W niniejszej pracy przedstawiono wyniki przeprowadzonej analizy porównawczej wyników otrzymanych, w dwóch różnych podejściach obliczeniowych związanych z modelowaniem wznoszenia konstrukcji. Podejścia te polegają na:

• wykonaniu obliczeń części nadziemnej w środowisku Autodesk Robot Structural Analysis Professional 2019 (zwanego dalej, jako ARSAP), a następnie przyłożeniu sił reakcji do części podziemnej budynku wykonanej w specjalistycznym oprogramowaniu ZSoil firmy Zace Ltd.;
• przeprowadzeniu etapowanych obliczeń dla całego budynku wraz z częścią podziemną w środowisku ZSoil.

Opis konstrukcji

Analizowany obiekt jest budynkiem wielkokubaturowym, czternastokondygnacyjnym o funkcji usługowo-biurowej z garażem podziemnym przewidzianym na kondygnacjach od -1 do -3. Funkcję usługową zaplanowano na parterze budynku, funkcję biurową na piętrach 1–10, na 11. piętrze przewidziano pomieszczenia techniczne oraz taras widokowy. Powierzchnia całkowita budynku wynosi 13 642 m² , przy czym powierzchnia biurowa netto to około 12 000 m². Parking podziemny pomieści 243 samochody osobowe.

Rys. 1 Widok z kierunku północno-zachodniego na model w ARSAP z panelami osłonowymi

Rys. 2 Widok z kierunku północno-wschodniego na model w ARSAP z panelami osłonowymi

Rys. 3 Widok z kierunku południowo-wschodniego na model w ARSAP z panelami osłonowymi

Rys. 4 Widok z kierunku południowo-zachodniego na model w ARSAP z panelami osłonowymi

Rozwiązania konstrukcyjno-materiałowe

Budynek posiada konstrukcję monolityczną, żelbetową o układzie konstrukcyjnym tarczowo-płytowo-słupowym. Na wszystkich kondygnacjach zaprojektowano stropy monolityczne żelbetowe o stałej grubości. Funkcję usztywniającą budynku pełnią dwa trzony żelbetowe (rys. 5, 6), a także ściany w części północnej (rys. 1, 4).

Rys. 5 Trzon w części północnej budynku. Fragment modelu wykonanego w ARSAP

Rys. 6 Trzon w części południowej budynku. Fragment modelu wykonanego w ARSAP

Opis podłoża w miejscu inwestycji

W niniejszym opracowaniu wykorzystano wyniki z trzech sondowań CPTU oraz z trzech sondowań SDMT. Na rysunku numer 7 przedstawiono rozmieszczenie miejsc odwiertów względem budynku.

Rys. 7 Rzut poziomu -3 z zaznaczonymi lokalizacjami badań

Rys. 8 Interpretacja warstw gruntów w podłożu na bazie sondowań CPTU

Na podstawie sondowań SDMT i CPTU w programie Microsoft Exel 2016 wykonano estymację parametrów do modelu HSs. Między innymi wyznaczono referencyjne moduły sztywności, które porównano z ich wartościami średnimi, by wyznaczyć wartości skorygowane przyjęte do modelu. Wahają się one od 80% do 95% wartości średnich. Wartość końcową Eoref przyjęto jako średnią arytmetyczna skorygowanych wartości E0ref ,CPTU oraz E0ref SDMT.

Opis problemu

Z uwagi na to, iż w programie ARSAP nie ma możliwości prawidłowego zamodelowania etapów wznoszenia konstrukcji, przeanalizowane zostały dwa modele obliczeniowe, wykonane w programie ZSoil, który umożliwia wykonanie zaawansowanych obliczeń inżynierskich związanych z zagadnieniami geotechnicznymi. Pierwszym z nich jest kompleksowy, uwzględniający harmonogram budowy model budynku i podłoża(nazywany PODZIEMIE + BUDYNEK - ZSOIL) oraz drugi model(PODZIEMIE - ZSOIL, SIŁY - ARSAP), gdzie część nadziemna budynku zostanie odcięta, a do części podziemnej zostaną przyłożone siły reakcji modelu części nadziemnej wykonanego w programie ARSAP. Aby analiza sił i osiadań w płycie dennej była wiarygodna wykonano czwarty model. Jest nim model części nadziemnej wykonany w programie ZSoil, nazywany dalej BUD - ZSOIL, celem sprawdzenia poprawności wykonywanych obliczeń.

Rys. 9 Kompleksowy model wraz z podłożem.

Wyniki analizy

Dla wykonania prawidłowej analizy sił wewnętrznych w płycie dennej i jej osiadań wykonano porównanie sumy sił reakcji części nadziemnej budynku w programie ZSoil oraz ARSAP dla każdego przypadku obciążenia. Zestawienie wyników znajduje się w Tab. 1.

Tab. 1 Wartość sum reakcji na kierunku pionowym dla poszczególnych przypadków obciążenia

Po wykonaniu porównania sum sił reakcji części nadziemnej, sprawdzono sumy reakcji całych modeli w odpowiednich dla siebie krokach czasowych. Otrzymano wartości praktycznie identyczne.

Mapy momentów

Rys. 10 PODZIEMIE-ZSOIL-SIŁY-ARSAP: Mapa obwiedni momentów Wood-Armer Mbot xx wymiarujących dolną siatkę zbrojenia wyłącznie od ciężaru własnego konstrukcji bez obciążeń warstw wykończeniowych

Rys. 11 PODZIEMIE + BUDYNEK - ZSOIL: Mapa obwiedni momentów Wood-Armer Mbot xx wymiarujących dolną siatkę zbrojenia wyłącznie od ciężaru własnego konstrukcji bez obciążeń warstw wykończeniowych

Rys. 12 PODZIEMIE-ZSOIL-SIŁY-ARSAP: Mapa obwiedni momentów Wood-Armer Mbot yy wymiarujących dolną siatkę zbrojenia wyłącznie od ciężaru własnego konstrukcji bez obciążeń warstw wykończeniowych

Rys. 13 PODZIEMIE + BUDYNEK - ZSOIL: Mapa obwiedni momentów Wood-Armer Mbot yy wymiarujących dolną siatkę zbrojenia wyłącznie od ciężaru własnego konstrukcji bez obciążeń warstw wykończeniowych

Rys. 14 PODZIEMIE-ZSOIL-SIŁY-ARSAP: Mapa obwiedni momentów Wood-Armer Mtop xx wymiarujących górną siatkę zbrojenia wyłącznie od ciężaru własnego konstrukcji bez obciążeń warstw wykończeniowych

Rys. 15 PODZIEMIE + BUDYNEK - ZSOIL: Mapa obwiedni momentów Wood-Armer Mtop xx wymiarujących górną siatkę zbrojenia wyłącznie od ciężaru własnego konstrukcji bez obciążeń warstw wykończeniowych

Rys. 16 PODZIEMIE-ZSOIL-SIŁY-ARSAP: Mapa obwiedni momentów Wood-Armer Mtop yy wymiarujących górną siatkę zbrojenia wyłącznie od ciężaru własnego konstrukcji bez obciążeń warstw wykończeniowych

Rys. 17 PODZIEMIE + BUDYNEK - ZSOIL: Mapa obwiedni momentów Wood-Armer Mtop yy wymiarujących górną siatkę zbrojenia wyłącznie od ciężaru własnego konstrukcji bez obciążeń warstw wykończeniowych

Mapy osiadań

Rys. 18 PODZIEMIE - ZSOIL - SIŁY - ARSAP: Mapa osiadań fundamentu tylko od ciężaru własnego konstrukcji bez obciążeń warstw wykończeniowych

Rys. 19 PODZIEMIE + BUDYNEK - ZSOIL: Mapa osiadań fundamentu tylko od ciężaru własnego konstrukcji bez obciążeń warstw wykończeniowych

Wnioski

Na podstawie uzyskanych wyników obliczeń można wysunąć następujące wnioski:

1. Porównując obwiednie momentów Armera-Wooda Mbot xx, Mbot yy wymiarujących dolną siatkę zbrojenia, uzyskanych wyłącznie od ciężaru samego budynku (bez obciążeń wykończeniowych) można zauważyć, że obciążenie w modelu PODZIEMIE - ZSOIL - SIŁY ARSAP jest inaczej przekazywane na płytę niż w modelu BUDYNEK + PODZIEMIE - ZSOIL. Jak można zobaczyć na rys. 10 - 13 wartości momentów Armera-Wooda Mbot xx, Mbot yy w podejściu BUDYNEK + PODZIEMIE - ZSOIL sa skupione w części centralnej, natomiast w podejściu PODZIEMIE ZSOIL - SIŁY ARSAP są rozmyte.
2. Na rys. 10 - 17, przedstawiających obwiednie wartości momentów Armera-Wooda Mbot xx, Mbot yy , Mtop xx , Mtop yy , uzyskanych wyłącznie od ciężaru własnego konstrukcji(bez obciążeń wykończeniowych) można zobaczyć, że większe (średnio o 35 %) wartości uzyskano dla podejścia obliczeniowego BUDYNEK + PODZIEMIE - ZSOIL.
3. Na rys.12 przedstawiającym obwiednie wartości momentów Armera-Wooda Mbot xx, uzyskanych w modelu PODZIEMIE - ZSOIL - SIŁY ARSAP od ciężaru samego budynku (bez obciążeń wykończeniowych) zaznaczono miejsce mocno wytężone. W podejściu BUDYNEK + PODZIEMIE - ZSOIL wartość momentu Armera-Wooda Mbot xx, w tym miejscu spadła o około 10%.
4. Porównując obwiednie wartości momentów Armera-Wooda wymiarujących górną siatkę zbrojenia na kierunku X, uzyskanych od ciężaru własnego konstrukcji(bez obciążeń wykończeniowych), można zauważyć, iż wartości momentów przedstawionych na rys.50, 51 w zaznaczonych miejscach różnią się. Dodatkowo w okolicy południowego trzonu oraz na styku płyty i ściany szczelinowej występuje różnica wartości momentów o wartości około 40 kNm/m.
5. Na rys. 14,15 przedstawiających obwiednie wartości momentów Armera-Wooda Mtop xx wymiarujących górna siatkę zbrojenia na kierunku X można zauważyć, że w okolicy północnego trzonu różnica momentów waha się od 50 do 100 kNm/m, czyli o około 13%.
6. Zestawiając rys. 10 i 11 a także inne rysunki ukazujące wartości momentów Armera-Wooda Mbot xx, Mbot xx można zauważyć, że w podejściu BUDYNEK + PODZIEMIE - ZSOIL siły są skoncentrowane wokół trzonów budynku, natomiast w podejściu PODZIEMIE - ZSOIL - SIŁY ARSAP są bardziej rozmyte na pozostałe obszary płyty fundamentowej.
7. Zarówno wartość osiadań jak i ich forma jest różna dla każdego przedstawionego przypadku dla obu podejść obliczeniowych. Można to zaobserwować na rysunkach: 18 - 19. Dla samego ciężaru własnego, czyli niemal idealnie takiego samego obciążenia. Różnica maksymalnych osiadań pomiędzy modelami wyniosła: 15.4%.
8. Czas obliczeń modelu BUD - ARSAP(1 krok obliczeniowy) zajmuje około 40 minut, natomiast BUD - ZSOIL(16 kroków obliczeniowych) niecałą godzinę. PODZIEMIE - ZSOIL - SIŁY ARSAP (160 kroków) liczy się około 18-stu godzin, natomiast BUDYNEK + PODZIEMIE - ZSOIL (220 kroków obliczeniowych) około 28 h.