ОЦЕНКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ (С УЧЕТОМ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ) ЗДАНИЯ ПАЛАТНОГО БЛОКА «А» ГЛАВНОГО КОРПУСА ГОРОДСКОЙ МНОГОПРОФИЛЬНОЙ БОЛЬНИЦЫ

При проектировании строительных конструкций каркаса типового проекта 252-1-89 «Городская многопрофильная больница на 600 коек с поликлиникой на 960 посещений в смену», разработанного в 1989 году московским проектным институтом «ГИПРОНИИЗДРАВ» и привязанного для строительства больницы в г. Междуреченск проектным институтом «Кузбассгражданпроект» (г. Новокузнецк), по которому построен  палатный блок «А», использовались существующие в те годы методы статических расчетов. При этом из-за сложности большинства расчетов “вручную” принимались упрощенные расчетные схемы, что приводило к получению недостаточно точных результатов. Кроме того, к настоящему времени значительно изменились нормативные требования по расчету и проектированию строительных конструкций, а также по определению нагрузок, действующих на конструкции, в том числе сейсмических. Длительное время каркас здания находится на открытом воздухе без консервации. Железобетонные несущие конструкции здания за это время получили различные повреждения и дефекты. Использование современных методов расчета строительных конструкций с использованием вычислительной техники позволяет оценить несущую способность конструкций с учетом вышеперечисленных факторов.

Строительные несущие конструкции здания воспринимают постоянные (от собственного веса несущих и ограждающих конструкций, веса кровли и междуэтажных перекрытий) и временные (снеговые, ветровые, технологические, временные полезные) нагрузки [1]. Кроме того, на конструкции здания возможно воздействие сейсмических нагрузок (г. Междуреченск находится в сейсмически опасном районе с расчетной сейсмичностью 7 баллов для объектов массового строительства и объектов повышенной ответственности и 8 баллов для особо ответственных объектов).

Статические и динамические расчеты конструкций железобетонного каркаса палатного блока «А» выполнены с использованием программного комплекса «SCAD», предназначенного для прочностных расчетов и автоматизированного проектирования конструкций и комбинированных систем на персональных компьютерах на основе метода конечных элементов [2].

Для статических и динамических расчетов приняты пространственные блоки рассматриваемого здания в осях «А-И, 1-9» и «А-Ж, 10-17», отличающиеся высотами подвального и первого этажей и наличием дополнительного шага колонн в осях «8-9» для 1-го блока. Пространственные системы образованы несущими сборными железобетонными колоннами, сборными железобетонными ригелями и плитами покрытия и междуэтажных перекрытий, железобетонными диафрагмами жесткости. Пространственные блоки рассмотрены с целью учета пространственной работы несущих конструкций при действии расчетных нагрузок, изменяющихся по высоте и длине здания, а также учета сейсмических воздействий, которые могут иметь любое направление в пространстве [3].

Система рассчитана на 17 загружений, из которых 15 являются статическими, а 2 - динамическими.

Динамический расчет системы (на сейсмические воздействия) выполнен с использованием разложения по формам собственных колебаний. При этом в расчете учитывалось 30 форм колебаний.

Расчет пространственных блоков здания выполнен при расчетной сейсмичности площадки строительства 7 баллов и 8 баллов для объектов повышенной ответственности и особо ответственных объектов соответственно) для двух вариантов направления сейсмического воздействия: в поперечном направлении здания и в продольном направлении [4, 5]. Кроме того, рассмотрены 2 варианта расчетов: при недопущении в конструкциях здания повреждений или неупругих деформаций и при допущении остаточных деформаций и повреждений, затрудняющих нормальную эксплуатацию здания, но при обеспечении безопасности людей и сохранности оборудования.

Для расчета приняты 2 пространственных блока железобетонного каркаса палатного блока: 1-й - в осях «А-Ж, 1-9» размерами в плане 21,0*42,0 м; 2-й – в осях «А-Ж, 10-17» размерами в плане 21,0*39,0 м.

Расчетные схемы пространственных блоков характеризуются следующими параметрами (1-я и 2-я соответственно):

- количество узлов — 9590 (8948);

- количество конечных элементов —8099 (7496);

- общее количество неизвестных перемещений и поворотов — 46539 (43772);

- количество загружений — 17;

- количество комбинаций загружений – 6.

Расчетные схемы пространственных блоков здания приведены на рисунке 1.

a) б) 

Рисунок 1. Расчетные схемы пространственных блоков: а) блок в осях «А-И, 1-9»; б) блок в осях «А-Ж, 10-17»

В результате статических и динамических расчетов получены значения перемещений узлов пространственных систем и усилия в элементах от каждого загружения; расчетные сочетания усилий в элементах несущих колонн, ригелей, плит перекрытия и покрытия, диафрагм жесткости; перемещения и усилия при расчетных комбинациях загружений, частоты и периоды собственных колебаний систем при динамических загружениях (с учетом сейсмических воздействий) и другие параметры.

Анализ результатов расчетов показывает:

- при учете сейсмических нагрузок (расчетная сейсмичность 7 баллов) при недопущении в конструкциях неупругих деформаций и повреждений максимальные горизонтальные перемещения верха здания в направлении оси Х равны 122,1 мм (в осях «А-И, 1-9») и 114,4 мм (в осях «А-Ж, 10-17»), что составляет соответственно 1/249 и 1/266 высоты здания. Данные значения в 2 раза превышают предельные перемещения для каркасных многоэтажных зданий, равные h/500 = 60,9 мм. Максимальные горизонтальные перемещения верха здания в направлении оси Y равны 113,06 мм (в осях «А-И, 1-9») и 98,3 мм, что также больше предельных величин перемещений;

- при учете сейсмических нагрузок (расчетная сейсмичность 7 баллов) при допущении в конструкциях остаточных деформаций и повреждений максимальные горизонтальные перемещения верха здания равны 28,74…30,8 мм в направлении оси Х и 24,25…29,2 мм в направлении оси Y. Данные значения не превышают предельные величины перемещений;

- при учете сейсмических нагрузок (расчетная сейсмичность 8 баллов) при допущении в конструкциях остаточных деформаций и повреждений максимальные горизонтальные перемещения верха здания в направлении оси Х равны 61,23 мм, что превышает предельные перемещения. В направлении оси Y максимальные перемещения составляют 57,14 мм. Данные значения не превышают предельные величины перемещений. Однако перемещения в направлении оси Y верха надстройки над лестничной клетки в осях «В-Г, 2-3» и «В-Г, 15-16», равные 68,39 мм, превышают предельные значения (h/500 = 65,7 мм).

Получено, что продольные усилия в большинстве колонн при учете сейсмических воздействий уменьшаются по сравнению со статическими нагрузками на 12…20 % при недопущении в конструкциях неупругих деформаций и повреждений и на 9…14 % при допущении в конструкциях остаточных деформаций и повреждений. Однако в некоторых колоннах продольные усилия увеличиваются на 5…10 %.

Кроме того, при сейсмических воздействиях на здание значительно возрастают изгибающие моменты как в плоскости поперечных рам, так и в плоскости продольных рам. Увеличиваются также поперечные силы и крутящие моменты.

Расчетами установлено, что необходимо выполнить комплекс мероприятий по обеспечению сейсмостойкости здания палатного блока «А».

Список литературы:

1. СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. Москва, 2016 г. - 80 с.
2. Программный комплекс SCAD OFFICE 2015. Учебное пособие. М.А. Перельмутер, В.С. Карпиловский, Э.З.Криксунов, А.А. Маляренко. – М.:Издательство СКАД СОФТ, 2009.
3. Плевков В.С., Мальганов А.И., Балдин И.В. Железобетонные и каменные конструкции сейсмостойких зданий и сооружений. Пособие под ред. В.С. Плевкова – Томск: Изд-во Том. гос. арх.-строит.  ун-та, 2006. - 290 стр.
4. СП 14.13330.2018 Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81*
5. СП 31-114-2004. Правила проектирования жилых и общественных зданий для строительства в сейсмических районах / ФГУП ЦНС. – М., 2005. – 39 с.