 см.

После выполнения всех соединений каналообразователя, оболочки и трубы надежно закреплялись на их стойках. Сами стойки были закреплены к арматуре конструкции (рис. 5).

Операции по инъецированию канатов были подготовле­ны заранее. Штуцеры были размещены в верхней точке в со­ответствии с рабочими чертежами.

Были выполнены требования по обеспечению герметич­ности каналообразователей на каждом соединении «оболоч­ка-муфта».

Положение оболочек по отношению к их расчетному по­ложению оставалось в пределах определенных допусков (Ось оболочки не должна была отклоняться более чем на 10 мм/м по отношению к расчетной оси трассы).

Все закладные детали были надлежащим образом закре­плены (Допуск по положению каналообразователя в этой зоне равен 10 мм. Максимальный разрешенный угол между осями закладной детали и каналообразователя равен 1о).

После бетонирования перекрытия через каналообразова- тель протягивался специальный шаблон.

При производстве работ по натяжению канатной армату­ры выполнялась монтажная схема канатов. Канаты были про­нумерованы.

Рассчитывались значения конечных удлинений, взятых между опорными поверхностями пассивного и активного ан­керов. Все рассчитанные удлинения были отмечены на карте натяжения.

Например, при натяжении каната 0 15.7 с усилием 156800Н его относительное удлинение приведено в таблице

Наименование каната

Площадь поперечного сечения кана­та (мм2)

Модуль деформации каната
(Н/мм2)

Усиление натяжения (Н)

Относительное удлинение (%)

15.7

150

195000

156800,00

05361

При натяжении канатов заполнялись акты на скрытые работы. Приемка производилась в соответствии с рабочим проектом. Освидетельствование скрытых работ и составле­ние акта производится непосредственно перед производством работ по бетонированию.

Проталкивание горизонтальных канатов со специальным наконечником производилось вручную. Когда прядь выходи­ла за опорную поверхность закладной детали с пассивной сто­роны приблизительно на 250 мм, протягивание прекращалось. Наконечник для протягивания снимался. Отрезок индивиду­альной оболочки ПЭВП надевался на оголенную часть пряди.

При индивидуальное натяжение прядей в оболочке со смазкой строго соблюдалась определенная нумерация и по­следовательность натяжения, для того чтобы не допустить перепутывания прядей в ходе установки домкрата.

Натяжение канатной арматуры производилось с помощью гидродомкрата. При этом арматура свободно проходила через анкер и опрессовочное устройство. В магистрали натяжения домкрата создавалось давление соответствующее проектному усилию.

Усилие в канате при натяжении контролировалось мано­метром, т.е. давлением в гидросистеме насоса и гидродомкра­та. После достижения нужных величин давление в системе опускалось, и гидродомкрат снимался с канатной арматуры. При выполнении всех операций по натяжению арматуры строго соблюдались разработанные правила техники безопас­ности. К обслуживанию гидравлического оборудования до­пускались рабочие, хорошо ознакомленные с их устройством, правилами эксплуатации, требованиями техники безопасно­сти, предъявленными к гидросистемам высокого давления. Инъецирование каната цементным раствором производилось непрерывно. Объем цементного раствора в емкости был до­статочен для того, чтобы заполнить один каналообразователь.

Процедуры исполнения работ по приготовлению и инъ­ецированию цементным раствором каналообразователей для автовокзала «Центральный» принципиально не отличалась от традиционной процедуры в мостостроении, принятой в Беларуси.

Как при проведении работ по предварительному напряже­нию перекрытий, так и после снятия опалубки проводились теоретические и экспериментальные исследования напря­женно-деформированного состояния созданных перекрытий. Рассматриваемый участок перекрытия был рассчитан на воз­действия предварительного напряжения и собственного веса перекрытия по методу конечных элементов.

В рамках настоящего исследования были изучены особен­ности пространственной работы перекрытий и каркаса здания с применением программного комплекса МКЭ SOFiSTiK.

Комплекс ориентирован на расчет сложных сооружений и обладает сертификатом соответствия требованиям как ев­ропейских, так и отечественных норм проектирования. На­пример, на рис.6 представлены результаты расчета в стадии обжатия при действии предварительного напряжения.

Рис.6. Результаты расчета в стадии обжатия при действии предварительного напряжения.

Программа натурных исследований включала: контроль­ные измерения и инструментальные съемки при проведении подготовительных работ, предварительного напряжения в по­строечных условиях и испытаний после завершении работ на рассматриваемом участке [4].

Плиты, опертые по контуру, рассчитывались также кине­матическим способом метода предельного равновесия. Плиту в предельном равновесии рассматривали как систему плоских звеньев, соединенных друг с другом по линиям излома пла­стическими шарнирами, возникающими в пролете приблизи­тельно по биссектрисам углов и на опорах вдоль балок. Выбор рабочей схемы испытываемой конструкции принят в соот­ветствии со схемой, которая была принята при расчете этой конструкции в процессе составления проекта.

Натурные испытания проведены в два этапа:

1 этап - в стадии натяжения напрягаемой арматуры при наборе бетоном перекрытия проектной передаточной прочно­сти. Железобетонное перекрытие установлено на опалубоч­ные леса и нагружено нагрузкой от собственного веса выше­лежащего перекрытия.

2 этап — в стадии обжатия с учетом нагрузки от соб­ственного веса перекрытия.

Для регистрации деформации плит под нагрузкой ис­пользовался комплект высокоточных цифровых приборов, которые обычно используются при проведении топогеодези- ческих работ. Деформации бетона определялись высокоточ­ными деформометрами, подключенными к персональному компьютеру, и мессурами МИГ1 с ценой деления 0.001мм.

Сопоставление опытных и теоретических значений вер­тикальных перемещений в характерных точках перекрытия (К=0,93-1,0) показывает на хорошую точность пространствен­ного расчета железобетонных перекрытий без трещин в упру­гой стадии.

Заключение

Проведенные проектные, теоретические и натурные экс­периментальные исследования на уникальном объекте ав­товокзала в Минске показали эффективность применения технологии предварительного напряжения с натяжением ар­матуры на бетон в построечных условиях, которая является одним из наиболее перспективных направлений при создании больших пролетов перекрытий из монолитного железобетона.

Процедуры исполнения работ по индивидуальному натя­жению канатной арматуры и инъецированию цементным рас­твором каналообразователей для автовокзала «Центральный» принципиально не отличались от традиционных процедур, принятых в мостостроении Беларуси.

Литература

1.   СНБ 5.03.01-02. Бетонные и железобетонные конструк­ции/ Строительные нормы Республики Беларусь - Минск: Минстройархитектуры, 2003.

2.   СНиП 2.01.07-85 Строительные нормы и правила Нагруз­ки и воздействия/Госстрой СССР.— М.:ГПЦПП., 1996.— 44с.

3.   СТБ 1704-2006 Арматура ненапрягаемая для железобе­тонных конструкций. Технические условия—Минск. РУП «Стройтехнорм» 2007— 18c.

4.   СНБ 1.04.01-04. Здания и сооружения. Основные требо­вания к техническому состоянию и обслуживанию стро­ительных конструкций и инженерных систем, оценке их пригодности к эксплуатации.— Мн.МАиС РБ, 2004.-20с.

Поступила в редакцию 17.12.2012 г.