Развитие высотных зданий в Азии и Китае привлекает внимание людей
В 2006 г. Международная комиссия высотных зданий и городского жилища (СТВТШ) опубликовала список 100 самых высоких зданий в мире 48 зданий в Америке, 44 здания в Азии, в том числе в Китае 24 здания, в Гонконге − 5 и Тайване − 2. Из десяти первых самых высоких зданий восемь построены в Азии (Китай, Малайзия и Объединенные Арабские Эмираты) в 1989–1999 гг. В Америке два здания построены в 1931 и 1974 гг. Очевидно, Азия и Китай стали основным районом строительства высотных зданий. Такая тенденция может продолжаться много лет. В 2003 г. Международный центр в Тайбэе побил рекорд самого высокого здания. В Гонконге в 2003 г. построен Международный финансовый центр − 88 этажей, 412 м.
Контрольные вопросы
1.Назовите основные исторические этапы развития конструкций высотных зданий.
2.Охарактеризуйте особенности развития конструкций в период с 80-х гг. XIX–начало
30-х гг. XX в.
3.Охарактеризуйте особенности развития конструкций в период 60–80-е гг. XXв.
4.Охарактеризуйте особенности развития конструкций в период 90-е гг. XXв. – начало XXIв.
ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ
ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ
Конструктивные системы 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 (приложение В).
|
|
|
В проектировании и строительстве высотных зданий применяются разнообразные конструктивные решения, принимаемые проектировщиками 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.
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 перекрытия передаются вертикальным связевым конструкциям. Передача горизонтальных нагрузок происходит с помощью соединений, 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.
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 шей (статической) ветровой нагрузки с учетом поворота фундамент должны составлять не более 1/500 его высоты;
Ускорение колебаний перекрытий верхних этажей при действии нормативной пульсационной составляющей ветровой нагрузки не должно превышать 0,08 м/с2.
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 водном 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. и 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).
|
|
|
Рис 3.1.1 Применяемые конструктивные системы высотных зданий:
1 — бескаркасные (стеновая); 2а — рамная; 2б — каркасная с диафрагмами жесткости; 3 — ствольная; 4 — каркасно — ствольная; 5 — коробчатая (оболочковая); 6 — коробчато-ствольная (оболочково-ствольная)
Рис 3.1.2. План стального каркаса и железобетонных стен-диафрагм гостиницы "Кейло плаза"
– 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.
– стеновая (бескаркасная) − самая распространенная в жилищном строительстве, ее используют в зданиях различных планировочных типов высотой от одного до 30 этажейэ
– ствольная система применяется в зданиях выше 16 этажей наиболее целесообразно применение ствольной системы для компактных в плане многоэтажных зданий, особенно в сейсмостойком строительстве, а также в условиях неравномерных деформаций основания (на просадочных грунтах, над горными выработками и др.).
– оболочковая (коробчатая) система присуща уникальным высотным зданиям жилого, административного или многофункционального назначения.
– комбинированные (смешанные) системы сочетают в себе отдельные признаки двух других систем, к ним относят каркасно − стеновые, каркасно-ствольные и коробчато-ствольные и др.
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) и 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 из различных видов элементов. К их числу относятся системы: каркасно-диафрагмовая со связями в виде стен – диафрагмы жесткости, с неполным каркасом (несущие наружные стены и внутренний каркас), каркасно-ствольная, ствольно-стеновая, ствольно-оболочковая н др. (рисунок 3.1.).
Стеновая система
Конструктивная система высотного здания является совокупностью взаимосвязанных несущих конструктивных элементов, обеспечивающих его прочность, устойчивость и необходимый уровень эксплуатационных качеств.
Конструктивные системы высотных зданий состоят из вертикальных несущих элементов (колонн, пилонов, стен), горизонтальных несущих элементов (плит перекрытий, покрытия, ферм) и фундамента. Стены объединяются в пространственную систему с помощью вертикальных диафрагм жесткости и горизонтальных дисков перекрытий.
Различают три основные схемы системы с несущими стенами: продольно-стеновая (несущие стены ориентированы вдоль продольной оси здания); поперечно-стеновая (несущие стены расположены поперек продольной оси здания); перекрестно-стеновая (с продольными и поперечными несущими стенами). В высотном строительстве применяются поперечно-стеновые и перекрестно-стеновые системы.
Поперечно-стеновая схема применяется в зданиях высотой до 70 этажей. Толщина стен определяется только расчетом на прочность и может быть незначительной. Наружные стены при таких схемах являются ограждающими, толщина таких стен определяется прежде всего необходимостью теплозащиты помещений. Продольная устойчивость здания обеспечивается диафрагмами жесткости (это ориентированные по продольной оси здании стены лестничных клеток) и дисками перекрытий.
В перекрестно-стеновой схеме пространственная жесткость обеспечивается совместно работающими продольными и поперечными несущими стенам и наиболее часто применяется при строительстве высотных зданий. Здания с перекрестно-несущими стенами благодаря большой жесткости могут быть достаточно эффективными в зданиях высотой до 150 м.
Такая система применяется в основном при строительстве высотных жилых домов и гостиниц, поскольку мелкоячеистая планировочная структура таких зданий соответствует этой схеме. Несущие конструкции этих зданий выполняют как в сборном, так и монолитном вариантах. Поперечные и продольные панели представляют массивные несущие элементы, воспринимающие внешние нагрузки и передающие не только горизонтальные, но и другие нагрузки. Поперечные панели обычно не обладают гибкостью и используются в строительстве жилых высотных зданий и отелей, где массивные панели обеспечивают звуконепроницаемость. В зарубежной практике строительства эта система имеет также применение в вариантах только с поперечными или только с продольными несущими стенами, когда жесткость здания в противоположных несущим стенам направлениях обеспечивается конструкциями перекрытия и специальными дополнительными связями. Горизонтальные нагрузки воспринимаются стенами, параллельными направлению действия нагрузки. Благодаря своей жесткости стены работают как высокие балки, воспринимая сдвиг и опрокидывающий момент. Примерами могут служить различные жилые здания. Так, в Торонто (США) возведено 51-этажное жилое здание «Мэньюфэкчерал Лайф сентер» с монолитными поперечными несущими стенами. Шаг поперечных несущих стен − 7,3 м, высота здания− 165 м.
Стеновая система в виде перекрестных плоских стен, пространственная жесткость которой обеспечивается совместно работающими продольными и поперечными несущими стенами, и перекрытиями.
В качестве примеров высотных зданий со стеновыми конструктивными системами можно привести:
− жилое 29-этажное здание «Янтарный юрод» высотой 90 м с перекрестно-стеновой монолитной системой в г. Москве (2010 г.), толщина стен 16–20 м, с зимними 4-этажными садами по фасаду.
− гостиничный 30-этажный комплекс «Измайлово» в Москве с поперечными несущими стенами, шаг поперечных стен 6,6 м.
− жилое здание «Деметрио Элиадес», перекрестно-стеновая система (г. Мардель-Плата, Аргентина).
Самое высокое из построенных зданий стеновой системы – 47-этажный жилой дом «Конкордия Хаус» в Кёльне имеет поперечно-стеновую конструктивную систему (шаг стен 4.5 м.) и выполнено с монолитными железобетонными несущими внутренними системами и перекрытиями.
Карскасная система
Каркасная конструктивная система, прочность, устойчивость и пространственная жесткость которой обеспечивается сойме стой работой перекрытий и вертикальных конструкций. Вертикальные несущие конструкции выполняют в виде стержней колонн. На колонны опираются главные балки – ригели, воспринимающие, в свою очередь, нагрузки от перекрытий. Ригели могут быть расположены вдоль продольной оси здания, поперек или одновременно в двух направлениях.
Разновидностью каркасных систем являются системы зданий с несущими рамными каркасами. Рамные каркасы (рисунок 3.2), как правило, состоят из прямоугольной сетки жестко соединенных колонн и балок. При рамной схеме сопряжение ригелей с колоннами жесткое, ригели и колонны образуют плоские или пространственные рамы, воспринимающие как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки Устройство стыков ригелей с колоннами усложняется, размеры сечений колонн и ригелей по высоте здания различаются между собой.
По сравнению с бескаркасными зданиями рамные конструктивные системы обеспечивают большую свободу планировки и рекомендуются при строительстве в районах с высокой сейсмичностью. Основными материалами рамных каркасов являются сталь или железобетон. Рамы могут включать в себя внутренние и наружные стены здания.
Рамная каркасная конструктивная система, являясь первой в высотном строительстве, в настоящее время в чистом виде применяется редко, так как обеспечение необходимой жесткости здания одними лишь, узловыми соединениями рам при большом числе этажей является проблематичным. По данным [47], эта система может быть рациональной для зданий высотой до 30 этажей со стальным каркасом и до 20 этажей е железобетонным каркасом, однако есть примеры более высоких зданий. Наиболее эффективно рамные каркасы могут применяться в комбинированных системах: в сочетаниях с диафрагмами, ядрами жестко ети и в виде наружных и внутренних решетчатых коробок.
По такой системе разработано 32-этажное здание с наружными и внутренними решетчатыми коробками (рамы-оболочки) «Осака Какусси билдинг» (Осака. Япония).
Еще одна разновидность каркасной системы - поперечные рамы е радиальной сеткой колонн – применена в 27-этажном здании «Кайзер центр» (архитектор В. Беккет и др.) (Окленд, Калифорния).
Каркасная схема с диафрагмами жесткости характеризуется наличием в отдельных местах между элементами каркаса сквозных или сплошных вертикальных диафрагм, способных сопротивляться изгибу и сдвигу в своей плоскости от горизонтальных нагрузок.
Характерные решения применения рамного каркаса в зданиях различной формы в плане при разных сетках колонн приведены на рисунке 3.2.5.
Тикам каркасная схема применяется в высотных зданиях как со стальным, так и с железобетонным каркасом (монолитным или сборным). Примером применения этой схемы с монолитным железобетонным каркасом и сплошными диафрагмами, расположенными в плоскостях как в торцовых, так и внутренних стенах, может служить 50-этажное жилое здание «Парк Реджис» в Сиднее (Австралия). Работа жестких рам при горизонтальных нагрузках осуществляется за счет изгиба балок и колонн. Несущая способность рамы зависит от несущей способности отдельных балок и колонн и снижается с повышением высоты этажа и увеличением расстояния между колоннами.
Примерами построенных зданий с рамным каркасом в нашей стране являются: 32-этажная гостиница «Украина» высотой 144 м и 28-этажное административное здание на Смоленской площади высотой 108 м (г. Москва). Материалом первой конструкции была сталь, второй – железобетон.
Связевая каркасная конструктивная система состоит из ригелей и колонн, соединенных между собой нежесткими (шарнирными) узловыми соединениями. благодаря этому упрощается устройство стыков и возможно постоянство сечений колонн и ригелей по всей высоте здания. Эти элементы воспринимают только вертикальные нагрузки; горизонтальные (в основном ветровые) передаются на специальные элементы - связи, или диафрагмы жесткости, с примыкающими к ним колоннами, составляя единую связанную систему, откуда возникло название системы. Недостатком этой схемы является определенное ограничение планировки этажей из-за наличия вертикальных связей.
Исходя из опыта зарубежного строительства, использование только стен-диафрагм для восприятия горизонтальных нагрузок рационально для зданий высотой до 150 м. Для более высоких зданий рекомендуется рамно-связевый каркас. Примерами применения связевого каркаса являются здания, построенные в г. Москве на основе унифицированного сборного железобетонной» каркаса, из Единого каталога унифицированных изделий: «Золотое кольцо» и «Белград», здание Аэрофлота на Ленинградском шоссе и др.
Рамно-связевая каркасная конструктивная система состоит из плоских рам и вертикальных связей, составляющих рамный каркас с жесткими узловыми соединениями и вертикальными диафрагмами жесткости. Рамы объединяют дисками перекрытий в единую пространственную конструкцию. Горизонтальная нагрузка в ней принимаются как рамным каркасом, так и дополнительными элементами жесткости в виде плоских или решетчатых диафрагм. Количество диафрагм и их тип назначаются с учетом требуемой жесткости здания. Горизонтальная жесткость зданий с рамно-связевым каркасом значительно выше зданий со связевым каркасом за счет устройства жестких узлов каркаса, способных воспринимать горизонтальные нагрузки совместно с системой диафрагм жесткости. Взаимодействие каркаса и стен-диафрагм проявляется в наложении раздельных форм прогиба: горизонтальная сдвигающая нагрузка о ветра воспринимается в основном рамой в верхней части здания и стеной-диафрагмой внизу.
Рамно-связевая конструктивная система может применяться в зданиях со стальным или железобетонным каркасом. Диафрагма меткости также могут быть стальными решетчатыми или сплошными железобетонными.
Примером рамно-связевого стального каркаса является здание Московского государственного университета на Ленинских горах.
Его центральная 31-этажная часть достигает 183 м. По аналогичной схеме построены гостиница «Ленинградская» (26 этажей, высота 106 м) (рисунке 3.2.7) и жилой дом на н пощади Восстания (28 этажей, высота 113 м) в г. Москве. На рисунке 3.2.8 приведен план стального каркаса и железобетонных стен-диафрагм здания гостиницы «Кейо ПЛАЗА» высотой47 этажей в г. Токио (Япония). Размеры здания 79,8x25,0 м, высота 170 м. Стальные колонны Н-образного сечения расположены с шагом 11,4 м в продольном направлении и 2,9м – в поперечном. Поперек здания через пролет между колоннами размещены монолитные железобетонные стены-диафрагмы.
Разнообразные стеновые и каркасные конструктивные системы позволяют разрабатывать высотные здания различного назначения. единственным ограничением их применения является высотность здания, поскольку стеновые системы по практике проектирования и строительства применяются при высоте до 250 м, а каркасные до 500 м.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 2385; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!