Краснов В.Н.
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ПРИСЛОНЕННОГО ОТКОСА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ *
Аннотация:
в статье исследуются различные архитектурно-конструктивные решения, которые обеспечивают устойчивость высотных уникальных зданий и сооружений при действии значительных поперечных нагрузок, возникающих от сильных ветровых воздействий. Даются рекомендации выбора конструктивных решений для достижения наибольшей устойчивости и жесткости высотных зданий
Ключевые слова:
высотное уникальное здание, устойчивость, несущие системы, моделирование, прогрессирующее обрушение, конструктивная система, аутригер, небоскреб, колонна, ядро жесткости, прочность, надежность, горизонтальная нагрузка
УДК 691
Краснов В.Н.
студент (магистратуры) кафедры строительных технологий,
геотехники и экономики строительства
Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова
(Россия, г. Чебоксары)
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ
УСТОЙЧИВОСТИ ПРИСЛОНЕННОГО ОТКОСА
ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ
Аннотация: в статье исследуются различные архитектурно-конструктивные решения, которые обеспечивают устойчивость высотных уникальных зданий и сооружений при действии значительных поперечных нагрузок, возникающих от сильных ветровых воздействий. Даются рекомендации выбора конструктивных решений для достижения наибольшей устойчивости и жесткости высотных зданий.
Ключевые слова: высотное уникальное здание, устойчивость, несущие системы, моделирование, прогрессирующее обрушение, конструктивная система, аутригер, небоскреб, колонна, ядро жесткости, прочность, надежность, горизонтальная нагрузка.
При проектировании высотных уникальных зданий и сооружений на стадии «проектная документация» разрабатываются в соответствии с государственными нормами, правилами и стандартами архитектурно-конструктивные и объемно-планировочные решения. Они решают главные задачи проектирования объекта: подбор оптимальных несущих конструкций, определение проектных решений, которые придадут устойчивость всему зданию или сооружению.
Таким образом, на этапе разработки конструктивных и объемно-планировочных решений закладывается система обеспечения необходимой прочности, жесткости, устойчивости, а также оптимизация несущих конструкций зданий. Из этого следует, что этот раздел является важнейшим этапом проектирования зданий и сооружений.
Проектирование высотных уникальных зданий является одной из сложнейших задач и прежде всего за счет преобладания вертикальной координаты над горизонтальными размерами и площадью основания. Значительная высота небоскреба воспринимает такую ветровую нагрузку, которая может превышать общий вес сооружения.
Для высотных зданий устойчивость во многом зависит от формы объема. Здание-пластина является наиболее не эффективной формой по устойчивости так как имеет большую парусность и узкую опорную площадь.
Повысить устойчивость здания можно, применяя наиболее эффективные формы:
- придание зданию пирамидальности, конусности, сужение объема кверху;
- применение обтекаемой цилиндрической формы зданий или близкой
к ней;
- увеличение формы плана здания стилобатных систем, верхней части ступенчатого цокольного этажа, который объединяет несколько зданий.
В высотных уникальных зданиях от действия ветровых нагрузок у основания возникают большие изгибающие моменты. Их восприятия можно обеспечить надежной анкеровкой в грунт основания. При этом, здание будет работать как жесткая консоль с большими горизонтальными нагрузками.
Уменьшить боковую ветровую нагрузку можно с помощью изменения поперечного сечения здания. Сужение и расширение горизонтального сечения создают каналы, по которым формируются условия обтекания здания, уменьшающие ветровое воздействие. Такую роль могут выполнять сквозные проемы, организованные в разных по высоте частях здания.
С тех пор как небоскребы стали многофункциональными зданиями их типология значительно расширилась. Их формы могут быть самыми разнообразными: линзы или капли, производные от круга, переходные формы треугольников, с округлыми гранями, квадратные и ромбовидные в плане, форму пирамиды и многие другие.
Конфигурация сооружения, соотношения его размеров являются базовыми при проектировании высотных зданий и определении рациональных конструктивно-планировочных решений.
Одна из важнейших задач проектирования высотных зданий - защита от прогрессирующего разрушения. Свод правил «Здания и комплексы высотные. Правила проектирования» предусматривают защиту здания при локальных разрушениях несущих конструкций от аварийных воздействий при пожарах, взрывах, ударных воздействиях и др. Допускаются мелкие локальные разрушения отдельных несущих вертикальных элементов одного этажа, не приводящие к разрушению конструкций, которые воспринимают нагрузку.
Устойчивость высотного здания от прогрессирующего обрушения рекомендуется обеспечить следующими средствами:
— рациональными конструктивно-планировочными решениями здания с учетом вероятности возникновения аварийной ситуации;
— обеспечением неразрезности конструкций;
— применением конструктивных решений и материалов, допускающих развитие в соединениях и элементах конструкций пластических деформаций;
. Сегодня неуклонно растет количество проектов уникальных высотных зданий любых конфигураций и форм различной аэродинамической модификации. Как правило, это не сколько стремление к новациям архитекторов, проектировщиков и инженеров, сколько улучшение аэродинамических характеристик здания, а для небоскребов это ключевой момент.
Улучшить ветроустойчивость высотных зданий можно, изменяя его форму сечения по высоте и конфигурацию углов. Аэродинамические модификации могут применяться различного вида:
— здания усложненного поперечного сечения, например, в виде многоугольника или У-типа;
— здания, имеющие несимметричное сечение, в виде сплошной или ступенчатой пирамиды;
— здания, у которых углы разной конфигурации;
— здания, имеющие сквозные проемы фасадов.
Конструктивные системы зданий состоят из вертикальных и горизонтальных несущих элементов, а также фундаментов. Они должны обеспечивать прочность, устойчивость и необходимый уровень эксплуатационных качеств высотных зданий. При проектировании высотных зданий для достижения наибольшей жесткости и устойчивости рекомендуется применять:
— симметричное расположение ядер жесткости и диафрагм;
— коробчатые конструктивные системы с несущими колоннами или стенами по всему контуру;
— регулярное расположение в плане здания несущих конструкций по высоте;
— жесткие диски перекрытий, которые являются горизонтальными диафрагмами жесткости;
— жесткие узлы соединения несущих конструкций в узлах;
— использовать аутригерные конструкции на уровнях технических этажей; количество таких уровней зависит от сейсмичности районов и определяется расчетом.
Применение системы аутригеров, а также ленточных поясов для высотных уникальных зданий в современном проектировании является основным решением для контроля боковых сдвигов здания. Такая система включает центральное ядро, соединенное с внешними колоннами жесткими связями системами, работающие на сдвиг, горизонтальные консольные фермы или балки. Аутригеры высотных зданий являются связующим звеном между ядром здания и наружными колоннами.
При использовании ленточных поясов передача опрокидывающего момента от ядра колоннам может проходить без прямого соединения пояса-
бандажа с ядром. При этом, связь колонн и ленточного пояса осуществляется диафрагмой перекрытия очень жесткой в своей плоскости. Использование аутригерных систем и поясов жесткости при проектировании высотных уникальных зданий дает возможность значительно повысить его устойчивость и жесткость, уменьшить толщину ядра и площадь армирования.
К основным правилам обеспечения устойчивости высотных уникальных зданий и сооружений следует также отнести возможно близкое расположения центра масс к его основанию.
Самое часто применяемое решение по фундаментам высотных зданий -это плитно-свайные, свайные и плитные.
Главное условие проектно-конструктивного решения - не допустить появления предельного состояния при необходимом коэффициенте надежности. При этом должны быть рассмотрены все возможные ситуации на стадии строительства и эксплуатации здания или сооружения.
Из конструктивных материалов в высотном строительстве широко применяются композиты, которые в процентном отношении приближаются к бетону. Использование стальных конструкций становится меньше.
На основании вышеизложенного можно сделать ряд рекомендаций по проектированию высотных зданий:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Маклакова Т.Г. Высотные здания. Москва: АВС, 2008. 160 с.
Евтушенко А.И., Олейникова Е.В., Агеева В.А. и др. Развитие высотного строительства в Ростове-на-Дону // Инженерный вестник Дона, 2017, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2017/4404.
Пономарев В.А. Архитектурное конструирование. Москва: Архитектура - С, 2008.
Рассел, Джесси Бетон / Джесси Рассел. - М.: Книга по Требованию, 2012.
Совалов, И.Г. Бетонные и железобетонные работы / И.Г. Совалов. - М.: Книга по Требованию, 2012.
Суздальцева, А.Я. Бетон в архитектуре XX в. / А.Я. Суздальцева. - М.: Книга по Требованию, 2012.
Krasnov V.N.
Student of the Department of Construction Technologies,
Geotechnics and Construction Economics
I.N. Ulyanov Chuvash State University
(Cheboksary, Russia)
THEORY & PRACTICE OF ENSURING
STABILITY OF LEANING SLOPE IN
CONSTRUCTION OF HIGH-RISE BUILDINGS
Abstract: this article explores various architectural and structural solutions that ensure the stability of high-rise unique buildings and structures under the action of significant transverse loads arising from strong wind influences. Recommendations are given for the choice of design solutions to achieve the greatest stability and rigidity of high-rise buildings.
Keywords: high-rise unique building, stability, load-bearing systems, modeling, progressive collapse, structural system, outrigger, skyscraper, column, stiffening core, strength, reliability, horizontal load.
Номер журнала Вестник науки №11 (56) том 1
Ссылка для цитирования:
Краснов В.Н. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ПРИСЛОНЕННОГО ОТКОСА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ // Вестник науки №11 (56) том 1. С. 340 - 346. 2022 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/6415 (дата обращения: 24.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2022. 16+