Астана строится. В ее левобережной части указом президента Республики Казахстан образована специальная экономическая зона «Астана — новый город», которая предусматривает создание благоприятного инвестиционного климата для объектов нового центра. В соответствии с основными направлениями Государственной программы социально-экономического развития города и Генерального плана развития столицы строятся административно-деловой и социально-культурный центры, жилые комплексы. Не остается без внимания акимата (мэрии) и инвесторов и так называемая «старая», правобережная часть города.

До недавнего времени Астана (бывший Целиноград) была рядовым областным центром с соответствующим типовым набором жилых домов, объектов административного и социально-культурного назначения. Столичный же статус предполагает строительство современных, отвечающих мировым стандартам зданий и сооружений различного назначения и этажности. Освоением этой «новой целины» заняты десятки проектных и строительных организаций Казахстана, а также ближнего и дальнего зарубежья. Освоение новых технологий строительства, увеличение масштаба объектов, сокращение сроков проектирования и строительства сделали исключительно актуальным вопрос о наличии у проектных и строительных организаций этих самых технологий и методов проектирования.

Коснулась эта проблема и нашей фирмы. Вычислительный комплекс мы выбирали долго и остановились в итоге на Structure CAD — решающим моментом здесь стала удачная, на наш взгляд, демонстрационная версия на сайте SCAD Group.

Первый проект, выполненный нами с использованием программного комплекса SCAD, — комплекс муниципального жилья на левом берегу реки Есил (рис. 1). Рабочая документация была начата в феврале 2002-го, в полном объеме документация выдана заказчику в апреле, а в октябре началось строительство. Первоначально расчет каркаса производился на устаревшем ВК «Диорама», поэтому после приобретения полного комплекта ВК SCAD фирма произвела перерасчет каркасов всех трех типов жилых домов. В итоге до начала строительства пришлось откорректировать армирование диафрагм 16-этажного жилого дома. Здесь нам хотелось бы выразить самую искреннюю признательность А.А. Маляренко и Н.В. Мосиной (ООО «СКАД СОФТ») — их помощь на начальном этапе освоения вычислительного комплекса была просто неоценимой!

Рис. 1
Рис. 1

Применение вычислительного комплекса SCAD позволило получить более точную картину совместной работы надземной части с основанием на объекте «Административное здание по ул. Бигельдинова в г. Астана» (рис. 2). Этот объект расположен в нынешнем административном центре, вблизи здания Русского драматического театра. Условия производства работ исключали устройство забивных свайных фундаментов. При выборе фундамента здания с монолитным железобетонным каркасом мы остановились на перекрестном ленточном фундаменте под колонны. Был произведен расчет фундаментов на упругом основании по М.И. Горбунову-Посадову без учета совместной работы каркаса здания с фундаментом. После перерасчета рамы на ВК SCAD экономия арматуры в фундаментах составила 16%.

Рис. 2
Рис. 2

Сейчас мы уже не представляем себе дальнейшей работы без ВК SCAD. Применение этого комплекса позволило произвести расчеты пространственных рам объектов «Перспективный жилой район с полным комплексом обслуживания на 216 квартир» (рис. 3) и «Комплекс жилых домов по нечетной стороне ул. Иманова» (рис. 4) — расчет последнего объекта был взят нами на субподряд.

Рис. 3
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 4

Комплекс муниципального жилья на левом берегу реки Есил

Жилой комплекс общей площадью 31000 м2 (рис. 1), состоящий из двух 16-этажных, трех 12-этажных и двух 9-этажных жилых домов — круглых в плане.

Рис. 5
Рис. 5

Строительство комплекса (рис. 5) ведется с октября 2002 года генподрядными организациями ТОО «Сая», ТОО «СК Негиз-Акмола» и ТОО «Алматыоблтяжстрой-1». Заказчик по комплексу — ГУ ДАПР.

Как пример рассмотрим 16-этажный 64-квартирный жилой дом (рис. 6) общей площадью 4212,84 м2. Здание круглое в плане, увенчано шпилем; общая высота от планировочной отметки — 55,75 м. Наружная отделка стен — керамгранит.

Здание имеет связевый каркас, где основные несущие конструкции образуются системой колонн, горизонтальных дисков-перекрытий и вертикальных диафрагм жесткости. Каркас монолитный железобетонный. Фундаменты комбинированные свайно-плитные. Наружные стены представляют собой бетонные блоки толщиной 190 мм, утепленные снаружи минераловатными плитами ППЖ.

При построении расчетной схемы здания использовался специальный препроцессор ФОРУМ, позволяющий в привычной и удобной для многих проектировщиков форме построить схему каркаса здания (рис. 7). Здесь последовательно осуществляется процесс построения координационных осей, привязки колонн и вертикальных стен, перекрытий любых очертаний, положения проемов и отверстий в плоских конструкциях. Для корректировки контура элемента, включения оконных и дверных проемов, отверстий вызывается специальная программа — модификация программы формирования сечений КОНСУЛ. На рис. 6 приводится план здания, на котором изображены привычные нам координационные оси. Их присутствие в программе КОНСУЛ значительно упростило бы построение отверстий (будем считать это нашим пожеланием разработчикам).

Рис. 6
Рис. 6

Удачно решена в ФОРУМЕ проблема элементов визуализации и управления отображением проекта, что особенно заметно при построении многоэтажных зданий. При необходимости можно выделить отдельный этаж или конструктивный элемент и детально их проработать. Здесь же задаются жесткостные характеристики элементов. Практически ФОРУМ, максимально приблизив расчетную схему к функциональным частям реального сооружения (рис. 7), заменил собой графический препроцессор SCAD (за исключением ввода нагрузок, определения условий примыкания, наложения связей и создания групп).

Рис. 7
Рис. 7

После экспорта модели в SCAD производится загружение расчетной модели (рис. 8). Загружение можно производить всеми (узловыми, распределенными по линии и по площади) регламентированными статическими (рис. 9) и динамическими нагрузками, включая действие пульсационной составляющей ветровой нагрузки. Тут следует сказать о вспомогательной программе ВеСТ, предназначенной для выполнения расчетов, связанных с определением нагрузок и воздействий на строительные конструкции в соответствии с рекомендациями СНиП 2.01.07−85* «Нагрузки и воздействия». Программа позволила с большой точностью получить распределение ветрового давления по высоте. Правда, при вводе ветровых нагрузок в SCAD пришлось разбивать вектор давления ветра в каждой точке на две составляющие по X и Y, что заняло достаточно много времени (рис. 10). Экспорт нагрузок из ВеСТ в SCAD значительно упростил бы работу.

Рис. 8
Рис. 8
Рис. 9
Рис. 9

Вычислительный комплекс SCAD позволил на протяжении всего расчета — от создания расчетной схемы до получения результатов (рис. 11) — наглядно отслеживать в графическом режиме все этапы работы и анализировать получаемые результаты.

Рис. 10
Рис. 10
Рис. 11
Рис. 11

Административное здание по улице Бигельдинова

Административное здание (рис. 2) общей площадью 3510 м2, расположенное в деловом центре столицы.

Здание 5-этажное, со сложной конфигурацией в плане (рис. 12). Со стороны улицы — сквозной проезд во двор. На первом этаже расположены автомобильная стоянка, технические и служебные помещения, кафе на двадцать посадочных мест. На втором этаже — конференц-зал и офисные помещения. Третий, четвертый и пятый этажи отведены под офисные помещения. Одна из архитектурных особенностей здания — прозрачный купол, под которым размещены выставочный зал и технические помещения.

Проектная документация выдана заказчику (ОАО «Астана-Недвижимость») в полном объеме, начало строительства планируется на 2003 год.

Здание решено с рамно-связевым каркасом из монолитного железобетона. Пространственная жесткость здания обеспечивается системой колонн, горизонтальных дисков-перекрытий, вертикальных диафрагм жесткости и балок. Фундаменты — монолитный перекрестный ленточный фундамент. Наружные стены представляют собой цементно-песчаные блоки, снаружи утепленные минераловатными плитами ППЖ. Наружная отделка — природный гранит, керамгранит, гипсобетон, алюкобонд.

По функциональным требованиям была убрана колонна в середине конференц-зала. Для придания зрительному залу уклона амфитеатра конструкции перекрытия решены в разных уровнях (рис. 13). С учетом этих изменений и в связи с тем, что над проездом предусмотрен девятиметровый пролет, в классическую связевую систему были введены балки.

Рис. 13
Рис. 13

Применение ВК SCAD позволяет производить расчеты зданий со сложной конструктивной схемой и, что очень важно, оперативно получать результаты расчета при изменении конструктивной схемы. При расчете (без применения ВК) по гипотезе коэффициента постели длинных балок на упругом основании при помощи таблиц безразмерных эпюр получается довольно большой запас прочности, что в свою очередь ведет к увеличению площади арматуры и, соответственно, к удорожанию всего объекта в целом. К тому же большая трудоемкость расчетов не позволяет просчитать весь объект в полном объеме. Полученные результаты армирования (рис. 14) перекрестных ленточных фундаментов в среде SCAD позволили получить существенную экономию материалов.

Рис. 14
Рис. 14

На рис. 15 показана площадь армирования (AS3 нижняя по Y) плиты перекрытия первого этажа. Такое представление результатов возможно в специальном графическом постпроцессоре: он позволяет решать проблему анализа результатов расчета. В графическом постпроцессоре можно определять перемещения, получать эпюры для стержневых систем, изолинии и изополя напряжений в пластинчатых элементах. Намного упростил работу конструкторов модуль подбора арматуры в элементах железобетонных конструкций, включая подбор площади арматуры в заданном направлении, ширину раскрытия трещин, процент армирования.

Рис. 15
Рис. 15

Заключение

Динамичное развитие строительной индустрии Казахстана, строительство современных зданий и сооружений потребовало новых подходов к проектированию. Мы привели примеры расчетных схем зданий с железобетонным каркасом. Надеемся, расчетом только таких зданий наши задачи не ограничатся, и в будущем мы сможем задействовать возможности SCAD по расчету стальных конструкций…