Задача
Трёхэтажное нежилое здание с подвалом — типичный представитель массовой сборной застройки Москвы второй половины XX века. Каркас выполнен по серии КМС-К1: типовые сборные железобетонные конструкции, разработанные для московского строительства и систематизированные в каталоге ТК1-2.
Поводом для расчёта стала необходимость подтвердить механическую безопасность здания по ст. 7 и ст. 16 Федерального закона № 384-ФЗ и п. 3.6 ГОСТ 27751-2014. Считалось по обеим группам предельных состояний: и несущая способность, и пригодность к нормальной эксплуатации — деформации и трещиностойкость. Геотехническая категория 2, уровень ответственности КС-2.
Конструктивные особенности
Каркас связевый: пространственная жёсткость обеспечена вертикальными панелями толщиной 180 мм в продольном и поперечном направлении. Разница с рамным каркасом принципиальна — горизонтальные нагрузки воспринимают не рамы, а специально предназначенные диафрагмы. Это позволяет уменьшить сечения несущих элементов, но повышает требования к правильному размещению самих диафрагм.
Колонны 400 × 400 мм, рабочая арматура А400. Стыки по высоте жёсткие, на отметке 710 мм от верха перекрытия — типовое решение советского сборного железобетона, переносящее стык в зону минимальных моментов. Опирание на монолитные столбчатые фундаменты через подколонники ЭКН, соединение жёсткое.
Ригели сборные, нескольких типов: рядовые Р 56-12, фасадные РФ 56-8, консольные РК 58/28-10 и РКТ 58/28-10. У всех есть полки для шарнирного опирания пустотных плит высотой 220 мм. Отдельного внимания заслуживают зоны консольных свесов: там стоят колонны типа КК, несущие консольные ригели. Эта особенность и определила самую напряжённую группу конструкций в результатах.
Параметры элементов уточнены по материалам технического обследования, включая контрольные вскрытия. Армирование ригелей принято по фактическим данным вскрытий, а для рядовых ригелей — дополнительно из условия равнопрочности каталожной расчётной нагрузке 11 т/пог. м для изделия Р 56-12.
Основание
Грунты изучены по лабораторным испытаниям проб, отобранных при обследовании фундаментов. В основании — суглинки двух разновидностей: тяжёлые тугопластичные и тяжёлые полутвёрдые. Для расчёта разница существенна: полутвёрдые имеют более высокое расчётное сопротивление и меньшую сжимаемость. Характеристики обеих разновидностей внесены в редактор «Грунт» ПК ЛИРА для построения объёмной инженерно-геологической модели и совместного расчёта системы «конструкции — основание».
Климат площадки: район II В, снеговой район III с нормативным весом покрова 1,8 кПа — заметно выше южных регионов, ветровой район I. Сейсмичность 5 баллов, особые сочетания с сейсмикой не рассматривались как незначимые.
Расчётная модель
Модель пространственная, в ПК ЛИРА 10 (2024). Колонны, ригели и фундаментные балки — стержневые КЭ 10, панели жёсткости и плитные элементы — оболочки КЭ 42 и 44. Совместная работа конструкций и основания учтена по п. 5.1.10 СП 22.13330.2016.
Жёсткости введены строго по фактическим данным: для вскрытых элементов — по результатам обследования, для остальных — по каталогу ТК1-2. Это принципиальный момент: при поверочном расчёте эксплуатируемого здания брать проектные данные без сверки с обследованием методически неверно — за десятилетия фактическое состояние конструкции отличается от чертежей.
Расчёт линейный. Ветровая нагрузка задана в двух направлениях, с пульсационной составляющей по собственным формам колебаний согласно п. 11.1 СП 20.13330.2016. Всего 16 загружений и 2 основных расчётных сочетания.
Нагрузки
Сбор по СП 20.13330.2016. Постоянные: собственный вес каркаса, пустотные плиты перекрытий 361 кг/м², навесные керамзитобетонные фасадные панели, каменная кладка в уровне подвала, кровельное покрытие и полы. Длительные — перегородки 0,5 кПа. Кратковременные — полезные 2,0 кПа в помещениях и 3,0 кПа на лестницах, плюс снег.
Снег потребовал отдельной работы. Кровля ступенчатая, три уровня покрытия — на отметках +11,465, +8,21 и +4,32 м. Каждый перепад высот — зона накопления снегового мешка: повышенного отложения снега у перепадов, парапетов и выступающих конструкций. Приложение Б СП 20.13330.2016 предписывает учитывать такое несимметричное отложение, а оно может кратно превышать равномерную нагрузку. В модель снеговые мешки введены отдельными независимыми загружениями для каждого перепада.
Результаты
Основание
По совместному расчёту толщина сжимаемой толщи не превышает 5 м — нижняя граница по п. 5.6.41 СП 22.13330.2016. Максимальная расчётная осадка столбчатого фундамента 32 мм при предельно допустимой 100 мм по табл. Г.1 СП 22.13330.2016 для зданий этого типа. Основание работоспособно.
Колонны
Значительный запас: максимальное использование сечения по нормальным усилиям 51 %, по изгибающим моментам 26 %. Колонны нагружены примерно вдвое меньше предельного — хороший результат для здания такого возраста.
Ригели
Рядовые ригели в целом с запасом: использование по изгибающим моментам не выше 76 % для перекрытия подвала и первого этажа, 72 % для третьего. При равномерном снеговом покрове конструкции работоспособны.
Но часть ригелей перекрытия второго этажа, попадающих в зоны снеговых мешков в районе отметки +6,8, превышает 100 % по прочности при учёте нормируемых неравномерных отложений. Это не аварийная ситуация: здание простояло десятилетия, и при типичных снегопадах ригели работали штатно. Однако с позиции действующих норм эти элементы требуют усиления.
Фасадные ригели работают близко к пределу — максимум 92 %. Формально допустимо, но резерв практически исчерпан: любое увеличение нагрузки, например замена навесных панелей на более тяжёлые, потребует пересчёта.
Самая напряжённая группа — консольные ригели. Часть из них, работающая ригелями перекрытия второго этажа в зоне примыкания к перепаду кровли, тоже выходит за расчётный предел при учёте снеговых мешков. Причина та же: современные требования к неравномерным отложениям при проектировании здания в полной мере не учитывались. Дополнительно выявлены консольные ригели на отметке +3,2, требующие усиления по другим причинам нагружения.
Фундаментные балки с большим запасом: по нормальным силам не более 2 %, по моментам 77 %.
Устойчивость каркаса
Расчёт общей устойчивости выполнен для обоих сочетаний. Коэффициент запаса по обоим направлениям не менее 1,9 при требуемом минимуме 1,0 по СП 16.13330.2017 для стержневых систем — двукратное перекрытие.
Попутно расчёт показал характерную деталь: наиболее склонная к потере устойчивости часть здания сосредоточена в осях 1–2/А–В между отметками −0,4 и +6,8 — там, где стоят консольные ригели, образующие блок с пониженной поперечной жёсткостью. По этому блоку в отчёте даны рекомендации: ввести вертикальную диафрагму между колоннами по оси 2 в осях Г–Д и раскрепить стену по оси 7 в области оси Г.
Выводы
Несущие конструкции здания в целом удовлетворяют требованиям первой и второй групп предельных состояний: прочность, устойчивость и геометрическая неизменяемость обеспечены.
Исключение — ригели в зонах снеговых мешков. Часть рядовых и консольных ригелей на отметке +6,8, перекрытие второго этажа, а также часть консольных ригелей на отметке +3,2 требуют усиления, чтобы соответствовать действующим нормам по снеговым нагрузкам.
