ПРИМЕНЕНИЕ ПК SCAD ДЛЯ РАСЧЕТА КАРКАСА ЗДАНИЯ В СЛОЖНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Геологические условия – это совокупность данных о рельефе местности, его происхождении и изменении с течением времени. Они включают сведения о составе и несущей способности грунтов, наличии активного протекания геологических процессов и изменений земной поверхности в результате техногенных факторов. К природным геологическим процессам относят карст, оползни, овраги, сели, снежные лавины, сейсмические и другие явления.

Вследствие того, что значительная часть территории земной поверхности имеет области, подверженные карстовым процессам, которые существенно усложняют строительство и эксплуатацию зданий, возникает необходимость расчета каркаса зданий с учетом карстовых провалов.

В настоящее время в России нет единые специальные нормы по проектированию зданий и сооружений в закарстованных районах. Они частично изложены в различных СНиП, что нередко затрудняет специалистам организовывать комплексный подход по защите сооружений от негативного воздействия карстового процесса на всех стадиях существования сооружений [2, с. 1].

Карстовые процессы могут менять рельеф вследствие своей природы, и моделирование каркаса здания в условиях изменчивости является трудоемким процессом.

Целью нашего расчета является выявление наибольших деформаций в различных местах образования карстовых воронок, а также подбор армирования фундаментной плиты, проведенного на базе обобщенных расчетных сочетаний усилий из системы «Вариация моделей». Для расчета использовалось здание двухэтажного детского сада в г. Ростове-на-Дону (рис. 1).

Рисунок 1. Каркас двухэтажного детского сада

Первый расчет проводился для конструкции на естественном основании без карстовой воронки. При этом были выявлены наиболее проблемные места в фундаментной плите: максимально нагруженные колонны, места с наибольшими перемещениями в фундаменте. По расчетам наибольшие прогибы достигают 26,5 мм в районе верхнего левого угла здания.

Рисунок 2. Наибольшие перемещения по оси z без воронки

Затем было спроектировано еще пять моделей с образовавшимся провалом радиусом около трех метров. Модели различались местом локализации карста: в каждом из углов здания и по центру.

Рисунок 3. Варианты моделирования условий грунтового основания

Далее был проведен совместный расчет и получены обобщенные результаты. Для выполнения расчета по нескольким моделям был создан новый проект в режиме «Вариация моделей», включающий список файлов задач, входящих в пакет.

Таким образом, результаты расчета по различным вариантам модели с воронками и без них объединяются в единый массив, что позволяет использовать режимы определения расчетных сочетаний усилий, сформировать комбинации загружений, подобрать армирование в элементах железобетонных конструкций. При этом необходимо было установить логическую связь между вариантами нагружений, заданных в каждой отдельной задаче, обозначить взаимоисключение.

Проведенный анализ дает возможность сравнить результаты расчета, выполненные только по одной из моделей, с обобщенными результатами, учитывающими возможность образования воронки в любой части здания.

Результаты показали, что наибольшие деформации будут происходить при возникновении карстовой воронки в верхнем правом углу и в центре здания и достигать 30 мм и 28 мм соответственно.

Рисунок 4. Наибольшие перемещения (слева – воронка в центре плиты, справа – воронка в правом верхнем углу плиты)

Подбор арматуры фундаментной плиты, проведенный на основе обобщенных расчетных сочетаний усилий из «Вариации моделей», также отличается от результатов арматуры без образования карстовых воронок.

Верхняя арматура по оси Y (при шаге 20 см) изначально имела разброс от 10d6 до 10d14 (рис. 5 слева). После расчета результаты по армированию составили от 10d6 до 10d16 (рис. 5 справа).

Рисунок 5. Результаты армирования фундаментной плиты

Данный расчет позволил не только сравнить возможные перемещения фундаментной плиты в зависимости от расположения карстовой воронки с перемещениями без воронки, вывить наибольшие перемещения, но и подобрать такое армирование, которое обеспечит прочность и устойчивость каркаса здания при любом неблагоприятном карстовом проседании грунта.

Благодаря режиму «Вариация моделей» ПК SCAD были получены необходимые результаты серии задач по деформациям фундамента здания и проведен их комплексный анализ [1, с. 4].