Главная ->  Публикации 

 

Мониторинг напряженно-деформированного состояния несущих конструкций уникальных сооружений Москвы


В последнее десятилетие ЦНИИСК совместно с другими ведущими институтами принимал активное участие в научно-техническом сопровождении проектирования, строительства и реконструкции ряда уникальных сооружений в Москве: храма Христа Спасителя, памятника Петру I, покрытия Большой спортивной арены в Лужниках, здания Старого Гостиного двора, а также устройства фундаментной плиты центрального ядра Московского международного делового центра (ММДЦ) «Москва-Сити», здания филиала Большого театра и других объектов.

 

Проведение мониторинга ответственных инженерных сооружений в процессе их строительства и эксплуатации — в настоящее время важная составная часть создания условий, обеспечивающих их надежность и безопасность. Соответствующие решения по обязательному проведению мониторинга при строительстве ответственных сооружений приняты на уровне отдельных ведомств, регионов, а также, например, закреплены решением комитета ЮНЕСКО по всемирному наследию о внедрении в практику мониторинга объектов всемирного культурного наследия.

 

При создании системы мониторинга ставились и решались, как правило, следующие основные задачи:

 

Общей целью мониторинга объектов, осуществляемого ЦНИИСКом в соответствии с направлением своей деятельности, было проведение долговременного контроля нагрузок, усилий, перемещений, деформаций конструкций, напряжений в контрольных сечениях для установления соответствия фактического напряженно-деформированного состояния (НДС) конструкций расчетным данным и рабочему проекту, а также упреждающего обнаружения критических и предаварийных состояний наблюдаемых сооружений.

 

• разработка методов определения контролируемых параметров, выбор серийных или разработка индивидуальных технических средств контроля, изготовление и установка их на объекте;

 

• выбор конструктивных элементов (объектов контроля), определение в них основных сечений и назначение контрольных точек на объектах наблюдения;

 

• оценка технического состояния конструкций по данным натурных наблюдений и результатам расчетов.

 

• проведение визуальных, инструментальных наблюдений и определение фактических перемещений, деформаций, напряжений, усилий в контролируемых конструктивных элементах;

 

Необходимо отметить, что мониторинг покрытия Большой спортивной арены в Лужниках, несущих конструкций Старого Гостиного двора, фундаментной плиты центрального ядра ММДЦ специалисты ЦНИИСКа осуществляли с самого начала их строительства и монтажа. Так, в Лужниках — с установки металлоконструкций на стапелях (нулевой уровень НДС), в Гостином дворе — с усиления несущих пилонов и монтажа стальных ферм (условный нулевой уровень НДС), на объекте «Москва-Сити» — с бетонирования железобетонной плиты и колонн (нулевой уровень НДС). В Лужниках наблюдения проводились до полного монтажа металлоконструкций, в моменты подъема и раскружаливания внутреннего опорного кольца, в конце монтажа светопрозрачного покрытия и основных технологических устройств; в Гостином дворе — с момента окончания бетонирования железобетонного сердечника в несущих пилонах, установки ферм покрытия и монтажа светопрозрачного покрытия атриума.

 

На основе проведенного анализа заказчику передавались сведения о техническом состоянии объекта мониторинга. В соответствии с проектом норм его можно считать: исправным, когда выполняются все требования действующих норм и проекта; работоспособным, при котором обеспечивается нормальная эксплуатация здания в конкретных условиях с отсутствием дефектов и повреждений, несмотря на выявленные отступления от норм; ограниченно работоспособным; неработоспособным (недопустимым).

 

Необходимость в мониторинге указанных выше уникальных сооружений диктовалась следующими обстоятельствами. Строительство покрытия над трибунами Большой спортивной арены в Лужниках по сути было реконструкцией старого стадиона, что потребовало учета реальных параметров существующего сооружения, усложнило возможность создания наиболее рациональной формы покрытия и привело к увеличению перекрываемого пролета. Из-за неудовлетворительного состояния трибун для зрителей принят вариант опирания опорного контура покрытия на возведенные по периметру новые отдельно стоящие колонны, что сняло проблему кардинальной реконструкции несущих конструкций стадиона.

 

В связи с тем,что все измерения для определения НДС конструкций выполняли в чрезвычайно сложных условиях строительного процесса, который не предусматривал перерывов для установки приборов и проведения измерений, а также не гарантировалась сохранность установленных приборов, ЦНИИСК разработал и изготовил специальные простые и надежные измерительные системы, позволяющие сохранить практически неповрежденными измерительные устройства во всех точках измерения и провести наблюдения вплоть до окончания строительства и сдачи объектов в эксплуатацию, а в Лужниках и Гостином дворе наблюдения продолжаются и в эксплуатационном режиме. При конструировании устройств для измерения деформаций (напряжений) в металлоконструкциях предусматривалась возможность их оснащения (после окончания строительства) дистанционными электромеханическими датчиками. В соответствии спроектом в Гостином дворе смонтированы кабельные линии централизованного сбора информации о НДС несущих металлических ферм покрытия атриума.

 

Общий периметр наружного контура покрытия достигает 895 м, вылет пространственного «козырька»

 

Покрытие представляет собой пространственную систему, состоящую из внутреннего и наружного овалообразного контуров и системы радиально-кольцевых ребер, размеры главных осей (247,8x308,6 м) предопределены геометрией существующего стадиона и образованы двумя дугами окружности и двумя прямолинейными участками. Стрела подъема куполообразного покрытия составляет 23,4 м, а расстояние от низа конструкции до поля стадиона-35м.

 

Из-за наличия прямолинейных участков в куполообразной конструкции покрытия в нем имеет место сложное напряженное состояние с возникновением, помимо сжатия и растяжения, изгибающих и крутящих моментов. Проект предусматривал вторую очередь строительства с возведением трансформируемой части над спортивным полем, для чего были смонтированы на поверхности внутреннего контура балки для будущей рельсовой системы трансформируемого покрытия.

 

— 63,5 м. Блоки внутреннего и наружного контуров и радиальных ребер сопрягались между собой посредством болтовых сдвигоустойчи-вых соединений. Наружный контур образован из коробчатых блоков замкнутого сечения 2x5 м. Внутренний контур решен в виде сквозной пространственной системы трапециевидной формы высотой 10 м, шириной 6 и 3 м (в нижней части).

 

Мониторинг за надземными несущими конструкциями Гостиного двора начали в 1998 г. в период проведения усиления существующих конструкций здания, строительства мансардных этажей и монтажа новых конструкций покрытия внутреннего двора (атриума) реконструируемого здания. До этого начиная с 1995 г. были усилены существовавшие ленточные фундаменты с помощью 11 тыс. висячих буроинъекционных свай. Мониторинг реконструируемого здания Старого Гостиного двора в этот период осуществляли НИИОСП им. Герсеванова (подземная часть здания) и ЦНИИСК (состояние кирпичных несущих стен и арок в процессе работ по подведению новых фундаментов).

 

Уникальность данного сооружения, сложность конструктивного решения, его размеры (самый большой крытый стадион в Европе) предопределили необходимость проведения мониторинга с начала строительства. Для строительства и монтажа покрытия отводились чрезвычайно сжатые сроки — 18 мес, что существенно усложнило работы по созданию и развертыванию системы мониторинга, который выполняли научный коллектив ЦНИИСКа, а также геодезическая фирма «Юстас».

 

Основная идея реконструкции — создание закрытого внутреннего двора для использования как многофункционального общественно-торгового комплекса с одновременным пребыванием до 1,5 тыс. человек. Из-за имевшегося целого ряда ограничений по габаритам покрытия и требований сохранения исторического облика внутреннего интерьера, а также необходимости перекрытия пространства с переменным по его протяженности пролетом (от 59 до 28 м), было применено в качестве несущих конструкций новое, нетрадиционное решение в виде преднапря-женных ферм арочного типа, геометрия которых учитывала равенство прогибов каждой фермы.

 

Здание Старого Гостиного двора — памятник архитектуры начала XVIII в., — построенное по проекту архит. Дж. Кваренги, имеет в плане форму неправильной вытянутой трапеции с внутренним открытым двором площадью 1,5 га, окруженным двух-, трехэтажными зданиями и галереями общей шириной до 24 м, представляющими собой ряд колонн-пилонов, соединенных кирпичными арками в уровне каждого этажа.

 

Много вопросов возникало по взаимодействию старой кирпичной кладки пилонов (в некоторых случаях нагруженных до критического состояния и еще ослабленных пробитыми штрабами для бетонирования сердечников) с твердеющим железобетонным сердечником. Кроме того, сердечники и пилоны имели существенное различие в температурных коэффициентах линейного расширения, а устройство сердечников проводилось частично в зимний период времени.

 

Опирание ферм осуществлялось на кирпичные пилоны, усиленные железобетонными сердечниками. Таким образом, возникла необходимость контроля и наблюдения не только за процессом сборки и монтажа ферм, но также и за пилонами. Эти наблюдения оказались важными еще и потому, что при сжатых сроках строительства фермы иногда устанавливались на опоры в моменты, когда железобетонные сердечники еще не были готовы для восприятия нагрузки.

 

Контролируемые параметры были выбраны из условия получения характеристик НДС для оценки действительного состояния конструкций. В качестве наблюдаемых параметров принимали следующие:

 

Объектами контроля стали участки на всех этажах трех усиленных сердечниками пилонов в трех- и двухэтажной частях здания, три фермы покрытия, пять подвижных опор ферм.

 

• взаимные смещения сердечника и кладки;

 

• продольные и поперечные деформации, угловые деформации кладки и сердечников;

 

• деформации, напряжения и внутренние усилия в верхнем, нижнем поясах и стойках стальных арочных ферм, горизонтальные перемещения подвижных опор ферм вдоль и поперек покрытия.

 

• фактические напряжения и усилия в бетоне сердечников;

 

На основании мониторинга Гостиного двора было сделано заключение, о том, что техническое состояние несущих конструкций на стадии начала его эксплуатации (май 2000 г.) определяется как работоспособное (удовлетворительное) с отсутствием явных нарушений требований по предельным состояниям, прочности и устойчивости.

 

Измерения выполняли методом последовательного обхода мест установки датчиков и измерительных устройств. Всего на контролируемых конструкциях было 258 точек измерения, что позволило достаточно полно оценивать состояние конструкции. Последний цикл измерений провели в августе 2000 г.

 

В заключение необходимо отметить, что отсутствие закрепленных законодательством общероссийских правил проведения мониторинга ответственных сооружений, особенно связанных с риском возможного превращения их в зоны повышенной опасности для большого числа людей (стадионы, выставочные залы и др.), приводит к тому, что организации, эксплуатирующие уникальные сооружения, нарушают сроки проведения мониторинга, сокращают его объемы.

 

В результате использования системы мониторинга получены данные изменений во времени напряженного и деформированного состояния элементов конструкций здания, ответственных за несущую способность и надежность здания. Деформирование конструкций сооружений в целом согласуется с известными представлениями о работе строительных конструкций и материалов под нагрузкой.

 

 

Красота и защита фасадов на годы. Enkamat – материал для озеленения и противоэрозионной защиты склонов. Виды звукоизоляционных материалов. Деревянные дома и окна - назад в будущее или никогда не сдавайся. Знакомьтесь - стеновые панели МДФ.

 

Главная ->  Публикации 


0.0529