Войти  |  Регистрация
Авторизация

Требования к многоэтажным зданиям и их учет при проектировании



При разработке архитектурно-планировочного и конструктивного решений многоэтажного здания и систем его инженерного обслуживания необходим комплексный учет функциональных, эстетических, технических и экономических требований.
Объемно-планировочное решение

Объемно-планировочное решение здания должно удовлетворять функциональным и санитарно-гигиеническим требованиям и предусматривать необходимые для этого размеры и взаимное расположение основных, обслуживающих, коммуникационных и технических помещений. Помещения, близкие по назначению и размерам, размещаются в типовых этажах здания; входные узлы, крупные залы — в нетиповых. Инженерное оборудование устанавливается в технических этажах (см. рис. 18.2), а для прокладки инженерных коммуникаций устраиваются вертикальные шахты, горизонтальные каналы, используется свободное пространство в пределах габарита колонн и строительной высоты перекрытий. Число технических этажей зависит от назначения здания и его высоты, на 8—12 типовых этажей приходится обычно один технический. В технических этажах часто располагают связи и другие элементы жесткости, улучшающие работу конструктивной системы здания.
Объемно-планировочное решение должно отвечать требованиям унификации и модульным размерам сетки разбивочных осей и высоты этажей. Для повышения универсальности и гибкости в использовании помещений применяют более свободную планировку с увеличенным шагом колонн.
Общая пространственная композиция, форма плана и высота здания взаимосвязаны и зависят от градостроительных факторов, природно-климатических условий, характера деятельности и движения людей в здании, технических возможностей Применяемых конструктивных систем. Некоторые примеры планов многоэтажных зданий приведены на рис. 18.3. Нормы естественной освещенности ограничивают возможную глубину основных помещений 7—8 м. В соответствии с этим в зданиях с протяженным или расчлененным (например, трехлучевым, крестообразным) планом предельная ширина здания (луча) составляет 18— 20 м, в зданиях с компактным планом и центрально расположенным лифтовым узлом с окружающим его коридором предельная ширина здания достигает 30—36 м, а при значительных размерах лифтового узла и допустимости искусственного освещения части площади основных помещений — 50—60 м (рис. 18.4). По условиям жесткости и устойчивости конструктивной системы компактный план предпочтителен для зданий большой высоты; он позволяет, кроме того, уменьшить относительную площадь и стоимость внешних ограждений и коммуникационных помещений, а также снизить эксплуатационные затраты.
Требования к многоэтажным зданиям и их учет при проектировании

Чтобы повысить экономичность планировочного решения и удобства эксплуатации, более целесообразно групповое расположение лифтов с лифтовым холлом. Для сокращения занимаемой лифтовым узлом площади, достигающей в высотных зданиях 20—30% полезной площади, и повышения эффективности вертикального транспорта применяют лифты большой вместимости, с двухэтажными кабинами, скоростные (до 7—8 м/с), в сочетании с вертикальным зонированием здания. Лифтовой узел целесообразно объединять с вертикальными шахтами инженерных коммуникаций, лестницами и обслуживающими помещениями, не требующими естественного освещения, совмещая ограждения узла с основными элементами жесткости конструктивной системы (диафрагмами, стволами).
Недостаточное внимание к пожарной безопасности многоэтажных зданий может привести к очень тяжелым последствиям. Известно, например, что при пожаре многоэтажной гостиницы в Сеуле погибло 160 чел., а в Сан-Пауло — более 200 чел. В соответствии с действующими нормами противопожарные мероприятия по предупреждению и локализации пожара и эвакуации людей должны быть учтены в объемнопланировочном решении здания (размеры противопожарных отсеков, эвакуационные пути и выходы, незадымляемые лестницы и лифтовые холлы), при выборе материалов ограждающих и несущих конструкций и способов обеспечения требуемой их огнестойкости, при разработке инженерных и противопожарных систем и правил эксплуатации здания.
Архитектурно-художественное решение

Многоэтажные, особенно высотные, здания — объекты большой общественной и градостроительной значимости. Их расположение, высота, композиция и внешний облик должны быть согласованы с общим архитектурным планированием города и окружающей застройкой. Отношение к строительству высотного здания только как к выгодному и престижному предприятию может привести, что уже не раз отмечалось в зарубежном строительстве, к бессистемной застройке и крайне неблагоприятным условиям обитания людей (скученное расположение зданий, чрезмерно высокая плотность населения, загрязнение воздуха, недостаток света).
Архитектурный образ здания должен удовлетворять композиционным принципам и органично сочетаться с его функицональной и конструктивной схемой, материалом, инженерным оборудованием.
Из практики последних трех десятилетий можно выделить следующие типичные примеры решения фасадов высотных зданий: 1) с равномерным по мощности вертикальным и горизонтальным членением, которое соответствует ячеистой структуре каркаса, но образует невыразительную монотонную решетку; 2) с преобладающим горизонтальным членением, подчеркивающим многоярусность несущей конструкции и монументальность здания, и относительно легким вертикальным членением стены импостами остекления или часто расположенными несущими стойками; 3) с преобладающим вертикальным членением в местах расположения основных колонн (иногда с дополнительным ритмом выступающих на фасаде импостов остекления) и ослабленным горизонтальным членением торцами перекрытий или подоконными вставками; 4) сплошная стеклянная стена витраж. Огромные, и особенно нерасчлененные, плоскости стеклянных стен не соответствуют функции и конструктивной схеме многоэтажного здания, а поддержание нормальных санитарно-гигиенических условий внутри здания требует резкого увеличения энергетических затрат и удорожает эксплуатацию.
Чтобы повысить выразительность внешней стены, в современном строительстве используются главным образом функционально и конструктивно необходимые элементы (парапеты, балконы, лоджии, эркеры, солнцезащитные устройства, поручни и решетки ограждений и др.), иногда декоративные навесные экраны из тонких листов или легкой решетки, а также цвет и фактура внешней поверхности.
Конструктивное решение

Конструктивное решение многоэтажного здания необходимо разрабатывать в тесной связи с решением архитектурных и планировочных задач и систем инженерного обслуживания здания, учитывая тем самым основные функциональные и эстетические требования. Вместе с тем, оно должно удовлетворять требованиям надежности и долговечности, технологичности изготовления и монтажа, экономичности. Значимость рационального конструктивного решения в системе здания, как правило, возрастает с увеличением его высоты.
Главное назначение несущих конструкций здания состоит в обеспечении его прочности, устойчивости, жесткости во время строительства и всего срока эксплуатации при действии разнообразных статических и динамических нагрузок, в том числе сейсмических.
В конструктивной системе здания можно выделить две основные подсистемы несущих конструкций: 1) горизонтальные конструкции; 2) вертикальные конструкции, взаимодействующие между собой через общие для них конструктивные элементы.
Горизонтальные конструкции (плиты и балки перекрытий, связи) обеспечивают неизменяемость системы в плане, передают приложенные к ним нагрузки на вертикальные конструкции, участвуют в пространственной работе всей системы, выступая в роли распределительных горизонтальных диафрагм, а также препятствуя взаимному сдвигу неодинаково нагруженных вертикальных элементов.
Вертикальные конструкции (колонны, рамы, диафрагмы и стволы жесткости) выполняют в системе главные несущие функции, воспринимая в конечном счете все приложенные к ней нагрузки и передавая их на фундамент.
Проектирование несущей системы связано прежде всего с выбором материала. Свойства стали и железобетона как конструкционных материалов общеизвестны, однако в высотных зданиях стальные несущие конструкции имеют некоторые дополнительные преимущества по сравнению с железобетонными; к ним относятся:
1) относительно меньший вес, в связи с чем уменьшаются усилия в конструкциях, снижается стоимость фундаментов, появляется возможность членения конструкции на монтажные элементы более крупных размеров, что в сочетании с более высокой точностью изготовления и простотой монтажных соединений позволяет ускорить возведение здания;
2) конструктивные удобства для прикрепления ограждающих конструкций и инженерных коммуникаций, а также возможность размещения последних в пределах габаритов колонн и строительной высоты перекрытий;
3) меньшие размеры сечений колонн (в некоторых случаях они могут быть полностью скрыты в стене), что улучшает использование помещений;
4) возможность создания (без резкого увеличения расхода материала) большепролетных перекрытий, допускающйх более свободную планировку и трансформацию помещений, что приводит к снижению эксплуатационных расходов.
Недостатки стальных конструкций — малая огнестойкость и подверженность коррозии эффективно устраняются защитными мероприятиями, стоимость которых составляет 1—2% стоимости здания.
Основное преимущество железобетона состоит в том, что его применение значительно (в 2—3 раза) сокращает расход стали на здание, а это может иметь определяющее значение.
При поиске более экономичных конструктивных решений инженеры часто обращаются к идее сочетания положительных свойств стали и железобетона. Так, в смешанных решениях одни элементы системы выполняют из стали, а другие — из железобетона. Например, в здании с чисто стальным каркасом плиты перекрытий практически всегда железобетонные, а для обеспечения жесткости здания нередко используют железобетонные диафрагмы и стволы; с другой стороны, в железобетонных каркасах отдельные наиболее нагруженные элементы (колонны нижних этажей, ригели больших пролетов) часто делают стальными.
Более эффективно применение конструкций, в которых обеспечена совместная работа стальных жестких профилей и бетона: трубобетонные и железобетонные конструкции с жесткой арматурой — в монолитном исполнении (колонны и ригели в каркасах первых московских высотных зданий, диафрагмы, стволы и внешние стены с включенными в них стальными колоннами) и в виде сборных элементов (железобетонные колонны со стальными сердечниками, железобетонные панели со скрытыми в них стальными колоннами). В некоторых решениях элементы из стали и железобетона, которые способны независимо воспринимать нагрузки, объединяются в один более эффективно работающий элемент; таковы, например, сталежелезобетонные балки, в которых стальная балка объединена связями сдвига с железобетонной плитой перекрытия. В разработке подобных конструкций еще много интересных возможностей.
Основные функции ограждающих конструкций обусловлены санитарно-гигиеническими и эстетическими требованиями, противопожарной защитой, долговечностью здания и его оборудования. Особенно важны в современных условиях теплоизоляционные функции ограждений. Вместе с тем, некоторые ограждающие конструкции (перекрытия, стенки лифтовых шахт и лестниц) выполняют ответственные несущие функции, He только воспринимая приложенные к ним нагрузки, но и участвуя в общей пространственной работе конструктивной системы здания.
В каркасных многоэтажных зданиях участие стен в общей работе несущей системы обычно не предусматривается. Такие стены проектируются ненесущими и воспринимают лишь местные нагрузки в пределах отдельных этажей (собственный вес, ветровая нагрузка, температурные воздействия), передавая их на каркас. Это упрощает унификацию стеновых ограждений, позволяет использовать для них легкие материалы небольшой прочности, увеличивает композиционные возможности архитектурного оформления здания.
Наружные стены обычно выполняют: 1) в виде кладки толщиной 25—40 см из эффективного кирпича или легких керамических и бетонных камней с поэтажным опиранием на перекрытия; 2) из легкобетонных панелей толщиной 20—30 см или многослойных панелей толщиной 12—20 см, состоящих из плоских или профилированных обшивок (асбестоцементных, металлических, пластмассовых), эффективного утеплителя и пароизоляции, с тонкой внешней облицовкой из керамических плиток, естественного камня или с защитным цветным покрытием; 3) в виде витражей из стекла и непрозрачных листовых обшивок, заполняющих легкий каркас, подвешенный к несущим конструкциям здания на каждом этаже или через несколько этажей.
Применяют различные схемы панельных стен: а) из горизонтальных панелей-перемычек; б) из вертикальных панелей-простенков и подоконных вставок; в) из панелей на этаж, в том числе каркасно-филенчатых с глухими и остекленными участками. Панели прикрепляют к перекрытиям и колоннам по двум—четырем сторонам или в отдельных точках (с передачей нагрузки от веса панели на верхнее или нижнее перекрытие). Для герметизации стыков панелей используют мастики и профили (прокладки, накладки, трубки).
Для внутренних стен и перегородок применяют: 1) кладку толщиной 10—25 см из эффективного кирпича, гипсовых плит, при необходимости с внутренним слоем звукоизоляции; 2) легкобетонные панели толщиной 6—20 см; 3) многослойные панели (или собираемые на месте многослойные перегородки с легким каркасом) из гипсо- и древесноволокнистых, асбестоцементных, металлических обшивок с внутренним слоем из легкого материала с высокими звукопоглощающими свойствами.
Ненесущие стены влияют в той или иной степени на работу несущей системы, хотя это и не предусмотрено соответствующим конструированием и расчетом, с другой стороны, они подвергаются неблагоприятному воздействию вынужденных перемещений, обусловленных деформациями несущего каркаса от внешних нагрузок и изменений температуры. Такое воздействие приводит к местным повреждениям степ и снижает их эксплуатационные качества.
В последние годы для зданий большой высоты разработан принципиально иной подход к конструктивному оформлению наружных стен. Построены здания, в которых обетонированные и облицованные внешние колонны и ригели каркаса выполняют роль простенков и перемычек наружной стены. Применены решения с включением стеновых элементов в работу несущей системы, особенно при ветровых нагрузках.
Перекрытия выполняют в здании несущие и ограждающие функции и состоят: из несущей части; многослойного пола, включающего обычно покрытие, основание и звукоизолирующий слой; подвесного потолка, если он необходим для скрытого размещения инженерных коммуникаций, улучшения вида помещений, повышения огнестойкости перекрытия.
В несущей части перекрытия по стальным балкам применяют: 1) монолитные плоские железобетонные плиты — балочные пролетом 2—4 м и опертые по контуру пролетом 4—6 м, иногда с обетонированием стальных балок; 2) сборные железобетонные панели и настилы, плоские (сплошные и многопустотные) пролетом до 6 м и ребристые (в том числе типа T и 2Т) пролетом до 9—12 м.
Чтобы обеспечить совместную работу сборных железобетонных панелей и настилов при вертикальных нагрузках и создать жесткие горизонтальные диски в несущей системе здания, панели и настил должны быть соединены между собой и с ригелями стальными связями и бетоном замоноличивания с устройством в настилах бетонных шпонок.
В зарубежном строительстве часто используются монолитные плиты из легкого бетона по стальному профилированному настилу, выполняющему роль опалубки и арматуры. Чтобы улучшить связь между бетоном и настилом, на боковых гранях волн настила создаются местные выступы, работающие как шпонки. Такая конструкция перекрытия имеет относительно небольшой вес, но требует увеличенного расхода стали (масса 1 м2 настила равна 15—20 кг).
Для создания удобных условий осмотра, ремонта, замены оборудования и инженерных коммуникаций применяют сборно-разборные перегородки, съемные панели перекрытий или подвесных потолков.
В конструктивном решении многоэтажных зданий следует использовать преимущественно сборные ограждающие элементы возможно меньшей массы, чтобы снизить нагрузки на несущие конструкции, фундаменты и основания.
Требования к многоэтажным зданиям и их учет при проектировании

Основания и фундаменты воспринимают нагрузки от всего здания и оказывают большое влияние на его надежность и эксплуатационную пригодность. Выбор фундамента определяется инженерно-геологическими условиями, конструктивной схемой здания, схемой приложения и значениями нагрузок, эксплуатационными требованиями и ограничениями.
Отдельно стоящие фундаменты и перекрестные ленты на естественном основании в многоэтажных зданиях используют относительно редко при сравнительно невысоких нагрузках и малодеформативных прочных грунтах. Как правило, на естественном основании устраивают сплошные железобетонные фундаменты (рис. 18.5): а) плитные плоские толщиной 1—3 м; б) плитные ребристые с меньшей толщиной плиты, но более трудоемкие в исполнении; в) коробчатые одно- и многоярусные. Иногда в плите делают вырезы, меняют ее толщину в зависимости от действующих нагрузок (см. рис. 18.5, г, д). Глубина заложения фундамента зависит от геологических и архитектурно-конструктивных условий, в частности, от общего решения подземной части здания и составляет обычно 4—6 м, достигая в отдельных случаях 15—25 м.
В свайных фундаментах обычно применяют забивные железобетонные сваи или, при больших нагрузках, буровые набивные бетонные и железобетонные сваи с уширенной пятой или заглубленные в материковый грунт. Верхние концы свай объединяются плитным (реже балочным) ростверком, обеспечивающим более равномерную их работу. Опирание вышерасположенных конструкций на ростверк осуществляется аналогично опиранию на железобетонную плиту.
В протяженных зданиях, а также в зданиях, состоящих из различных по высоте или по конструктивной схеме частей, могут потребоваться деформационные швы: температурно-усадочные, осадочные, антисейсмические.
Деформационные швы устраивают разрезкой надфундаментных конструкций в вертикальной плоскости с установкой по обе стороны шва парных колонн, ригелей (при необходимости — парных внутренних стен), а в осадочном шве — и разрезкой фундаментов, если это конструктивно приемлемо. В противном случае осадочный шов осуществляется без парных конструкций с помощью шарнирного опирания перекрытий (шарнирная вставка) на колонны, имеющие самостоятельные фундаменты, и устройства в стенах, в пределах шага этих колонн, податливых стыков для компенсации перекоса стен при разных осадках фундаментов.
Деформационные швы усложняют конструкцию, требуют тщательного выполнения и регулярного наблюдения для сохранения эксплуатационных качеств конструкции (внешний вид, надлежащие изоляционные свойства, свободная компенсация перемещений). Поэтому, если шов не предписан нормами, надо проверить технико-экономическую целесообразность его устройства. Так, в протяженных зданиях со стальным каркасом во многих случаях более рационально учесть дополнительные усилия в конструкциях, но отказаться от температурно-усадочных швов (кроме временных швов на стадии строительства, например, при бетонировании монолитных перекрытий). Опирая все здание, даже разновысокое, на сплошную фундаментную плиту, иногда удается без больших дополнительных затрат существенно снизить неравномерность перемещений основания и удовлетворить предельно допустимым значениям разности осадок, крена, прогиба или выгиба здания.
Экономические требования

Экономические требования должны учитываться при проектировании возможно более полно. В общем случае необходим анализ затрат на строительство здания (включая стоимость материалов, изготовления, перевозки, монтажа конструкций и инженерного оборудования), на его функциональную и техническую эксплуатацию, затрат на отчуждение территории, городские сети и коммуникации, а также оценка ожидаемого эффекта от сокращения сроков строительства и более раннего ввода здания в эксплуатацию.
С учетом данных, стоимость в деле зданий высотой 30—50 этажей имеет примерно следующую структуру:
Требования к многоэтажным зданиям и их учет при проектировании

С увеличением этажности относительная стоимость частей здания перераспределяется: для стен, лестниц, отделки она уменьшается, для систем инженерного обслуживания незначительно увеличивается, для несущих конструкций резко возрастает. Так, с увеличением числа этажей от 40 до 80 стоимость каркаса увеличивается в среднем на 50—70% и составляет около одной трети стоимости здания. Следовательно, рациональность конструктивной системы может оказать решающее влияние на экономичность здания в целом, особенно при большой его высоте.
Тип конструктивной системы, материал и конструктивные решения несущих элементов выбираются на основе технико-экономического сравнения сопоставимых вариантов с учетом конкретных условий строительства и «Технических правил по экономному расходованию основных строительных материалов».
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent