x

Концепции

Трехуровневый паркинг со стальным каркасом

Рассматривается открытый трехуровневый паркинг без конкретной привязки к району строительства.



 
1. Исходные данные


В связи с этим должны быть приняты наиболее неблагоприятные для территории Украины воздействия, в частности атмосферные (снег, ветер). Принято, что абсолютная отметка площадки строительства над уровнем моря – менее 500м, а сейсмичность – менее 6 баллов.

Количество уровней паркинга ограничено 3-мя из соображений огнестойкости конструкций. Согласно ДБН В.2.3-15-2007 для наземных гаражей открытого типа высотой до 3-х этажей включительно должна обеспечиваться степень огнестойкости ІІІа, для которой не потребуется нанесение огнезащитных покрытий на основные конструкции каркаса.

Планировочное решение следует разработать таким образом, чтобы обеспечить унификацию элементов перекрытий (стандартный модуль), удобство заезда и хранения.

Принято, что полная строительная высота перекрытия не должна превышать 900мм.

В конструкции должны быть использованы материалы, производимые на заводах Украины..

2. Нагрузки и воздействия


Собственный вес стальных конструкций в расчетной схеме определялся автоматически с учетом коэффициента надежности по предельному расчетному значению нагрузки γfm = 1,05.

Собственный вес перекрытий

Материал Распределенная нагрузка (kПа) Объемный вес (т/куб.м) Толщина (м) γf
Цементно-песчаный раствор - 1,8 0,05 1,3
Тяжелый бетон на гравии или щебне  - 2,4 0,12 1,1
Н75-750-0,9 0,123 - - 1,05
 
Эксплуатационная нагрузка 3,831 kПа
Предельная нагрузка 3,384 kПа

Временные нагрузки на перекрытие и покрытие

Значения полезной нагрузки на перекрытия автостоянок от автомобилей принято большим из значений по ДБН В.2.2-24:2009 и ДСТУ-Н Б EN 1991-1-1 соответственно по ДБН В.2.2-24:2009
Нагрузка:
Эксплуатационная 3,500 kПа
Квазипостоянная 1,500 kПа
 
Коэффициент надежности по нагрузке γf 1,2  

Эксплуатационная нагрузка 3,500 kПа
Предельная нагрузка 4,200 kПа
Квазипостоянная нагрузка 1,500 kПа

Снег
Расчет выполнен по нормам проектирования «ДБН B.1.2-2:2006 с изменением №1»

Параметр Значение Единицы измерения
 Местность
Снеговой район 6  
Характеристическое значение снеговой нагрузки 1,8 kПа
Высота размещения строительного объекта над уровнем моря 0 км
Здание
 
Высота здания H 7,6 м
Ширина здания B 54 м
h 0 м
α 0 град
L 36 м
Неутепленная конструкция с повышенным тепловыделением нет  
Коэффициент надежности по предельному расчетному значению γfm 1,04  
Коэффициент надежности по эксплуатационному расчетному значению γfe 0,49  


  Также расчетом был учтен снеговой мешок, возникающий возле парапета (ограждения высотой 1м) по периметру этажа. На этих участках были приняты следующие значения:
Ветер

Поскольку паркинг является открытым, расчет ветровых для него выполнялся, как для здания постоянно открытого с одной стороны, чтобы помимо прочего учесть усилия отрыва, которые важны при расчете опорных узлов и фундаментов. Рассматривалось действие ветра с четырех сторон здания. Расчет выполнялся в соответствии с «ДБН B.1.2-2:2006 с изменением №1» по следующим исходным данным:

Исходные данные
Ветровой район 5
Характеристическое значение ветрового давления 0,6 kПа
Тип местности IV - городские площади, на которых, по крайней мере, 15% поверхности заняты зданиями, имеющими среднюю высоту, превышающую 15 м
Тип сооружения Здания без фонарей, постоянно открытые с одной стороны
Высота размещения строительного объекта над уровнем моря 0 км 

Учитывая, большое количество схем загружения здесь приводятся только условные схемы загружений для разных поверхностей, которые учитывались расчетом:




С целью получить самые неблагоприятные варианты расчетных сочетаний усилий (РСУ) в сечениях расчет был выполнен с учетом возможного неравномерного распределения полезной и снеговой нагрузок по перекрытию. Для этого снеговая нагрузка была разбита на 2 загружения, что учитывало возможное неравномерное скопление снега, а полезная нагрузка на перекрытия была разбита на 4 сектора:



Главным образом такой подход отразился на усилиях в колоннах и вертикальных связях, чем подтвердил свою необходимость.

3. Архитектурно-планировочные решения


Визуализация паркинга
Визуализация паркинга


План - схема первого этажа на отм.+0,000 ( 54 п/мест)

№ п/п
Наименование
Площадь, кв.м
Примечание
1 Парковочная зона 1854,96  
2 Рампа открытая с односторонним движением   Уклон 10% (подъем)
3 Эвакуационная лестница 17,32  
4 Места для парковки инвалидов   5,0х3,5 м
5 Металлическое ограждение (Н=1,0м)    
6 Рампа открытая с односторонним движением   Уклон 10% (спуск)
7 Насосная АПТ 9,00  
8 Санитарный узел 2,50  
9 Помещение персонала 11,80  
10 Тамбур 2,00  
11 Техническое помещение для хранения противопожарного инвентаря 8,10  
12 Места для хранения мотоциклов    

План - схема второго этажа на отм.+3,300 ( 52 п/мест)

№ п/п
Наименование
Площадь, кв.м
Примечание
1 Парковочная зона 1854,96  
2 Рампа открытая с односторонним движением   Уклон 10% (подъем)
3 Эвакуационная лестница 17,32  
4 Рампа открытая с односторонним движением   Уклон 10% (спуск)
5 Металлическое ограждение (Н=1,0м)    

План - схема второго этажа на отм.+6,600 ( 54 п/мест)

№ п/п
Наименование
Площадь, кв.м
Примечание
1 Парковочная зона 1854,96  
2 Рампа открытая с односторонним движением   Уклон 10% (подъем)
3 Эвакуационная лестница 17,32  
4 Рампа открытая с односторонним движением   Уклон 10% (спуск)
5 Металлическое ограждение (Н=1,0м)    

Схема продольного разреза 1-1


Архитектурно-планировочные решения
Общая характеристика здания

  • Трехуровневый паркинг.
  • Новое строительство.
  • Степень огнестойкости - IIIа.
  • Класс здания по функциональному назначению - Наземный гараж открытого типа.
  • Габаритные размеры - 54,00 м х 36,00 м.
  • За относительную отметку 0,000 принята отметка уровня чистого пола первого этажа ( +0,750 относительно уровня земли).

Объемно планировочные решения

Функциональным назначением гаража является хранение автомобилей от особо малого класса до микроавтобусов особо малого класса и джипов.

Функциональное зонирование гаража представлено двумя основными элементами: «общественной» зоной, включающей площадь стоянки открытого типа для хранения легковых автомобилей, и «технической» зоной, включающей зону технического помещения для хранения противопожарного инвентаря, помещения насосной автоматического пожаротушения и помещений обслуживающего персонала.

В объеме здания эти зоны размещены следующим образом:

1 этаж на отм. 0.000 – на первом этаже предусмотрены отапливаемые помещения для обслуживающего персонала, техническое помещение для хранения противопожарного инвентаря, помещения насосной автоматического пожаротушения, а также зона хранения автомобильного транспорта с отдельными заездом и выездом, с местами для парковки транспорта инвалидов и мотоциклов. Насосная станция установки автоматического пожаротушения имеет отдельный выход наружу.

2 этаж на отм. +3.300 – зона хранения автомобильного транспорта.

3 этаж на отм. +6.600 – зона хранения автомобильного транспорта.

2 и 3-й этажи имеют связь с уровнем земли посредством открытых рамп с односторонним движением, с уклоном 10%.

Все уровни связаны между собой четырьмя рассредоточенными лестничными клетками, имеющими отдельные выходы на уровень земли. Конструкции эвакуационных лестничных клеток - II степени огнестойкости.

В качестве заполнения открытых проемов в наружных ограждающих конструкциях применены металлические сетки, высота парапета 1,0м.

Объемно-пространственная композиция здания обусловлена его функциональным назначением. Здание состоит из одного прямоугольного объема.

Трехуровневый гараж предусмотрен манежного типа с размещением автомобилей под углом 90º. Схема движения автомобилей внутри помещений - кольцевая одностороння. Около выезда размещается контрольно-пропускной пункт, служба охраны.
Высота этажей гаража 2,40 м пола до балки перекрытия.

Покрытие полов - многослойное гидроизолирующее эластичное покрытие из специальной битумно-полимерной эмульсии и износостойкого гранитного щебня. Общая толщина покрытия составляет 10 мм. Низкая нагрузка на перекрытие (около 20 кг/кв.м).

Технико-экономические показатели

№п/п   Наименование показателей Единицы измерения  Количество 
1 Количество парковочных мест м/мест  162-180
2 Строительный объем куб.м  15 983,61
3 Площадь застройки кв.м 2 379,60
4 Общая площадь кв.м 6 759,08
5 Расчетная площадь кв.м 5 799,10
6 Полезная площадь кв.м 5 818,20
7 Этажность этажи 3

4. Конструктивная схема


Для сравнения были рассмотрены 2-е конструктивные схемы.

Схема №1 - прогонная:

1.1. Конструктивная схема – рамно-связевая.
1.2. Несущий каркас здания – двухпролетные (2х18 м) поперечные рамы с прогонным решением перекрытий.
1.3. Шаг рам – 6 м.
1.4. Пролет главных балок – 18 м.
1.5. Высота главных балок – 750 мм.
1.6. Пролет прогонов – 6 м.
1.7. Шаг прогонов – 3 м;.
1.8. Плита перекрытия – композитная (сталежелезобетонная) по профилированному настилу Н75. Общая толщина плиты – 150 мм.
1.9. Полная высота перекрытия – 900 мм.
1.10. Пространственная жесткость каркаса в вертикальном направлении обеспечивается жесткими соединениями балок с колоннами и системой вертикальных связей. В горизонтальном направлении – горизонтальными связями и композитной плитой перекрытия, которая посредством анкеров соединена с прогонами.
1.11. Монтажные стыки – на болтах. Заводские – сваркой.
1.12. Для пропуска инженерных сетей предусмотрены отдельные отверстия диаметром 220 мм.

Схема №2 - безпрогонная:

2.1. Конструктивная схема – шарнирно-связевая.
2.2. Несущий каркас здания – двухпролетные (2х18м) поперечные рамы с промежуточными длиннопролеными балками, опирающимися на подстропильные балки.
2.3. Шаг рам – 6 м.
2.4. Пролет балок настила – 18 м.
2.5. Шаг балок настила – 3 м.
2.6. Высота главных балок – 750 мм.
2.7. Пролет подстропильных балок – 6 м.
2.8. Плита перекрытия – композитная (сталежелезобетонная) по профилированному настилу Н75. Общая толщина плиты – 150 мм.
2.9. Полная высота перекрытия – 900 мм.
2.10. Пространственная жесткость каркаса в вертикальном направлении обеспечивается жестким опиранием колонн на фундаменты и системой вертикальных связей. В горизонтальном направлении – композитной плитой перекрытия, которая посредством анкеров соединена с длиннопролетными (главными) балками.
2.11. Монтажные стыки – на болтах. Заводские – сваркой.
2.12. Для пропуска инженерных сетей предусмотрены отдельные отверстия диаметром 220 мм.

В схеме №1 были рассмотрено несколько вариантов расчетных схем. Схема с шарнирными опираниями балка-колонна была отброшена из-за ее чрезмерной деформативности и большой металлоемкости, особенно учитывая отсутствие композитной работы главных балок. Далее были рассмотрены рамная и рамно-связевая схем. Схема, где все соединения колонна-балка предусматривались жесткими, также не оправдала себя из-за чрезмерного увеличения сечения крайних колонн основных рам и достаточно высокой металлоемкости. Наиболее приемлимой в этой схеме оказалось решение с шарнирными опираниями балок на крайние колонны, жесткими сопряжениями со средними колоннами и жестким опиранием на фундаменты. Это позволило объединить некоторые преимущества первых двух вариантов: перераспределить усилия в главных балках и уменьшить их сечения, не развивать чрезмерно сечение крайних колонн и уменьшить деформативность схемы.

В схеме №2, где шаг 18-метровых балок уменьшен до 3 м и обеспечена их совместная (композитная) работа с плитой перекрытия рассматривалась только одна расчетная схема с шарнирными соединениями балок и жесткими опираниями на фундаменты. Такая схема является одной из рекомендуемых схем перекрытий для паркингов.

В обеих конструктивных схемах с целью оптимизации размеров и типа сечений были сделаны три усовершенствования балок перекрытия:
  1. Учтена композитная работа балок (в Схеме №1 – прогонов; в Схеме №2 – 18-метровых балок).
  2. Предусмотрено переменное по длине сечение поясов 18-метровых балок.
  3. В стенках 18-метровых балок предусмотрены отдельные отверстия диаметром 220 мм для пропуска инженерных коммуникаций в случае такой необходимости.
Смена поперечного сечения поясов в Схеме №1 с учетом эпюры изгибающих моментов было выполнено на расстоянии 6 м от средних колонн. В Схеме №2 такая смена сечения выполнялась на расстоянии 3м от каждой опоры, что соответсвует рекоммендуемым (1/5…1/6)*L для шарнирно опертых балок. Условно решения балок показаны на рисунках ниже:



5. Укрупненная спецификация основных конструкций каркаса


С учетом конструктивного коэффициента полный вес металлоконструкций для Схемы №1 (прогонной) составил 234,80 т.
Из них:

Главные балки перекрытий 132,400 (С345)
Прогоны перекрытий  50,600 
Колонны 26,100
Горизонтальные связи 2,200
Вертикальные связи 1,700 
Прогоны рампы 9,900
Балки рампы 11,900
Итого  234,800 

С учетом площади рамп расход стали на кв.м полезной площади – 234800/5818,20=40,4 кг/кв.м. Прибавив к этому значению вес профнастила Н75-750-0,8 - 11,2 кг/кв.м, получим, что общая металлоемкость конструкции составляет 51,6 кг/кв.м.

Кроме того в Схеме №1 не обеспечивается композитная работа главных балок, а следственно они могут считаться раскрепленными от потери общей устойчивости только с шагом 3м. При этом их шаг составляет 6м при достаточно высоком уровне нагрузок. Для получения конкурентоспособной металлоемкости главные балки в Схеме №1 приняты из стали класса С345 (09Г2С). Если учесть, что стоимость стали С345 примерно на 10% выше, то в условном пересчете на сталь С245 тоннаж по Схеме №1 составляет 254,00 т. Этот пересчет сделан для сравнения со Схемой №2, где высокопрочные стали не применялись.

Для Схемы №2 (беспрогонной) вес стальных конструкций составил 245,80 т.

Из них:

Главные балки перекрытий 174,600
Прогоны перекрытий  отсутствуют
Подстропильные балки 29,000
Колонны 18,800
Горизонтальные связи отсутствуют
Вертикальные связи 1,600
Прогоны рампы 9,900
Балки рампы 11,900
Итого  245,800 т

Расход стали на кв.м полезной площади составляет – 245800/5818,20=42,2 кг/кв.м. С учетом профнастила – 53,4 кг/кв.м.
Стоит отметить, что в этом случае все металлоконструкции выполнены из стали С245.

Выводы
Из двух основных рассмотренных схем предпочительной является Схема №2. Это объясняется следующими критериями:
  1. С учетом параметра стоимости стали вторая схема дает экономию около 4%.
  2. Количество отправочных элементов сокращается почти в 1,8 раза, что серьезно сказывается как на количестве метизов, так и на стоимости монтажа.
  3. В Схеме №2 в перекрытии не применяются жесткие соединения на высокопрочных болтах, что уменьшает стоимость метизов и облегчает монтаж.
  4. Шарнирное опирание перекрытий позволяет унифицировать их для повторного применения в других проектах.
  5. В сравнении со Схемой №1 уменьшен габарит средних колонн – с 300х500 до 300х300.
  6. Дополнительной экономии металла на уровне до 20% возможно достичь примененяя особые типы сечений, например, балки с перфорированной стенкой из высокопрочной стали. Однако, экономический эффект от такого решения может нивелироваться за счет увеличения стоимости изготовления, что должно быть согласовано с производителем стальных конструкций.
6. Основные узлы




7. Противопожарная и антикоррозионная защита стальных конструкций


Одним из основных критериев, по которому был выбран именно трехуровневый паркинг, стала степень огнестойкости конструкций, что указано в исходных данных на проектирования. В соответствии с ДБН В.2.3-15-2007 открытым паркингам до 3-х уровней присваивается требуемая степень огнестойкости здания ІІІа, для которой огнезащита основных стальных конструкций каркаса за исключением лестниц не требуется (колонны – R15 M0; междуэтажные перекрытия – REI 15 M0; совмещенные перекрытия – RE 15 M1, R15 MO; лестничные площадки, косоуры, лестницы, балки и марши лестничных клеток – R60 M0). Для огнезащиты элементов лестниц на 60 мин достаточно применения интумесцентных покрытий или огнезащитных штукатурок, но также могут применяться и методы конструктивной огнезащиты.

С учетом такой степени огнестойкости, когда профнастилу не требуется огнезащитное покрытие, рекомендуется применять профнастил с рифами для обеспечения совместной работы с бетоном и учета его в качестве армирования плиты.

Антикоррозионная защита конструкций здания регламентируется ДСТУ Б В.2.6-193:2013 «Защита металлических конструкций от коррозии. Требования к проектированию». ДБН В.2.3-15:2007 определяет, что вентиляция паркинга должна быть организованна таким образом, чтобы концентрация загрязняющих веществ в воздухе не превышала предельно допустимых концентраций по ГОСТ 12.1.005 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны». Предельно допустимые концентрации, указанные в этом документе позволяют отнести среду в паркингах к категории «В» агрессивных газов по ДСТУ Б В.2.6-193:2013. С учетом нормального влажностного режима степень агрессивного воздействия среды по ДСТУ Б В.2.6-193:2013 для данного здания – среднеагрессивная. Для таких условий требуется 80 мкм лакокрасочного покрытия со степенью очистки поверхности не ниже 2-й (Sa21⁄2 по ISO). Поскольку огнезащитные покрытия на конструкции не наносятся, лакокрасочное покрытие наносится в полном объеме и состоит и 2-х слоев грунтовки и одного финишного слоя краски.

Профнастил перекрытия поставляется оцинкованным.