Техническое обследование и расчетные исследования фактического состояния железобетонных конструкций… Башни «Эволюция» ММДЦ «Москва-Сити» и выдача заключения по их несущей способности

Основные результаты и выводы.

В соответствии с техническим заданием [44] договора №  2015-СП-47 «Техническое обследование и расчетные исследования фактического состояния железобетонных конструкций Многофункционального комплекса с подземной автостоянкой по адресу: г. Москва, Пресненская наб., д.4, стр.2 и выдача заключения по их несущей способности. Этап 2. Расчетные исследования фактического состояния железобетонных конструкций с учетом результатов технического обследования и выдача заключения по их несущей способности» в ходе НИР, выполненной в ЗАО НИЦ СтаДиО, решены следующие основные задачи, получены значимые результаты и выработаны рекомендации:

1. Выполнен анализ и обобщены данные научно-исследовательской, изыскательской и проектной документации, технических обследований фактического состояния ж/б конструкций объекта.

2. На первом этапе (техническое обследование ж/б конструкций перекрытий 26, 35, 40 этажей) данной работы была определена фактическая прочность ж/б конструкций перекрытий. Согласно результатам [23] фактическая прочность бетона на сжатие в плите перекрытия 26 этажа варьируются от 63,2 МПа до 103,2 МПа; в плите перекрытия 35 этажа варьируются от 71,5 МПа до 118,2 МПа; в плите перекрытия 40 этажа варьируются от 61,3 МПа до 86,0 МПа. Из этого следует, что класс бетона на сжатие для плит перекрытий не ниже В80, для которого прочность на сжатие 57 МПа.

На верхней поверхности плиты перекрытий обнаружены многочисленные трещины и сетки трещин, шириной раскрытия для 26 этажа от 0,1 до 0,3 мм; для 35 и 40 этажей от 0,1 до 0,9 мм. Глубина проникновения трещин варьируется в пределах 50-130 мм. В тоже время согласно результатам обследования НИИЖБ глубина проникновения отдельных трещин может достигать 166 мм для 26 этажа, 162 мм для 35 этажа и 172 мм для 40 этажа.

3. На разработанной пространственной упругой оболочечно-стержневой конечноэлементной (КЭ) модели системы «свайное основание – несущие конструкции Башни» выполнены расчетные исследования напряженно-деформированного состояния системы при фактических (по состоянию на сегодня) и эксплуатационных нагрузках в верифицированном программном комплексе ANSYS Mechanical с подробной детализацией КЭ-модели 26, 35 и 40 этажей. Расчеты с проектными характеристиками ж/б класса В60 конструкций плит перекрытий выполнены в запас, так как фактическая прочность, определенная по итогам технического обследования, соответствует классу бетона не ниже В80.

4. Характер распределения главных напряжений для всех перекрытий близок, максимальные упругие напряжения сжатия до 32-35 МПа реализуются около одной из круглых колонн, вокруг центрального ядра образуется контур с напряжениями сжатия 15-25 МПа.

Характер выявленного расчетами распределения изгибающих моментов для перекрытий 26, 35 и 40 этажей близок, с точностью до поворота перекрытия. Пиковые значения для плит (толщиной 310 мм), реализуются около стен центрального ядра, максимальные локальные пики отличаются от 5,3% для значимого изгибающего момента Mx до 23,5% для момента My. За исключением отдельных локальных пиков изгибающие моменты в плите имеют значительные зоны с близкими значениям.

Пиковые значения для плит-ригелей (толщиной 550 мм), реализуются преимущественно в зоне круглых колонн, максимальные локальные пики отличаются от 14,3% для момента Mx до 20,7% для момента My. За исключением отдельных локальных пиков изгибающие моменты в плите-ригеле имеют значительные зоны с близкими значениям. Наибольшие локальные пиковые значения для плиты-ригеля реализуются для 26 этажа.

В связи с тем, что выявленный расчетами характер распределения усилий и напряжений в плитах перекрытия аналогичен, а наибольшие пиковые значения реализуются для перекрытия 26 этажа на отм. +112.30, в дальнейших расчетных исследованиях рассмотрение только этого этажа как «типового» будет достаточно для обоснования «в запас» несущей способности ж/б конструкций всех этажей здания.

5. В ходе проведенных расчетных исследований была дана оценка проектного армирования перекрытий при эксплуатационных нагрузках. Из анализа результатов выполненных расчетов следует, что реализованное на объекте проектное армирование [27] обладает существенным запасом в сравнении с соответствующими расчетными параметрами.

Близкие к проектным значения параметров армирования в некоторых локальных зонах перекрытия обусловлены известными паразитическими эффектами, связанными с неустранимыми несовершенствами конечноэлементной оболочечной модели (в частности, в угловых зонах проемов в перекрытиях.). Итак, проектного армирования ж/б конструкций плит перекрытий достаточно.

6. На разработанных 9-и альтернативных трехмерных физически нелинейных КЭ-моделях несущих ж/б конструкций «типового» этажа с детальным учетом проектного продольного и поперечного армирования в перекрытии, колоннах и стенах, встроенных в пространственную оболочечно-стержневую модель здания, расчетами показано, что:

1) даже для моделей, учитывающих выявленные обследованиями трещины в заведомо большой запас (бетон В10 вместо В60 по проекту и В80 по факту на глубину 210 мм от верхней грани по всей плите перекрытия), напряжения в продольной арматуре А500С не превышают для значимых зон 400 МПа, а в поперечной — 300 МПа; только для локальных зон размером в плане до 0.3 м выявлены напряжения в верхней продольной арматуре до 435 МПа при уровне пластических деформаций до 0,02%;

2) дополнительное расчетное «усугубление» деградации бетона (бетон В10 вместо В60 по проекту и В80 по факту на глубину 50 мм по всей нижней грани плит-ригелей) также не приводит ни к качественному, ни к сколько-нибудь значимому количественному изменению критериальных параметров НДС, определяющих несущую способность ж/б конструкций;

3) несмотря на «плотную» картину трещин при расчетной нагрузке в зоне круглых колонн, продавливание не зафиксировано, о чем, в частности, свидетельствует характер распределения и величина максимальных напряжений в поперечной арматуре, не превосходящие 325 МПа

7. Сравнительный анализ характера распределения расчетных параметров НДС (пп.7.4, 7.6) и трещин в бетоне перекрытий (п.7.6), с таковыми, зафиксированными по результатам технического обследования, с исчерпывающей очевидностью говорит о несиловой природе трещин на верхней и нижней поверхностях перекрытий.

8. На основании представленного в отчете комплекса расчетных исследований напряженно-деформированного состояния несущих конструкций здания, выполненных в верифицированном программном комплексе ANSYS Mechanical на разработанных уточненных оболочечно-стержневых и альтернативных трехмерных физически нелинейных КЭ-моделях с учетом данных технических обследований и в обоснованный запас, следует сделать итоговый вывод об удовлетворении нормативно регламентированных критериев несущей способности (прочности и деформативности) возведенных железобетонных конструкций Башни при расчетных сочетаниях нагрузок.

9. С учетом вывода п.7.8 следует подтвердить и ограничиться рекомендациями по устранению обнаруженных дефектов в перекрытиях (путем инъецирования и проливки низковязкими полимерными составами, предназначенными для структурного ремонта), содержащимися в отчете по этапу 1 настоящей НИР. Никаких иных дополнительных мероприятий для обеспечения несущей способности железобетонных конструкций не требуется.

10. Также рекомендуется выполнять, при возможности, визуальный (выявление дефектов) и инструментальный (измерение прогибов) периодический мониторинг для перекрытий с выявленными зонами значительного трещинообразования.