Темы СРО и СРОП (1). Сро1 Перспективы развития высотных и большепролетных зданий в Республике Казахстан
 Скачать 1.94 Mb.
|
|
СРО1 Перспективы развития высотных и большепролетных зданий в Республике Казахстан Казахстанские архитектуры и строители возводят здания в соответствии с так называемым законом единства трех качеств: экономичность, надежность, красота. Современные архитектурные сооружения выделяются из общей серой массы застроек. Подчас многие здания напоминают дворцы. Это относится не только к возводящимся общественным зданиям, но и к жилым домам. В 1960-1980-е годы город строился наиболее интенсивно и обрел те черты, которые создали столице Казахстана славу одного из красивейших городов бывшего СССР. Большое внимание вопросам строительства в Алма - Ате постоянно уделял первый секретарь Казахстана Д.А. Кунаев (1912-1996). Среди наиболее интересных зданий, построенных в те годы, можно отметить кинотеатры «Целинный» и «Арман», Дворец спорта, гостиницу «Алма-Ата», комплекс жилых домов по проспекту Ленина (сейчас Достык), Дворец им. В.И. Ленина (ныне Дворец Республики) (1968-70), селезащитную плотину и спорткомплекс «Медеу» (1970-72), Госцирк (1969-71), Дом дружбы 1970-73), вокзал Алма-Ата-1, аэровокзал, (2005)гостиница «Казахстан» (1975-77), комплекс зданий на площади Республики, театр им. М. Ауэзова, бани «Арасан», Республиканский Дворец школьников, Центральный автовокзал «Сайран». Главный корпус Казахского государственного национального университета, телебашня на горе Коктобе, Центральная мечеть (1997-1999гг) и другие (рис. 1). В 2008г. в верхней части города Алматы близ речки Есентай построен 38 этажный (162м) небоскреб (впервые в Центральной Азии). В строительстве использованы в большом объеме: сталь, стекло и сверхпрочный бетон класса В -62. На сегодня самый высокий в мире небоскреб находится в Эмиратах Дубай. «Бурдж Халиф». Строительство началось в 2004 году. Здание достигает высоты 828 метров и 162 этажа. Новым претендентом на звание самого высокого небоскреба называют «мега - небоскреба» в Майами, который находится в стадии разработки свыше 10 лет. Недавно его девелопер начал переговоры с Федеральным управлением авиации США, чтобы согласовать высоту здания, которая должна составить 975 метров. Таким образом, 160-этажное здание будет на 147 метров выше 828 метрового дубайского небоскреба «Бурдж Халиф», которое в настоящее время является самым высоким зданием в мире.   Рисунок 1 Архитектура Алматы (проект Алматгипрогор-1, директор д.т.н. К.Р. Тулебаев) а - главный мечеть; б - цирк; в - здание городского акимата; г - международный аэропорт. Уникальность казахстанской архитектуры состоит в сочетании европейского и восточного направлений, которое позволило выработать неповторимый евразийский стиль. Его необходимо развивать в современных условиях. Поэтому строительство новых крупных объектов ведется с учетом всего архитектурного облика города или района, что особенно заметно на примере Астаны. Молодая столица обретает качественно новый облик благодаря зданиям, выполненным в европейских традициях с азиатским колоритом. Создание в Казахстане в кратчайший срок новую столицу – Астана, с великолепными архитектурными ансамблями, бесспорно, принадлежит первому президенту Казахстана Нурсултан Назарбаеву. И он фактический является генеральным архитектором и строителем Казахстана. Здание Министерства финансов в Астане, по задумке архитектора Владимира Лаптева, олицетворяет знамя Казахстана. Здание стоит фасадом на восток, и в солнечные дни на его голубом фасаде отражается восходящее солнце, а блики от туч создают эффект колыхания. Компания «Базис-А» - подрядчик строительства 38-этажного, увенчанного шпилем офиса Министерства транспорта и коммуникаций (рис.1.27) Компания «Базис-А», при участии которой строилось здание Минфина, возвела ранее микрорайон «Ренессанс», жилые комплекс «Фантазия», «Триумф», «Звезда Востока» в Алматы и многие другие объекты, различающиеся по архитектуре, но одинаково надежные и удивительно красивые.  СРО 2. Новые технологии в проектировании высотных и большепролетных зданий и сооружений ОСОБЫЕ УСЛОВИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ Современное высотное строительство – это не просто возведение многоэтажного здания. Для строительства небоскреба используются ультрасовременные строительные технологии и материалы. Каждое высотное здание является уникальным объектом со всех точек зрения: сложности архитектуры и элементов конструкции, технологии и организации строительства, условий последующей эксплуатации и т.д. Сложность строительства небоскреба заключается и в том, что к данным зданиям предъявляются особые требования по безопасной эксплуатации, а также по размещению объекта в общегородской застройке. Наибольшие трудности возникают при получении разрешения на строительство высотного здания в центральной части города, где уже располагается большое количество строений и сеть подземных коммуникаций. При возведении небоскребов сложно, а подчас невозможно использовать стандартные приемы проведения строительных работ, поэтому часто разрабатываются уникальные решения и новые технологии строительства. ВИДЫ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ • Высотные жилые дома или жилые комплексы, предназначенные для временного или постоянного проживания людей; • Высотные гостиничные комплексы, предназначенные для размещения приезжих; • Высотные здания административного назначения, где располагаются коммерческие или государственные организации. По назначению высотные здания могут быть многофункциональными, специализированными или универсальными. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ Каждое высотное здание – это уникальный объект городской инфраструктуры, для разработки проекта которого и проведения строительных работ привлекаются лучшие специалисты отрасли. И это неспроста, ведь затратив колоссальные средства на строительство в итоге можно получить здание, не отвечающее требованиям безопасности, надежности, долговечности или необходимого комфорта во время последующей эксплуатации. При проектировании высотных зданий важен правильный расчет параметров всех конструкций, выбор наиболее подходящего места под застройку, вид используемых строительных материалов, а также обеспечение комплекса мер по безопасной эксплуатации. • Выбор места под застройку. Согласно нормативным документам высотные здания можно строить только в новых и современных районах. В местах, где преобладают малоэтажные постройки (часто в центральных районах города) возведение высоток запрещено. • Выбор конструктивной системы здания зависит от общей высоты здания, архитектурно-планировочных решений и условий строительства: сейсмоопасности района застройки, особенностей грунта, атмосферных, в особенности ветровых, нагрузок и т.д. • Выполнение требований комплексной безопасности при последующей эксплуатации здания, предусматривает обеспечение путей эвакуации при кризисных ситуациях, противопожарные и антитеррористические мероприятия, надежный контроль и управление всеми системами инженерного оборудования, дублирование ряда систем жизнеобеспечения и т.д. ПРЕИМУЩЕСТВА ВЫСОТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА Строительство высотных жилых домов и административных зданий в больших городах имеет ряд важных достоинств: • Небольшая площадь участка под застройку, что очень актуально при недостатке свободного места в крупных городах и большой стоимости земли; • Квартира или офис в высотном здании – это действительно престижно; • Низкий уровень шума и отсутствие смога на верхних этажах здания, что очень актуально в реалиях крупного города; • Потрясающий вид на город, который открывается из больших панорамных окон. Техническое задание на проектирование уникальных, высотных зданий и сооружений должно содержать следующую информацию: обоснование научно-технического сопровождения проекта трехстадийного проектирования, экспертизы на всех этапах, разработку нескольких вариантов концептуального проекта, затрат на проверку основных расчетов и инженерных решений дублирующей проектной бригадой; согласование расходов на моделирование, а в необходимых случаях и на проектирование, строительство и испытания крупномасштабной модели; подтверждение дополнительных геодезических и инженерногеологических изысканий; описание участка строительства и расположенных вблизи строений; 7 обоснование обследований близлежащих зданий, укрепления их оснований и фундаментов, несущих и ограждающих конструкций; описание особых условий строительства; определение степени ответственности сооружения, назначение коэффициента ответственности; сведения о конструкциях, инженерном оборудовании и материалах; обоснование комплексного мониторинга и включения в проект новых разделов «Паспорт объекта» и «Требования к эксплуатации объекта»; задание на подготовку Специальных Технических Условий (СТУ) на проектирование, строительство и эксплуатацию объекта; другая (дополнительная) информация. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ При проектировании физических моделей уникальных, большепролетных и высотных зданий и сооружений проводятся экспериментальные исследования. Комплексное научно-техническое сопровождение на стадии проектирования уникальных зданий и сооружений включает изготовление и испытание физической модели сооружения. Исследование уникальных конструкций на моделях включает следующие мероприятия: определение напряженно-деформированного состояния, несущей способности и надежности конструкций; проверку расчетной модели и методики расчета; экспериментальное исследование особенностей работы конструкций, трудно поддающихся решению математическими методами. В задачу экспериментальных исследований входит: определение и анализ усилий, деформаций и перемещений в элементах модели покрытия, экспериментальный расчет конструкций; исследование влияния различных особенностей на работу конструкции; определение предельного состояния объекта вычислительный эксперимент по оценке запаса его несущей способности. Исходя из этого, разрабатывают рабочую программу и методику проведения эксперимента, проектируют и изготавливают физическую модель, проводят экспериментальные исследования. Для конструкций здания применяют механическое моделирование на геометрически и физически подобных моделях. Условием подобия является напряженно деформированное состояние модели и реального объекта. Крупномасштабные модели уникальных объектов в большинстве случаев испытывают в упругой стадии на статические нагрузки. Для определения физико-механических характеристик испытывают образцы материалов, из которых изготовлена модель. Учитывают отклонения при обработке экспериментальных данных, уточняют масштабные множители, критерии и индикаторы подобия, определяют степень приближенного моделирования. Каждое испытание рекомендуется несколько раз повторять (не менее трех) при одних и тех же условиях. Для регистрации результатов испытаний используют автоматические программные комплексы. После обработки данных их пересчитывают на реальный объект и выводят в виде таблиц и эпюр усилий и перемещений. На последнем этапе испытания модель может быть доведена до разрушения. В предельном состоянии, кроме анализа причин разрушения, выполняют сопоставление предельной экспериментальной нагрузки и расчетной. СРО 3 Достижения в проектировании и строительстве высотных зданий в зарубежных странах. В Европе высотные здания вначале строились не для решения каких-то конкретных практических потребностей, а скорее как дань техническому прогрессу и как выражение силы общества. В европейских городах со средневековыми центрами и доминирующими историческими зданиями требовался новый подход к высотному строительству. Модель концентрированного размещения высотных зданий в центре города, как это было принято в американских городах, не могла быть использована в Европе. В различных европейских странах этот подход был сформулирован по-своему. Французские архитекторы Огюст Перре и Ле Корбюзье были главными разработчиками концепции возведения высотных зданий для создания новых городских пейзажей. Концентрируя высотные здания в жилых районах, они пытались выровнять сжатый план и освободить больше места для света и воздуха. Их высотки, спроектированные как элементы перспективного городского развития, достигали 200-метровой высоты и располагались на значительном расстоянии друг от друга, оставляя территорию для транспортных развязок и зеленых зон. Высотные здания в Западной и Восточной Европе служили символами государственной и экономической силы. Если в Западной Европе пошли по пути копирования американских небоскребов, то в Восточной Европе выработался собственный стиль, выражающий идеологические позиции социализма. Первые высотные здания, возведенные в Советском Союзе, по своей архитектурной выразительности и художественной композиции во многом повторяют черты русской архитектуры, в частности Московского Кремля (шатровые окончания, шпили, башенки и другие элементы). Работы, проводимые в послевоенные годы по восстановлению и реконструкции городов, поиск новых городских моделей застройки привели к необходимости возведения высотных зданий и комплексов в мегаполисах. Такие здания в застройке крупных городов служили для выделения центра или становились доминантами на пересечениях основных городских транспортных магистралей. В отличие от американских моделей, где было принято концентрированное размещение высотных зданий, в Европе высотные за стройки располагались в специально отведенных зонах вне границы городов, например район Дефанс под Парижем, или путем дисперсного размещения в структуре городских районов. Только во Франкфурте-на-Майне (Германия) высотное строительство велось в самом центре города. Это было обусловлено рядом причин: значительным разрушением города после Второй мировой войны, желанием привлечь финансовые структуры и значительное их давление по размещению банковских офисных и других финансовых организаций в одном месте. В Европе наибольшее распространение в архитектуре высотных зданий получил постмодернистский (или немодернистский) стиль, смешанный с элементами ампира, арт-деко, готики и неоклассицизма. Не избежала Европа и влияния международного стиля, развиваемого в 1950-е гг. архитектором Мис ван дер Роэ. Его вы¬сотки очень похожи друг на друга, в них присутствует лаконизм прямоугольных форм, выявленных на фасаде здания. В основе зда-ний – простая кубическая форма. Такие здания в Европе были вы¬строены в Москве – здание института «Гидропроект», в Льеже – здание фирмы «САС», в Милане – «Торре Галфа» и многие другие. Европейский опыт высотного строительства значительно скромнее американского. Это объясняется насыщенностью городов Европы историческими зданиями, сооружениями и памятниками. Высотные здания в европейских городах – это скорее дань современным тен¬денциям в архитектуре. Таков небоскреб «Пирелли» в Милане или «Тур де Монпарнас» в Париже. Особняком стоит парижский район Дефанс. Он построен на далекой окраине города и стал местом экс-периментального строительства, символом Парижа времен Митте¬рана. Дефанс экстравагантен и притягивает к себе туристов. В Лон¬доне в 1960-е гг. один за другим начали появляться высотки (не в историческом центре), нарушившие целостность силуэта города. Сегодня положение начинает исправляться – сложные формы новых высотных зданий обогатили панораму. С самого начала проектирование и строительство высотных зданий в Европе было ограничено строительными законами и нор¬мами, значительно отличающимися от американских. Они включали положение, согласно которому рабочая зона должна находиться не более чем в 7 м от окна, поэтому планы этажей не могли быть таки¬ми глубокими, как в США, где допускалось расстояние в 20 м. Италия Одним из первых высотных зданий в Европе, после «сталинских», стал построенный в 1957 г. 26-этажный «Веласка тау¬эр» (рисунок ниже). Необычно объемно-пространственное решение зда¬ния, которое разбито на три неравнозначных объема – верхний 6-этажный нависает над нижним, а к самому зданию примыкает двух¬этажный стилобат. Как и многие высотки, здание является много¬функциональным – в двух первых этажах располагаются офисы, ма¬газины и помещения для обслуживающего персонала. В нависаю¬щей части здания размещены двух- и трехкомнатные квартиры, а на 25-м и 26-м этажах размещен пентхаус. В средней части здания расположены конторские здания. Мощный каркас четко выявлен на фасаде вертикальными тягами. На фасаде также видны подкосы, поддерживающие верхний объем. Несмотря на высоту в 99 м, здание из за крупного членения объема не кажется высотным и совсем не похоже на американские высотки. Дания В начале 1960-х годах не произошло больших изменений в развитии высотного строительства. В это время было построено здание «САС Рояль отель» в Копенгагене (архитектор Арне Якобсен) (рисунок ниже). Он был весьма скромным по высоте, но тем не менее стал важным европейским дизайнерским решением, отличающимся от своих американских предшественников. От его неуловимой связи с городом до элегантного решения внутреннего пространства, ресторана и ламп на прикроватных столиках. Франция Первой концентрированной высотной застройкой недалеко от Эйфелевой башни стала набережная левого берега Се¬ны – «Фронт Сены». Многофункциональная застройка включила различные по функциональному назначению высотные здания от жилых, гостиничных до административных. Архитектура зданий также отличалась разнообразием фасадов (от стеклянных до бетон¬ных). При этом объемно-пространственная структура зданий тоже была неоднозначна (от прямоугольных до сложных форм). Нельзя не отметить и высотное строительство в период 1980-х гг., когда был построен район высотных зданий и комплексов Дефанс (архитекторы П. Эрбе, Б. Зерфюсс). Застройка работала на то, чтобы каждое здание стало «произведением искусства». Германия Франкфурт-на-Майне – это еще один центр высот¬ного строительства в Европе, хотя и гораздо меньший, чем другие европейские агломераты, например, Париж и Лондон. Высотные здания использовались здесь для создания образа города как коммерческого центра – для привлечения внимания крупных корпораций и банков. Фасады зданий украшают скульп¬турными формами. Высотные здания, так же как и банки, являются символами современного Франкфурта. Эстетическое воздействие небоскребов в городском силуэте становится еще более впечатляю¬щим, чем более разнообразны объемные формы высотных зданий, тем более они желанны. Одним из типичных зданий того времени, построенных в 1990 г., стало здание «Мессетурм» (рисунок ниже) (245 м, архитектор Гельмут Йон). В архитектуре этого здания в пол¬ной мере выражено влияние эклектизма и арт-деко. Смешав в зда¬нии несколько стилей и объемов, Г. Йон на вытянутый параллеле¬пипед поставил цилиндр, а на цилиндр – пирамиду, создав таким образом объем здания. В центре здания расположено ядро жесткости с лифтами и подсобными помещениями, в которых необязателен естественный свет. Площадь, где находится центральное ядро, зани¬мает почти столько же места, сколько площадь офисов на этаже. Здание «Мессетурм» обладает легко узнаваемой формой, запоминающимся архитектурно-художественным образом. к ниже). Возведение таких зданий демонстрирует широкие возможности перспективного направления развития высотного строительства свободного использования объемного пространства в зависимости от конъюнктуры рынка, спроса помещений того или иного функционального назначения. Продолжающаяся гонка за рекордом высоты здания ни в коей мере не затрагивает Европу. Перспективное развитие высотного строительства в Европе ориентировано на здания высотой 100-200 м. СРО 4 Объемно-планировочные схемы и архитектурно-планировочные решения многофункциональных высотных и большепролетных зданий и комплексов Высотность зданий влияет на выбор их формы и объёмно-планировочных решений. В связи с интенсивностью ветровых воздействий основным вариантом формы здания является башенная с повышенной устойчивостью в обоих направлениях (благодаря развитому поперечному сечению) и обтекаемостью объема (цилиндрического, пирамидального, призматического со скругленными углами). Высотные здания проектируют преимущественно башенного типа с компактной центричной формой плана исходя из требований минимального ограничения инсоляции примыкающей застройки и необходимости формирования выразительного силуэта здания. В связи с радикальным влиянием на устойчивость здания ветровых воздействий с учетом возможности резонансного вихревого возбуждения колебаний зданий, его горизонтальное сечение существенно развивают (до 40x40, 50x50, 40x60 м в зависимости от высоты). Таким образом, площадь этажа высотного здания не превышает 2–2,5 тыс. кв. м даже в 80–100-этажных небоскребах. В целях снижения ветровых воздействий выбирают эффективную, в аэродинамическом отношении, объемную форму здания – цилиндрическую, пирамидальную или призматическую. В целях повышения устойчивости здания прибегают к расширению его сечения к основанию в одном или двух направлениях. Эффективная в аэродинамическом отношении пирамидальная форма башни применяется относительно редко как по объемно-планировочным, так и конструктивным соображениям. Она не всегда хорошо согласуется с рядом распространенных конструктивных систем и требует поэтажной смены планировочных решений. 7 Говоря о предпочтительных формах планов высотных зданий, необходимо отметить, что при прочих равных условиях наилучшими показателями обладают сечения минимум с двумя осями симметрии. Такие здания менее других чувствительны к изменению направления действия горизонтальных нагрузок, а количество типоразмеров несущих конструкций сокращается до минимума. Практика свидетельствует о том, что сооружения сложной формы целесообразно проектировать составными из нескольких блоков, имеющих более простые по форме сечения. На выбор пропорций высотных зданий оказывают непосредственное влияние также нормативные ограничения горизонтальных перемещений верха здания с учетом крена фундаментов в зависимости от его высоты (Н). Они должны составлять для зданий высотой до 150 м не более 1/500 Н, свыше 250 – 1/1000 Н, для промежуточных высот – по интерполяции. Форма здания, выбираемая при проектировании, непосредственно влияет на расход строительных материалов и теплопотери объекта. Поэтому в решении объемнопланировочных задач при выборе вариантов (в случаях удовлетворительного решения функциональных требований) целесообразно отдавать преимущество вариантам компактной формы с минимальным удельным расходом наружных ограждающих конструкций. Обтекаемая форма и четкая ориентация застройки к направлению господствующего ветра позволяет снижать скорость ветра у здания на 50–70% и, соответственно, уменьшать его теплопотери. Существенное влияние на сокращение теплопотерь оказывают решение оконных проемов (выбор размеров, ориентация и т. д.) и применение дополнительных мер по сокращению теплопотерь в ночное время, например, трансформируемого остекления лоджий. При этом форма и размеры здания должны выбираться таким образом, чтобы было максимально обеспечено положительное воздействие наружного климата на тепловой баланс объекта и нейтрализовано отрицательное. В большинстве современных высотных зданий, имеющих, как правило, достаточно большую глубину, при компоновке объемно-планировочного решения стремятся максимально открыть внутреннее пространство и освободить его от несущих элементов. Это продиктовано как необходимостью создания условий для свободной планировки этажей, так и требованиями противопожарной защиты вертикальных несущих конструкций. Последние, при относительно большом шаге, целесообразно располагать в угловых зонах помещений и других местах с ограниченным доступом и обзором. При этом колонны, пилоны и другие элементы могут быть защищены от воздействия высоких температур и декоративно оформлены. Объемно-планировочное решение здания должно удовлетворять функциональным и санитарно-гигиеническим требованиям, для чего необходимо определить состав, размеры и взаимное расположение основных, обслуживающих, коммуникационных и технических помещений. Помещения, близкие по назначению и размерам, размещают в типовых этажах здания; входные узлы, большие залы – в нетиповых. Несмотря на накопленный мировой опыт строительства высотных зданий, общие регламентированные правила выбора конструктивных решений несущих систем, ограждающих конструкций и материалов для их реализации на сегодняшний день отсутствуют. В каждом конкретном случае инженер принимает техническое решение в соответствии с требованиями, установленными международными или национальными стандартами, нормами проектирования или другими руководящими документами. основным руководством в процессе проектирования высотных зданий является документ МГСН 4.19–05 «Многофункциональные высотные здания и комплексы». Концепция формирования общих требований к системе обеспечения пожарной безопасности высотных зданий определяется базовыми принципами, сформулированными в ГОСТ 12.1.004–91 «Пожарная безопасность. Общие требования» и СНиП 21–01-97* «Пожарная безопасность зданий и сооружений». В соответствии со СНиП 21–01–97, проектирование высотных зданий, комплексов (кроме соблюдения действующих нормативных документов) необходимо выполнять по индивидуальным техническим условиям на проектирование по всем разделам проекта, разработанным для конкретного объекта. Технические условия на проектирование инженерных систем должны включать как особенности противопожарной защиты здания с учетом конкретных объёмнопланировочных решений, так и комплекса дополнительных инженерно-технических мероприятий. В качестве практического руководства при разработке технических условий на проектирование и строительство жилых высотных зданий (от 75 м и до 150 м) следует использовать «Общие положения к техническим требованиям по проектированию жилых зданий высотой более 75 м» СРО 5 Конструктивные и технологические решения многофункциональных высотных зданий и комплексов Конструктивное решение высотного здания непосредственно связано с планировочными решениями и решением систем инженерного обслуживания здания и должно удовлетворять требованиям прочности, устойчивости и жесткости, что обеспечивает долговечность сооружения. Конструкции фундаментов. Фундаменты должны проектироваться на основе и с учетом: а) результатов инженерных изысканий для строительства; б) сведений о сейсмичности района строительства; в) данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения и условия его эксплуатации; г) нагрузок, действующих на фундаменты; д) окружающей застройки и влияния на нее вновь строящихся сооружений; е) экологических требований; ж) технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений для выбора наиболее экономичного и надежного проектного решения, обеспечивающего наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов и физико-механических свойств материалов фундаментов и других подземных конструкций. Эффективность технического решения фундамента высотного здания существенно возрастает при его заглублении. В настоящее время при проектировании и строительстве высотных зданий широкое применение получили три типа фундаментов: свайные, плитные и плитно-свайные. Конструирование высотных зданий имеет свою специфику с точки зрения объемной формы, пропорций, выбора конструктивных систем и элементов зданий. В современном высотном строительстве применяют различные конструктивные системы и схемы с разнообразными вариантами компоновок. Форма плана, общая пространственная композиция и высота здания взаимосвязаны, они зависят от градостроительных факторов, природно-климатических условий, а также технологических, экономических и эксплуатационных возможностей применяемых конструкций (приложение, рис. 1). Здания с компактными планами обычно нуждаются лишь в опорах вдоль наружных стен и центральном ядре жесткости. Протяженные узкие здания имеют, как правило, ряд колонн у наружных стен и один или два дополнительных ряда внутри здания (приложение, рис. 1б). Независимо от высоты здания, при разработке его объемно-планировочного решения максимально стараются придерживаться пропорций, обеспечивающих требуемую жесткость строения и ограничивающих колебания верхней части при знакопеременных горизонтальных нагрузках. Обычно отношение меньшего размера в плане к высоте здания составляет 1:7 – 1:8. При соотношениях больше указанных неоправданно увеличивается площадь застройки, а при уменьшении – заметно возрастает деформативность несущего остова, что негативно сказывается на технико-экономических показателях. Вместе с тем, все конструктивные системы можно разделить на три категории каркасные, стеновые и смешанные .В свою очередь, каркасные системы подразделяются на рамно-каркасные, каркасные с диафрагмами жесткости, каркасно-ствольные. Среди стеновых систем следует выделить схемы с перекрестными стенами и коробчатые (оболочковые). Смешанные системы сочетают в себе отдельные признаки двух других систем, к ним относят каркасноствольные и коробчато-ствольные. Любое каркасное здание состоит из отдельных элементов, выполняющих в общей системе определенные функции. В систему высотного каркаса к этим элементам относят вертикальные элементы (колонны, рамы, диафрагмы и стволы жесткости) и горизонтальные элементы (плиты и балки перекрытий, горизонтальные связи). Вертикальные элементы выполняют в системе главные несущие функции, воспринимая все действующие на здание нагрузки с передачей их на фундамент. Горизонтальные элементы обеспечивают неизменяемость системы в плане, передают прилагаемые к ним нагрузки на вертикальные элементы, обеспечивают пространственную работу всей системы, выступая в качестве распределительных горизонтальных дисков. Стальные несущие конструкции рационально применять в каркасных и смешанных системах. Такие системы являются наиболее перспективными, так как обеспечивают свободу для архитектурной планировки и возможность ее изменения при эксплуатации здания. 9 Каркасные и смешанные системы в зависимости от распределения функций между элементами каркаса, для обеспечения пространственной жесткости и устойчивости, подразделяют на рамные, связевые и рамно-связевые. Анализ несущих систем высотных зданий, построенных по всему миру, показывает, что их конструктивное и компоновочное решение зависит, главным образом, от высоты объекта. Однако, существенное влияние на выбор конструктивной схемы оказывают и такие факторы, как сейсмическая активность района строительства, инженерно-геологические условия, атмосферные и, в первую очередь, ветровые воздействия, архитектурно-планировочные требования. Высотные здания можно разделить на диапазоны по высоте, для каждого из которых характерны свои конструктивные решения. При этом следует заметить, что границы диапазонов в определенной степени условны в силу перечисленных выше обстоятельств. Несущие элементы высотных зданий. Для возведения высотных зданий применяют материалы с особыми качествами. В первую очередь это относится к прочности и деформативности, поскольку именно данные показатели определяют общую прочность остова здания и его устойчивость к различного рода внешним воздействиям. Колонны. Стойки каркасных систем – колонны, пилоны и другие аналогичные элементы возводят с применением высокопрочного и высококачественного бетона. Конструкция колонн, расположенных по периметру здания со ствольной несущей системой, в значительной мере определяет его способность к сопротивлению действующим нагрузкам. Стены высотных зданий независимо от того, несущие ли это конструкции или диафрагмы жесткости, выполняют из менее прочных бетонов по сравнению с теми, которые применяются для устройства колонн. В высотных зданиях несущую стеновую систему устраивают с применением монолитного бетона. Это обусловлено необходимостью придания остову максимально возможной жесткости, которую технически сложно обеспечить в сборном и сборно-монолитном варианте. Наружные стены, подвергающиеся в процессе строительства и эксплуатации значительным силовым и температурно-климатическим воздействиям, 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. Легкие штукатурные системы и навесные фасады традиционной конструкции применяют в относительно невысоких зданиях. Это обусловлено как величиной возникающих усилий, так и сложностью ремонта на большой высоте, в процессе эксплуатации здания. 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 строений, высота которых может достигать нескольких сотен метров, с точки зрения максимально возможного снижения нагрузок на несущие элементы каркаса, фундаменты и грунты основания. Использование навесных фасадных систем и облицовок сопряжены не только с эксплуатационными качествами, но также безопасностью людей и сохранностью имущества. К оконным заполнениям, воспринимающим значительные по величине статические и динамические нагрузки, предъявляют особые требования прочности, безопасности и надежности. Стеклопакеты и рамы должны выдерживать ветровой напор, обеспечивать безопасность находящихся в высотном здании и около него людей. Окна в верхней части делают глухими, поскольку их открывание и закрывание сопряжено не только с 12 достаточно большими физическими усилиями и опасностью получения травм, но и повреждением или даже разрушением самой конструкции. В нижней части высотных зданий применяют окна с параллельным открыванием наружу на величину не более 10 см. Междуэтажные перекрытия. Технические решения междуэтажных перекрытий высотных зданий отличаются большим разнообразием и зависят от конструктивной системы несущего остова, этажности здания, его габаритных размеров в плане и действующих на перекрытия вертикальных и, что особенно важно, горизонтальных нагрузок. При относительно небольшом шаге сетки колонн (до 7,2 м), а также в зданиях со стеновыми конструктивными системами применяют плоские монолитные железобетонные перекрытия. Армирование таких конструкций выполняют по направлениям силовых потоков, возникающих в дисках перекрытий от вертикальных и горизонтальных нагрузок. С увеличением шага колонн или стен конструкций прибегают к устройству несущих балок, расположенных в одном или двух направлениях. Благодаря новым конструктивным решениям стала возможной свободная планировка зданий. СРО 6 Конструктивные решения большепролетных зданий и комплексов Важнейшей задачей проектирования промышленного предприятия становится необходимость связать в целесообразно организованную и эстетически оправданную систему производственные здания и сооружения, а также окружающую их пространственную среду, подчиняя ее единой композиционной идее, что создает необходимые предпосылки для формирования предприятия в единый архитектурный ансамбль. При проектировании зданий и сооружений следует применять такие конструктивные решения, которые в максимальной степени отвечали бы требованиям экономичности и индустриализации строительства. При этом должны быть учтены местные условия строительства — климатические, инженерно-геологические, сейсмические, экологические. Конструктивное решение и выбор материалов для его реализации во многом определяется габаритами зданий и сооружений, их назначением, требуемой долговечностью и капитальностью, архитектурно-эстетическими, экономическими и функциональными особенностями. На сегодняшний день наступила время развития невиданной технологий, и теперь стало возможным создать самые смелые идеи в архитектуре. Технология перекрытия и сверхбольших пролетов с помощью висячих систем позволит нам строить самые разные по форме, объему и назначению сооружения. Это могут быть: футбольные стадионы, ледовые арены, торговые и развлекательные центры, большепролетные общественные пространства, производственные цеха, ангары, жилые кварталы под светопрозрачной оболочкой, большие стеклянные купола и здания с параболоидной оболочкой, которые имеют большую площадь и исключают наличие опор внутри здания. Многие спортивные сооружения, такие как крытые стадионы, ледовые арены, манежи, волейбольные и баскетбольные площадки, крытые теннисные корты имеют большую площадь и исключают наличие внутри здания несущих опор. Большепролётная архитектура всегда занимала и продолжает занимать особое место в мировой истории. Строительство подобных масштабных объектов имеет собственное техническое направление в проектировании. И это направление сохранило к себе повышенный интерес в профессиональной среде до сегодняшнего дня. Именно поэтому большепролётные проекты стали характерным признаком современных крупных городов. И, в основном, это здания общественного назначения, где свойства таких конструкций — как функциональные, так и эстетические — имеют возможность ярко проявить себя. Расмотрим ряд осуществленных архитектурно-конструктивных форм большепролетных конструкций приведен обзор зарубежного опыта. Пассажирский терминальный комплекс Аэропорт Суварнабхуми / Ян/Бангкок, Таиланд. Дворец спорта в Катовице (Польша) Дворец спорта в Катовице (Польша) имеет трибуны на 12 000 постоянных мест. Эксцентричное расположение игрового поля обеспечивает более гибкое использование зала для различных мероприятий. Достоинством сооружения является система его вантового покрытия, поддерживающего эксцентрично поставленный купол стальной конструкции. Сооружение имеет три кольца жесткости: одно под трибунами, второе по контуру кровли и третье у основания купола. Трибуны располагаются по стальной консольной конструкции, уравновешивающей эксцентрицитет купола. Дворец спорта в Мюнхене Дворец спорта в Мюнхене рассчитан на 10 000 зрителей. Здание перекрыто сетчатым покрытием, подвешенным к стальным мачтам-опорам. Для более мобильного использования зала при проведении зрелищных мероприятий, конгрессов и выставок игровая арена смещена с оси симметрии трибун. Нижний ярус трибун запроектирован разборным, что позволяет размещение на арене велотрека. Крытый стадион в Новом Орлеане (шт. Луизиана, США) Крытый стадион в Новом Орлеане (шт. Луизиана, США) вмещает 72 000 зрителей. Спортивная арена 112x112м позволяет проводить игры в футбол и бейсбол. Здание имеет наружный диаметр 240 м, перекрыто металлическим куполом системы «Ламела», состоящим из основных ребер, расходящихся от вершины к опорному кольцу, и широтных поясов ферм. Элементы, соединяющие основные ребра с широтными поясами, идут параллельно основным ребрам. Все элементы имеют одинаковое сечение, не превышающее 2 м. Диаметр купола 210 м, стрела подъема 33 м. Общая высота здания 83 м. Для противодействия отсасывающим силам в центре купола подвешена гондола с телевизионными экранами, громкоговорителями и системой освещения общим весом 68 тонн. Крытый стадион в Новом Орлеане, шт. Луизиана, США Крытыми спортивными сооружениями называются такие сооружения, в которых основной функциональный процесс протекает в закрытом помещении. Крытые спортивные сооружения подразделяются на спортивные залы и корпуса, крытые теннисные корты, манежи, крытые бассейны, крытые катки, дворцы спорта и крытые стадионы. Большепролётными конструкциями называют несущие конструкции перекрытий, отличающиеся увеличенной несущей способностью при малой материалоёмкости, применяемые для сооружения перекрытий больших пролётов (от 36 м). Несмотря на отсутствие единого определения, все эксперты согласны с тем, что здания и сооружения с большепролётными конструкциями — это сложные строительные объекты. И все они, как с пролётами свыше 36 м, так и с пролётами более 100 м, имеют повышенный уровень ответственности, а это значит, что все они требуют дополнительных мер безопасности в ходе разработки проекта, строительства и эксплуатации. Для изготовления большепролётных конструкций используют различные материалы, в том числе древесину, железобетон и металл. Кроме этого большепролётные системы выполняются из специальных тканей, а в отдельных элементах могут применяться тросы и углепластик. Применение большепролётных конструкций даёт возможность максимально использовать несущие качества материала и получить за счёт этого лёгкие и экономичные покрытия. Современные крытые спортивные сооружения отличаются оригинальностью внешнего облика, большой вместимостью, необычными формами и конструкциями покрытия. За рубежом построено довольно много крытых спортивных арен различного типа. СРО7 Выбор конструктивных систем высотных и большепролетных зданий Прочность, устойчивость и пространственная жесткость высот¬ных зданий обеспечиваются совместной работой горизонтальных (пе¬рекрытий) и вертикальных (стен и рам) конструкций. Через перекрытия вертикальные и горизонтальные нагрузки, действующие на здание, пе¬редаются вертикальным несущим конструкциям, а от них на грунт. Ин¬тенсивность, направление и характер передачи нагрузок зависят от геометрии вертикальных элементов и их расположения в плане. В проектировании и строительстве высотных зданий приме¬няются разнообразные конструктивные решения, принимаемые про¬ектировщиками в зависимости от различных факторов: • функционального назначения; • высоты здания; • природно-климатических условий; • комплексной безопасности высотных зданий; • градостроительной ситуации; • архитектурно-планировочных решений; • архитектурно-композиционных требований; • инженерно-технических систем и оборудования. 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 (комбини¬рованные системы). Стены-диафрагмы могут быть из линейных элементов или объединяться в трехмерные конструкции – ядра (стволы) жесткости. Плоские стены, в свою очередь, могут быть не-прерывными в плане, пересекающими все здание или иметь произ¬вольное расположение. Так как решающее значение при проектировании высотных зданий имеют горизонтальные нагрузки, например ветровые и сейс¬мические, 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 верти¬кальными несущими конструкциями и перекрытиями. Выбор вертикальных несущих конструкций, их комбинаций и связей является выбором конструктивной системы здания, жест¬кость которой определяется расчетом и зависит от многих факторов. Наиболее важным фактором с точки зрения обеспечения устойчиво¬сти высотного здания является оказание им сопротивления ветро¬вым 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 эле¬ментов. 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: • горизонтальные перемещения здания от действия суммы полных нормативных вертикальных нагрузок и средней составляю¬щей (статической) ветровой нагрузки с учетом поворота фундамента должны составлять не более 1/500 его высоты; • ускорение колебаний перекрытий верхних этажей при дей¬ствии нормативной пульсационной составляющей ветровой нагрузки не должно превышать 0,08 м/с2. В случае невыполнения этих условий требуется увеличить же¬сткость высотного здания, что достигается либо заменой конструк¬тивной системы на более жесткую, либо включением в работу дополнительных вертикальных несущих конструкций, к которым от¬носятся 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 пло¬ских или решетчатых диафрагм, устраиваемых в плане, так и в виде связевых поясов – ферм, предусматриваемых в одном или несколь¬ких 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 прави¬ло, 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, пере¬давая их поэтажно на вертикальные несущие конструкции – колон¬ны, стены, пилоны и через фундамент на основание (грунт). Вертикальные несущие конструкции классифицированы на четыре основные конструктивные системы высотных зданий – кар¬касную (рамную), стеновую (бескаркасную, диафрагмовую), ствольную и оболочковую: каркасная – с пространственным рамным каркасом, применя¬ется преимущественно в строительстве многоэтажных сейсмостойких зданий. В свою очередь, каркасные системы подразделяются на рамно¬каркасные, каркасные с диафрагмами жесткости, каркасно-ствольные; • стеновая (бескаркасная) – самая распространенная в жи¬лищном строительстве, ее используют в зданиях различных плани¬ровочных типов высотой от одного до 30 этажей; • ствольная система применяется в зданиях выше 16 этажей. Наиболее целесообразно применение ствольной системы для ком¬пактных в плане многоэтажных зданий, особенно в сейсмостойком строительстве, а также в условиях неравномерных деформаций ос¬нования (на просадочных грунтах, над горными выработками и др.); • оболочковая (коробчатая) система присуща уникальным высотным зданиям жилого, административного или многофункцио¬нального назначения; • комбинированные (смешанные) системы сочетают в себе от¬дельные признаки двух других систем, к ним относят каркасно¬стеновые, каркасно-ствольные и коробчато-ствольные и др. Основные конструктивные системы ориентированы на вос¬приятие всех силовых воздействий одним типом несущих элемен¬тов. Так, например, при стержневых конструкциях узлы сопряжения колонн с ригелями должны быть жесткими (рамными) в обоих на¬правлениях, чтобы обеспечить восприятие вертикальных и горизон¬тальных воздействий. Высотные здания состоят из различных конструктивных эле¬ментов, располагаемых как в подземной, так и в надземной частях высотного здания. Подземные конструкции. В системе «высотное здание – фун¬даменты – основание» наиболее нагруженными конструкциями яв¬ляются конструкции подземной части, на которые передаются все действующие на здание вертикальные, ветровые (или сейсмические] нагрузки. Промежуточным звеном в этой системе являются фунда¬менты, от выбора типа которых зависит как надежное функциониро¬вание остальных несущих конструкций высотного здания, так и комфортное пребывание в них людей. Футдаментом называется подземная часть здания или соору¬жения, 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. Не¬благоприятные результаты могут служить основанием для отказа от выбранной площадки строительства по требованиям безопасности или из-за высокой стоимости мероприятий по понижению интен¬сивности влияния этих процессов. Кроме того, изыскания позволяют выявить возможное влияние строительства высотного здания на ок¬ружающую застройку. Глубина заложения фундаментов принимается такой, чтобы обеспечить жесткость подземной части здания, заделку здания в ос¬нование и уменьшение осадок и кренов сооружения. С учетом изложенного выше для высотных зданий наиболее эф¬фективными решениями фундаментов могут быть следующие варианты: • плитные фундаменты повышенной жесткости, плитные переменной толщины, а также коробчатого типа с развитой подземной частью, на естественном или укрепленном основании; • свайные фундаменты, в том числе в виде глу¬боких опор с заделкой нижних концов в коренные породы грунтов – известняки; • комбинированные свайно-плитные (КСП) фундаменты |