строительство высотных зданий предполагает что

Проектирование и строительство высотных зданий

Ю. Г. Граник, доктор техн. наук, директор по научной деятельности ОАО «ЦНИИЭП жилища»

Высотным принято называть здание высотой более 75 м (более 25 этажей). Эти здания могут иметь разное назначение: быть гостиницами (Ленинградская, Киевская), офисами (Министерство иностранных дел на Смоленской площади), жилыми домами (Кудринская площадь, Котельническая набережная), учебными зданиями (МГУ). Чаще всего высотное здание является многофункциональным. В нем, помимо помещений основного назначения, размещаются автостоянки, магазины, офисы, кинотеатры и др.

Московским Правительством принята программа «Новое кольцо», предусматривающая строительство более 60 многофункциональных высотных зданий. Существенным фактором, негативно влияющим на развитие высотного строительства, является отсутствие современной нормативной базы, без которой невозможно успешное развитие этого вида строительства.

Жилой комплекс «Алые паруса»

В этой связи Госстрой России совместно с Правительством Москвы наметили в течение 2004 года создание нормативной базы, включающей разработку московских городских строительных норм (МГСН) на проектирование многофункциональных высотных зданий и целого ряда рекомендаций, охватывающих разные аспекты проектирования таких зданий. К разработке этих документов привлечено свыше 20 ведущих научно-исследовательских, проектных, строительных и эксплуатационных организаций. Головной организацией, координирующей всю эту работу, назначено ОАО «ЦНИИЭП жилища».

Несущие конструкции высотного здания «Эдельвейс»

В ряде стран особенно в США, накоплен значительный опыт проектирования, строительства и эксплуатации высотных зданий. Одним из первых высотных зданий можно считать Вулворт билдинг (Woolworth Building) в Нью-Йорке высотой 241 м (57 этажей), возведенный в 1913 году. Долгое время самым высоким зданием в мире считался Эмпайр стейт билдинг (Empire State Building), имеющий 102 этажа и общую высоту 381 м (с антенной – 448 м). В дальнейшем его потеснили здания Международного торгового центра (World Trade Center) в Нью-Йорке (415, 417 м) и Сирс Тауэр (Sears Tower) в Чикаго (442 м). В последние годы строительство самых высоких зданий переместилось на Восток – в Малайзию, Тайвань и Китай.

Несущие конструкции высотного здания «Эдельвейс»

В 1998 году в Куала-Лумпур построены две башни-близнецы Петронас-тауэрс (Petronas Towers) высотой 452 м, в 2004 году в Тайбее планируется завершить строительство здания Международного финансового центра (Taipei 101, более известный как Taipei Financial Center) высотой 448 м (со шпилем – 508 м). Здание Шанхайского всемирного финансового центра (World Financial Center), строительство которого предполагается завершить в 2007 году, будет составлять 492 м. Существует проект строительства в Сеуле к 2008 году 580-метрового здания (International Business Center).

В последние годы в Москве активно строятся высотные здания. Среди них высотные жилые комплексы «Алые паруса» (рис. 1) и «Эдельвейс» (рис. 4).

Высотные здания, особенно здания значительной высоты, имеют свою специфику, существенно отличающую их от обычных зданий. Во-первых, с ростом высоты здания резко увеличиваются нагрузки на несущие конструкции, в связи с чем с развитием высотного строительства было разработано несколько конструктивных систем таких зданий: каркасная, рамно-каркасная, поперечно-стеновая, ствольная, коробчатая, ствольно-коробчатая («труба в трубе», «труба в ферме») и др.

Выбор той или иной конструктивной системы зависит от многих факторов, основными из которых считаются высота здания, условия строительства (сейсмичность, грунтовые особенности, атмосферные, особенно ветровые, воздействия), архитектурно-планировочные требования. Следует отметить, что по данным немецких исследователей ветровые нагрузки в большинстве случаев более значимы, нежели сейсмические воздействия. Одни из наиболее высоких на сегодняшний день зданий – Джон Хенкок Сентер в Чикаго и Международный финансовый центр в Тайбее – выполнены по схеме «труба в ферме», при которой наружный периметр стен жестко связан со стволом и дополнительно укреплен мощными диагональными связями. В этом случае все здание работает как жесткая консоль, заделанная в тело фундамента.

Для уменьшения колебаний высотных зданий под действием ветрового напора в последние годы стали применять подвешенные в их верхней части инертные массы.

Практикой строительства установлено, что каркасные и рамно-каркасные системы, обладающие ограниченной жесткостью, целесообразно применять в зданиях высотой до 40 этажей, ствольные – до 50–60 этажей, ствольно-коробчатые и коробчатые – до 80–90 этажей, а свыше этого – по схеме «труба в ферме».

Одними из основных требований, предъявляемых к высотным зданиям, как показала мировая практика, являются требования комплексной безопасности, предусматривающие обеспечение путей эвакуации при кризисных ситуациях, противопожарные и антитеррористические мероприятия, надежный контроль и управление всеми системами инженерного оборудования, дублирование ряда систем жизнеобеспечения и др.

В связи с этим российскими нормативами (СНиП 10-01-94 и СНиП 21-01-97*) в настоящее время предусмотрена разработка технических условий на проектирование каждого высотного здания. ОАО «ЦНИИЭП жилища» совместно с рядом других организаций в целях обеспечения полного и обоснованного составления технических условий по заданию Москомархитектуры разработал в 2002 году «Общие положения к техническим требованиям по проектированию жилых зданий высотой более 75 м». Они являются практическим руководством по составлению технических условий, отражающим особенности проектирования высотных зданий.

Жилой 43-этажный дом «Эдельвейс»

В «Общие положения» включены разделы по архитектурно-планировочным решениям, основаниям, фундаментам и подземным частям высотных зданий, их инженерному и санитарно-гигиеническому обеспечению, а также комплексу противопожарных мероприятий.

Архитектурно-планировочные решения жилого высотного здания должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к жилищу I категории по уровню комфортности. Вместимость проектируемых автостоянок необходимо обеспечивать в соответствии с требованиями МГСН 1.01.99 к жилищу I категории. Учитывая условия эксплуатации высотных зданий, требуется снаружи размещать специальные технические средства для ремонта фасадов и стеклопрозрачных ограждений. Приквартирные летние помещения подлежат обязательному остеклению и применению соответствующих ограждений для снижения психологического дискомфорта высотобоязни у жильцов, а окна выше 20–22 этажей в целях безопасности рекомендуется выполнять с неоткрывающимися наружными створками.

Следует особо остановиться на применении стеклопрозрачных ограждений. Анализ проектов уже первых высотных зданий показывает, что архитекторы склонны широко применять остекленные наружные ограждения и витражи. При этом не учитывается, что сопротивление теплопередачи этих конструкций не превышает 0,8 (м 2 •К)/Вт, что в 4 раза ниже требуемого сопротивления теплопередачи, предъявляемого к наружным стенам. Вследствие этого становится невозможным сделать теплоэффективными высотные здания с такими решениями фасадов.

Проектирование оснований, фундаментов и подземных частей высотных зданий могут выполнять только организации, имеющие лицензию на строительное проектирование зданий I и II уровней ответственности в сложных инженерно-геологических условиях.

При проектировании высотных зданий их следует размещать на территориях, где отсутствуют проявления карстовой опасности и оползневых явлений, а также в зонах проявления других опасных и техногенных процессов.

Предъявляется ряд особых требований к инженерно-геологическим изысканиям при проектировании высотных зданий. В качестве фундаментов рекомендуются плитные, в том числе повышенной жесткости (коробчатые), комбинированные плитно-свайные и свайные. Учитывая особенности московских грунтов и сложные техногенные условия, удельные нагрузки на основание под плитными элементами фундамента не следует принимать более 0,5 МПа. Сами же фундаменты должны выполняться из бетона класса не ниже В25.

Расчет оснований, фундаментов и подземных частей высотного здания необходимо выполнять по двум предельным состояниям: по несущей способности и по деформациям (осадкам, кренам, прогибам и пр.). Специфичным для таких зданий является требование, чтобы расчет системы основание – фундамент – надфундаментные конструкции выполнялся с учетом последовательности и принятой технологии возведения здания. В процессе проектирования, начиная с предпроектной стадии до начала строительства, необходимо разрабатывать программу мониторинга, предусматривающую обследование зданий окружающей застройки, их оснований и фундаментов.

Основные несущие конструкции следует выполнять из железобетона с гибкой и жесткой арматурой и стали. Зарубежный опыт показывает, что железобетон целесообразно применять при высоте зданий до 60 этажей. По немецким источникам использование высокопрочного бетона классов В80 и выше нерационально из-за его хрупкости, более низкой по сравнению с обычной технологичностью и высокой стоимостью. Стальные несущие конструкции следует надежно защищать от воздействия огня, обеспечивая их предел огнестойкости, равный R 180. В качестве стволов (ядер) высотных зданий следует использовать лестнично-лифтовые узлы из железобетона по возможности в сочетании с блоком вентиляционных шахт.

Крышу высотного здания следует проектировать с внутренним водостоком.

Защита конструкций и всего высотного здания в целом от прогрессирующего обрушения обеспечивается такими мероприятиями, как неразрезность (статическая неопределимость) основных несущих частей, соответствующим проектированием узлов и соединений конструктивных элементов, гарантированным качеством применяемых материалов и другими мероприятиями.

Комплекс инженерного обеспечения высотного здания включает более 30 систем. Ряд инженерных систем, таких как водопровод, канализация, мусоропроводы и др., необходимо зонировать в пределах между соседними техническими этажами, которые должны располагаться по высоте на расстоянии не более 50 м. Помимо централизованных источников теплоснабжения высотного здания требуется предусматривать автономные источники теплоснабжения (АИТ), которые могут размещаться как в самом здании, так и в виде отдельно стоящих объектов. Необходимое количество лифтов, их грузоподъемность и скорость определяют расчетом при принятом интервале движения лифтов 80–100 с, а каждый лифт необходимо располагать в отдельной шахте.

В высотных зданиях все электроприемники по степени надежности относятся к 1 и 2 категориям. К 1 категории надежности относятся противопожарные системы, пожарная и охранная сигнализация, лифты, эвакуационное и аварийное освещение, оповещение людей при пожаре, огни светового ограждения и другие ответственные электроприемники. Их питание требуется осуществлять от двух независимых источников питания с устройством автоматического включения резерва (АВР).

Особое внимание при проектировании и эксплуатации высотных зданий уделяется противопожарным мероприятиям. Несущие конструкции зданий должны удовлетворять повышенным требованиям по пределам огнестойкости, равным не менее REI 180. То же относится к коммуникационным шахтам и шахтам дымоудаления. Само здание должно соответствовать 1-й степени огнестойкости при его высоте до 100 м, а более высокие – особой степени огнестойкости, а класс конструктивной пожарной опасности – СО. Для обеспечения доступа пожарных в любую квартиру на фасадах здания рекомендуется предусматривать специальные испытанные подъемные устройства с возможностью их использования для ремонта фасадов и мойки стекол. Сказанное относится только к части большого комплекса противопожарных мероприятий, которые обязательны при проектировании и эксплуатации высотных зданий.

Помимо этого, при разработке МГСН «Многофункциональные высотные здания и комплексы» будет регламентирована их комплексная безопасность, включающая безотказность и управляемость всех инженерных систем и мероприятия, связанные с антитеррористической деятельностью. Мировой опыт эксплуатации таких зданий подтверждает их необходимость.

Источник

Строительство высотных зданий предполагает что

ЗДАНИЯ И КОМПЛЕКСЫ ВЫСОТНЫЕ

High rise buildings and complexes. Design rules

Дата введения 2017-07-01

Предисловие

Сведения о своде правил

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»

3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России)

5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт)

Изменение N 1 внесено изготовителем базы данных по тексту М.: Стандартинформ, 2021

Введение

Настоящий свод правил устанавливает требования к проектированию высотных зданий и комплексов с учетом СП 48.13330, СП 54.13330, СП 59.13330, СП 113.13330, СП 118.13330, СП 126.13330.

Изменение N 1 к своду правил разработано АО «ЦНИИПромзданий» (канд. архитектуры Д.К.Лейкина, канд. архитектуры Н.В.Дубынин, канд. техн. наук М.Ю.Граник, Ю.Л.Кашулина), НП «АВОК» (д-р техн. наук Ю.А.Табунщиков, А.Н.Колубков), ФГБУ «ЦНИИП Минстроя России» (канд. техн. наук Д.Г.Пронин), НПО «Пульс» (д-р техн. наук Е.А.Мешалкин), ООО «Пожарный инженер» (С.В.Бурцев), ООО «Главный конструктор» (С.А.Тимонин), ООО «ИНРАСП ЭКСПЕРТ» (И.С.Шаховцев, И.Ю.Сарычев).

1 Область применения

1.1 Настоящий свод правил распространяется на проектирование и строительство новых высотных зданий и комплексов и устанавливает требования к их проектированию.

1.2 Настоящий свод правил не распространяется на капитальный ремонт, реконструкцию и модернизацию высотных зданий, а также на проектирование высотных сооружений.

1.3 Настоящий свод правил может применяться при проектировании и строительстве жилых зданий и комплексов высотой более 75 м, общественных зданий выше 50 м, а также многофункциональных зданий, в которых помещения общественного назначения располагаются на высоте более 50 м.

2 Нормативные ссылки

В настоящем своде правил приведены нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 4.224-83 Система показателей качества продукции. Строительство. Материалы и изделия полимерные строительные герметизирующие и уплотняющие. Номенклатура показателей

ГОСТ 12.1.036-81 Система стандартов безопасности труда. Шум. Допустимые уровни в жилых и общественных зданиях

ГОСТ 12.2.233-2012 (ISO 5149:1993) Система стандартов безопасности труда. Системы холодильные холодопроизводительностью свыше 3,0 кВт. Требования безопасности

ГОСТ 12.4.026-2015 Система стандартов безопасности труда. Цвета сигнальные, знаки безопасности и разметка сигнальная. Назначение и правила применения. Общие технические требования и характеристики. Методы испытаний

ГОСТ 5686-2012 Грунты. Методы полевых испытаний сваями

ГОСТ 5746-2015 (ISO 4190-1:2010) Лифты пассажирские. Основные параметры и размеры

ГОСТ 8267-93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия

ГОСТ 8736-2014 Песок для строительных работ. Технические условия

ГОСТ 10178-85 Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия

ГОСТ 11024-2012 Панели стеновые наружные бетонные и железобетонные для жилых и общественных зданий. Общие технические условия

ГОСТ 11118-2009 Панели из автоклавных ячеистых бетонов для наружных стен зданий. Технические условия

ГОСТ 14918-80 Сталь тонколистовая оцинкованная с непрерывных линий. Технические условия

ГОСТ 18105-2018 Бетоны. Правила контроля и оценки прочности

ГОСТ 22266-2013 Цементы сульфатостойкие. Технические условия

ГОСТ 23118-2012 Конструкции стальные строительные. Общие технические условия

ГОСТ 23732-2011 Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия

ГОСТ 24211-2008 Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия

ГОСТ 24866-2014 Стеклопакеты клееные. Технические условия

ГОСТ 25621-83 Материалы и изделия полимерные строительные герметизирующие и уплотняющие. Классификация и общие технические требования

ГОСТ 25772-83 Ограждения лестниц, балконов и крыш стальные. Общие технические условия

ГОСТ 25820-2014 Бетоны легкие. Технические условия

ГОСТ 25945-98 Материалы и изделия полимерные строительные герметизирующие нетвердеющие. Методы испытаний

ГОСТ 26602.2-99 Блоки оконные и дверные. Методы определения воздухо- и водопроницаемости

ГОСТ 26633-2015 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия

ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения

ГОСТ 27772-2015 Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия

ГОСТ 28870-90 Сталь. Методы испытания на растяжение толстолистового проката в направлении толщины

ГОСТ 30247.0-94 (ИСО 834-75) Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования

ГОСТ 30494-2011 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях

ГОСТ 30826-2014 Стекло многослойное. Технические условия

ГОСТ 31108-2016 Цементы общестроительные. Технические условия

ГОСТ 31310-2015 Панели стеновые трехслойные железобетонные с эффективным утеплителем. Общие технические условия

ГОСТ 31914-2012 Бетоны высокопрочные тяжелые и мелкозернистые для монолитных конструкций. Правила контроля и оценки качества

ГОСТ 31937-2011 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния

ГОСТ 32019-2012 Мониторинг технического состояния уникальных зданий и сооружений. Правила проектирования и установки стационарных систем (станций) мониторинга

ГОСТ 32484.1-2013 (EN 14399-1:2005) Болтокомплекты высокопрочные для предварительного натяжения конструкционные. Общие требования

ГОСТ 32496-2013 Заполнители пористые для легких бетонов. Технические условия

ГОСТ 32803-2014 Бетоны напрягающие. Технические условия

ГОСТ 33079-2014 Конструкции фасадные светопрозрачные навесные. Классификация. Термины и определения

ГОСТ 33652-2019 (EN 81-70:2018) Лифты. Специальные требования безопасности и доступности для инвалидов и других маломобильных групп населения

ГОСТ 33966.1-2016 (EN 115-1:2008+А1:2010) Эскалаторы и пассажирские конвейеры. Требования безопасности к устройству и установке

ГОСТ 34305-2017 (EN 81-72:2015) Лифты пассажирские. Лифты для пожарных

ГОСТ 34442-2018 (EN 81-73:2016) Лифты. Пожарная безопасность

ГОСТ IEC 60332-3-22-2011 Испытания электрических и оптических кабелей в условиях воздействия пламени. Часть 3-22. Распространение пламени по вертикально расположенным пучкам проводов или кабелей. Категория А

ГОСТ Р 12.2.143-2009 Система стандартов безопасности труда. Системы фотолюминесцентные эвакуационные. Требования и методы контроля

ГОСТ Р 51241-2008 Средства и системы контроля и управления доступом. Классификация. Общие технические требования. Методы испытаний

ГОСТ Р 52105-2003 Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Классификация и методы переработки ртутьсодержащих отходов. Основные положения

ГОСТ Р 52246-2016 Прокат листовой горячеоцинкованный. Технические условия

ГОСТ Р 53195.1-2008 Безопасность функциональная связанных с безопасностью зданий и сооружений систем. Часть 1. Основные положения

ГОСТ Р 53195.2-2008 Безопасность функциональная связанных с безопасностью зданий и сооружений систем. Часть 2. Общие требования

ГОСТ Р 53195.3-2015 Безопасность функциональная связанных с безопасностью зданий и сооружений систем. Часть 3. Требования к системам

ГОСТ Р 53195.4-2010 Безопасность функциональная связанных с безопасностью зданий и сооружений систем. Часть 4. Требования к программному обеспечению

ГОСТ Р 53195.5-2010 Безопасность функциональная связанных с безопасностью зданий и сооружений систем. Часть 5. Меры по снижению риска, методы оценки

Источник

Конструктивные решения высотных зданий

Прочность, устойчивость и пространственная жесткость высот­ных зданий обеспечиваются совместной работой горизонтальных (пе­рекрытий) и вертикальных (стен и рам) конструкций. Через перекрытия вертикальные и горизонтальные нагрузки, действующие на здание, пе­редаются вертикальным несущим конструкциям, а от них на грунт. Ин­тенсивность, направление и характер передачи нагрузок зависят от геометрии вертикальных элементов и их расположения в плане.

В проектировании и строительстве высотных зданий приме­няются разнообразные конструктивные решения, принимаемые про­ектировщиками в зависимости от различных факторов:

Важное значение имеют четыре первых фактора, остальные во многом зависят от конкретных условий строительства.

В зависимости от принятой конструктивной схемы здания вертикальные несущие конструкции могут состоять либо из системы стоек и балок типа каркасов, либо из системы стен-диафрагм – сплошных или решетчатых, либо из тех и других вместе (комбини­рованные системы). Стены-диафрагмы могут быть из линейных элементов или объединяться в трехмерные конструкции – ядра (стволы) жесткости. Плоские стены, в свою очередь, могут быть не­прерывными в плане, пересекающими все здание или иметь произ­вольное расположение.

Так как решающее значение при проектировании высотных зданий имеют горизонтальные нагрузки, например ветровые и сейс­мические, вертикальные несущие конструкции должны состоять из достаточно жестких конструктивных элементов, чтобы исключить нежелательные деформации здания. С целью увеличения жесткости в продольном и поперечном направлениях здания устраивается система горизонтальных связей. Горизонтальные нагрузки через перекрытия передаются вертикальным связевым конструкциям. Передача горизонтальных нагрузок происходит с помощью соединении, воспринимаемых сдвигающие усилия и устраиваемых между верти­кальными несущими конструкциями и перекрытиями.

Выбор вертикальных несущих конструкций, их комбинаций и связей является выбором конструктивной системы здания, жест­кость которой определяется расчетом и зависит от многих факторов. Наиболее важным фактором с точки зрения обеспечения устойчиво­сти высотного здания является оказание им сопротивления ветро­вым нагрузкам, увеличивающимся с повышением высоты здания.

По функциям конструктивные элементы, из которых состоит высотное здание, в зависимости от их назначения подразделяется на две группы: несущие и ограждающие. Несущие конструкции здания состоят из взаимосвязанных горизонтальных и вертикальных эле­ментов. В совокупности они образуют конструктивную систему, которую называют несущим остовом здания.

Критерием выбора конструктивной системы высотного здания является удовлетворение условиям жесткости и устойчивости, а также комфортности пребывания людей на верхних этажах, зависящим от величины и характера ветровых нагрузок:

В случае невыполнения этих условий требуется увеличить же­сткость высотного здания, что достигается либо заменой конструк­тивной системы на более жесткую, либо включением в работу дополнительных вертикальных несущих конструкций, к которым от­носятся стены, рамы, стволы (ядра жесткости) и их комбинации. Для увеличения жесткости зданий вертикальные несущие конструкции, в свою очередь, дополнительно могут усиливаться связями, в качестве которых применяются связевые системы как в виде отдельных пло­ских или решетчатых диафрагм, устраиваемых в плане, так и в виде связевых поясов – ферм, предусматриваемых в одном или несколь­ких уровнях по высоте здания.

Горизонтальные несущие конструкции – перекрытия и покрытия здания воспринимают приходящиеся на них вертикальные и горизонтальные нагрузки и воздействия, передавая их поэтажно на вертикальные несущие конструкции, последние, в свою очередь, передают эти нагрузки и воздействия через фундаменты основанию. Горизонтальные несущие конструкции высотных зданий, как прави­ло, однотипны и обычно представляют собой железобетонный диск (сборный, монолитный или сборно-монолитный) или (в последнее время) сталежелезобетонный, они воспринимают приходящиеся на них вертикальные и горизонтальные нагрузки и воздействия, пере­давая их поэтажно на вертикальные несущие конструкции – колон­ны, стены, пилоны и через фундамент на основание (грунт).

Вертикальные несущие конструкции классифицированы на четыре основные конструктивные системы высотных зданий – кар­касную (рамную), стеновую (бескаркасную, диафрагмовую), ствольную и оболочковую:

каркасная – с пространственным рамным каркасом, применя­ется преимущественно в строительстве многоэтажных сейсмостойких зданий. В свою очередь, каркасные системы подразделяются на рамно­каркасные, каркасные с диафрагмами жесткости, каркасно-ствольные;

Основные конструктивные системы ориентированы на вос­приятие всех силовых воздействий одним типом несущих элемен­тов. Так, например, при стержневых конструкциях узлы сопряжения колонн с ригелями должны быть жесткими (рамными) в обоих на­правлениях, чтобы обеспечить восприятие вертикальных и горизон­тальных воздействий.

Наряду с основными системами широко применяют и комбинированные конструктивные системы. В этих системах вертикальные несущие конструкции компонуются их различных видов элементов. К их числу относятся системы: каркасно-диафрагмовая со связями в виде стен – диафрагм жесткости, с неполным каркасом (несущие на­ружные стены и внутренний каркас), каркасно-ствольная, ствольно­стеновая, ствольно-оболочковая и др. (рисунок ниже).

Применяемые конструктивные системы высотных зданий

а – бескаркасная (стеновая); б – рамная; в – каркасная с диафрагмами жесткости; г – ствольная; д – каркасно-ствольная; е – коробчатая (оболочковая); ж – коробчато-ствольная (оболочково-ствольная)

Высотные здания состоят из различных конструктивных эле­ментов, располагаемых как в подземной, так и в надземной частях высотного здания.

Подземные конструкции. В системе «высотное здание – фун­даменты – основание» наиболее нагруженными конструкциями яв­ляются конструкции подземной части, на которые передаются все действующие на здание вертикальные, ветровые (или сейсмические] нагрузки. Промежуточным звеном в этой системе являются фунда­менты, от выбора типа которых зависит как надежное функциониро­вание остальных несущих конструкций высотного здания, так и комфортное пребывание в них людей.

Футдаментом называется подземная часть здания или соору­жения, воспринимающая все нагрузки, как постоянные, так и временные, возникающие в надземных частях, и передающая давление от этих нагрузок на основание.

Одним из основных факторов, влияющих на выбор типа фундаментов, являются инженерно-геологические условия площадки строительства. Результаты этих изысканий обеспечивают предварительную оценку несущей способности основания, его возможность осадок и их неравномерности, общей устойчивости основания. Не­благоприятные результаты могут служить основанием для отказа от выбранной площадки строительства по требованиям безопасности или из-за высокой стоимости мероприятий по понижению интен­сивности влияния этих процессов. Кроме того, изыскания позволяют выявить возможное влияние строительства высотного здания на ок­ружающую застройку.

Глубина заложения фундаментов принимается такой, чтобы обеспечить жесткость подземной части здания, заделку здания в ос­нование и уменьшение осадок и кренов сооружения.

С учетом изложенного выше для высотных зданий наиболее эф­фективными решениями фундаментов могут быть следующие варианты:

Конструктивные типы фундаментов высотных зданий

а – плитный; б – плитный переменной толщины; в – плитный коробчатого типа; г – свайный со сплошным плитным ростверком; д – комбинированный свайно-плитный

Выбор конструкции фундамента осуществляется на основании технико-экономического сравнения вариантов и зависит от конст­руктивно-планировочной схемы здания, характера напластований грунтов, их физико-механических характеристик и взаимодействия строящегося здания с массивом грунта и окружающей застройкой.

Плитный фундамент представляет собой сплошную железо­бетонную плиту повышенной жесткости (толщиной 1,5 и более мет­ров), расположенную под всей площадью возводимого здания. Нагрузки от здания распределяются по всей по­верхности фундаментной плиты и передаются на грунты основания главным образом через подошву.

Применяются фундаментные плиты переменной толщины с утоньшением в области краев плиты.

Плитные фундаменты традиционно являются наиболее простым конструктивным решением. Однако условия взаимодействия таких фундаментов с основанием при применении их для высотных зданий требуют тщательного расчетного обоснования из-за возмож­ного возникновения кренов, выпоров грунта из-под края фундамен­та, значительных изгибающих усилий в конструкции фундамента, потенциальной возможности потери общей устойчивости здания. При достаточно прочных и малодеформируемых грунтах плитные фундаменты могут применяться при больших (более 500 кПа) удельных нагрузках на основание, если расчетами доказано отсутст­вие сколько-нибудь значительного локального выпора грунта из-под фундамента и прогнозируются допустимые для нормальной экс­плуатации величины осадок. Для обеспечения перечисленных усло­вий могут применяться следующие мероприятия:

Плитные (сплошные) фундаменты проектируют в виде балочных или безбалочных, бетонных или железобетонных плит. Ребра балочных плит могут быть обращены вверх и вниз. Места пересечения ребер слу­жат для установки колонн каркаса. При большом заглублении сплошных фундаментов и необходимости обеспечить большую их жесткость фун­даментные плиты можно проектировать коробчатого сечения с разме­щением между ребрами и перекрытиями коробок помещений подвалов.

Фундаменты в виде коробчатого сечения применяются при возведении высотных зданий с большими нагрузками. Ребра такой плиты выполняются на полную высоту подземной части здания и жёстко соединяются с перекрытиями, образуя, таким образом, замк­нутые различной конфигурации сечения. Этот тип фундамента фор­мирует под зданием развитое подземное пространство, представляя собой нижнюю фундаментную плиту, наружные и внутренние вер­тикальные несущие конструкции (стены, колонны, стволы) и пере­крытия одного или нескольких подземных этажей. Количество уча­ствующих в работе перекрытий определяется по расчету.

Вместе с подземной частью такой плитный фундамент еще называется «плавающим». Применение его может оказаться эффективным при строительстве высотных зданий на основаниях, сложенных не столь прочными грунтами, которые рекомендуются для сплошных фундаментных плит. В то же время повышение этажно­сти подземной части высотного здания потребует как геотехниче­ского обоснования проектов, так и решения ограждающих конст­рукций котлованов.

Плитный фундамент коробчатого типа был реализован при возведении высотного здания «Эдельвейс» (высота 175 м) на Да­выдковской улице в Москве.

Свайные фундаменты устраивают при строительстве зданий на слабых сильносжимаемых водонасыщенных грунтах, а также при пе­редаче на основание больших нагрузок от колонн и стен. Этот тип фундамента обеспечивает передачу нагрузки на более плотные грун­ты, расположенные на некоторой глубине. Свайный фундамент под высотным зданием предполагает устройство свайного поля чаще все­го из буронабивных или буроинъекционных свай различной конфигу­рации, объединенных сплошным массивным жестким ростверком, занимающим всю площадь пятна застройки возводимого здания. Ра­бота этого типа фундамента заключается в следующем: нагрузки от здания воспринимаются ростверком, распределяются на сваи и пере­даются на грунты основания за счет трения по боковой поверхности и сопротивления под нижним концом сваи (рисунок ниже). Классическим вариантом свайного фундамента для высотного здания является фун­дамент здания Коммерцбанка во Франкфурте-на-Майне: 111 свай длиной 45 м передают нагрузку от надфундаментной конструкции на слой прочного франкфуртского известняка.

При недостаточной несущей способности плита фундамента может быть эффективно дополнена мощными буронабивными опо­рами и превратиться в комбинированный свайно-плитный фундамент, повышающий взаимодействие здания с основанием. Однако применение такого конструктивного варианта допустимо лишь при отсутствии в основании высоко расположенных водоносных пластов или при осуществлении водопонижения.

Схемы работы свайного и комбинированного свайно-плитного (КСП) фундамента:

а – свайный фундамент; б – комбинированный свайно-плитный фундамент (КСП)

Комбинированный свайно-плитный фундамент (КСП) состоит из свай и железобетонной плиты, располагаемой при наличии подземных этажей у пола нижнего этажа. В отличие от свайного фундамента нагрузка в КСП-фундаменте воспринимается и плитой, и сваями одновременно (рисунок выше), причем доля нагрузки, воспри­нимаемая плитой или сваями, зависит от расстояния между сваями, которое обычно принимается равным 5-6 диаметрам. Примером применения комбинированного свайно-плитного фундамента явля­ется высотный жилой комплекс с подземной автостоянкой, проекти­руемый по ул. Краснобогатырская, вл. 28 в г. Москве, где приняты буронабивные сваи диаметром 1,2 м, длиной 17 м и фундаментная плита толщиной 1,8 м.

В зависимости от несущей способности и конструктивной схемы здания сваи размещают в один или несколько рядов или кус­тами, верхним концам последних укладывают монолитные или сборные железобетонные ростверки, а на кусты свай – оголовки.

Мировой опыт показывает, что случайный учет приведенных выше условий приводит к негативным явлениям. Так, в частности, в Шанхае, в центре города, где размещено значительное количество небоскребов, подстилающая порода начинает проседать под их тяжестью.

Надземные конструкции высотных зданий представляют собой наружные и внутренние стены, каркас, стволы и оболочки. Конструкции внутренних стен и колонн высотных зданий по существу технического решения мало отличаются от применяемых в зданиях высотой до 75 м. Наиболее существенное отличие заключается в увеличении их сечений как по требованиям увеличения несущей способности, так и по резко возросшим требованиям к пределу огнестойкости.

Для наиболее нагруженных элементов используются сталежелезобетонные конструкции с жесткой арматурой из прокатных или сварных элементов, дополненной гибкой арматурой по контуру.

Радикальное увеличение несущей способности колонн дает переход к колоннам из трубобетона. В таких колоннах стальная оболочка из круглой стальной трубы, заполненной бетоном высокой прочности, создает обжатие бетонного ядра, служа одновременно вертикальной и горизонтальной арматурой колонн. За счет вертикального и горизонтального обжатия бетонного ядра несущая способность колонны увеличивается вдвое (по сравнению с железобетонной колонны из бетона того же класса) с соответствующим уменьшением размеров поперечного сечения.

Колонны из трубобетона широко внедрены в строительство высотных зданий преимущественно в Юго-Восточной и Восточной Азии. Процент армирования трубобетонных колонн составляет 4-5%, не превышая, таким образом, процента армирования железобетонных колонн с жесткой арматурой.

Еще одним важным несущим элементом высотного здания являются междуэтажные перекрытия, отличающиеся большим разнообразием и зависящие от конструктивной системы несущего остова, этажности гадания, его габаритных размеров в плане и действующих на перекрытия вертикальных и, что особенно важно, горизонтальных нагрузок.

Конструктивные решения перекрытий подчинены требованиям пожарной безопасности, обеспечения их прочности и минимальной деформативности в плоскости (на горизонтальные), из плоскости (на вертикальные нагрузки и воздействия).

В зависимости от конструктивной системы здания применяют те или иные виды наружных стен, которые проектируют несущими и ненесущими (навесными).

Несущие стены участвуют в работе конструктивной системы здания на все виды силовых воздействий и воспринимают перемен­ные по высоте здания ветровые нагрузки, включая их пульсационную составляющую.

Следует отметить, что наружные стены подвергаются в про­цессе строительства и эксплуатации значительным силовым и тем­пературно-климатическим воздействиям, поэтому их проектируют с учетом конструктивных систем высотных зданий. В каркасных сис­темах и их разновидностях с колоннами, расположенными по пери­метру, применяют навесные конструкции. Как правило, это легкие элементы с листовыми обшивками из стали или алюминия и сред­ним теплоизоляционным слоем.

В последнее время получили распространение навесные сте­новые панели с применением закаленного и армированного стекла. Такие конструкции при требуемой по условиям эксплуатации прочности и жесткости имеют малый вес, что весьма актуально для вы­сотных зданий, высота которых может достигать нескольких сотен метров, с точки зрения максимально возможного снижения нагрузок на несущие элементы каркаса, фундаменты и грунты основания.

Конструктивные решения высотных зданий – важнейший эле­мент проектирования. От выбора конструктивного решения зависит прежде всего безопасность пребывания в высотном здании, а также объемно-пространственные, архитектурно-планировочные и инженерно-технические решения. Правильный выбор конструкций позволит создавать современные безопасные и высокохудожественные высотные здания.

Источник

• ← строительство впт что это
• строительство городское строительство и хозяйство что это такое →