Глава 1.КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ

УДК 725.1:728.2.012.027(075.8)

ББК 38.5

Б    87

Рецензенты:

В.Т.Иванченко− кафедрой архитектуры, канд. техн. наук, профессор (Краснодарский государственный технологический университет);

В. В. Сырмолотов − член-корреспондент Российской академии архитектуры и строительных наук, почетный строитель России, почетный архитектор России, заслуженный архитектор Кубани, кандидат архитектуры, профессор (Кубанский государственный аграрный университет)

Братошевская В.В.

Б 87 Конструкции высотных зданий : учеб. пособие / В.В. Братошевская. − Краснодар : КубГАУ, 2018. −205с.

Учебное пособие содержит материалы для учебного строительного проектирования высотных гражданских зданий. Приведены указания по выбору конструктивной и строительной систем проектируемых зданий. Даны основные принципы выбора конструктивных решений, принятые для строительства высотных зданий; примеры различных архитектурно-планировочных и конструктивных решений, разных типов высотных зданий; справочный материал и перечень документов, требования которых необходимо выполнять при практической разработке проекта.

Предназначено для студентов, аспирантов, а также квалифицированных специалистов, слушателей курсов повышения квалификации.

ВВЕДЕНИЕ

Устремляя свой взор в будущее, люди постоянно стремятся к созданию все более фантастических, изящных и эффектных зданий.

Высотное строительство, сформировавшееся в США в конце XIX в., получило развитие во второй половине XIXв. в Европе, Австралии, Африки, Юго-Восточной Азии.

Высотные здания строят в связи с ростом населения городов, недостатком земельных участках, как правило это престижные проекты, особой архитектурной значимости, отражающие состояние научно-технического процесса, инновационных технологий в строительстве.

Конструктивные решения высотных зданий приобрели радикальные изменения с 1960-х гг. в связи с изображением и внедрением ствольных и оболочковых конструктивных систем, различные комбинации которые преобладают в современном высотном строительстве.

В последние десятилетия появляются много высотных зданий со сложными несимметричными формами. Для удовлетворения требованиям и архитектурной выразительности разрабатываются новые проектные решения.

В России возобновление высотного строительства происходит после 30-летнего перерыва в возведении высотных(преимущественно административных) зданий.

В настоящее время решаются задачи возведения не только жилых домов с квартирами бизнес- и эконом класса, но и специализированных (офисы, гостиницы и многофункциональных высотных зданий) практически с чистого листа.

Высотные здания относятся к строительным объектам повышенного риска и инженерной сложности, что говорит о необходимости тщательного анализа принимаемых решений и учета результатов обширного между- народного опыта высотного строительства.

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-проектировщик принимает техническое решение в соответствии с требованиями установленными международными или национальными стандартами, нормами проектирования или другими документами.

В России основным руководством в процессе проектирования высотных зданий является нормативный документ СП 267-1325800-2016 (Здания и комплексы высотные. Правила проектирования).

Высотные здания имеют особенности , существенно отличающие их от обычных зданий – это престижные проекты, особой архитектурной значимости, они отражают состояние научно-технического прогресса, инновационные технологии.

Они относятся к числу наиболее сложных объектов строительства, так как имеют сложные конструктивные системы и схемы различных на основе металлических и сталебетонных конструкций требуют от проектировщиков глубоких знаний по рассматриваемым вопросам. Инженеры-конструкторы прежде всего сталкиваются с вопросом, как выбрать лучшую схему, удовлетворяющую всем условиям проектирования.

В пособии рассмотрены основные вопросы конструирования высотных зданий, их конструктивные системы и конструктивные элементы.

Цель пособия − подготовить студентов к профессиональному решению задач проектирования высотных зданий различных строительных систем и функциональных назначений.

Студенту важно усвоить методологию подхода к применению достижений научно-технического прогресса в архитектурном творчестве, выявить взаимосвязь между принятыми конструкциями и воздействиями на здание (силового и несилового характера), условиями эксплуатации зданий и их элементов, требованиями к этим элементам.

Представленное учебное пособие эффективно к использованию в учебном процессе, в практической деятельности, при курсовом проектировании и выполнении выпускных квалификационных работ для студентов, обучающихся по специальности 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений», а также может быть рекомендовано для студентов, обучающихся по направлению подготовки «Строительство» и «Проектирование зданий».

Глава 1.КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ

Высотные здания классифицируют по следующим основным признакам−функции, высоте, конструктивным решениям, материалам и технологии возведения.

По функции основным наиболее распространенным типом высотного здания является в широком понимании- офис, предназначенный для размещения банков, административно-управленческой или проектно-конструкторской деятельности. Второе место по повторяемости занимают высотные здания гостиниц и, наконец, наименее распространены (до 10% общего объема) высотные жилые здания.

В 1960−1980 гг. получили распространение многофункциональный тип высотного здания. Многофункциональность обычно характерна для части наиболее крупных высотных объектов, которые оказывается затруднительным использовать только для одной функции. (приложение А).

На симпозиуме Международной общественной организации инженеров и архитекторовCIB в 1976 г. была принята общая классификация зданий по их высоте в метрах. Сооружения высотой до 30 м. были отнесены к зданиям повышенной этажности, до 50,75 и 100 м – соответственно к 1-й,2-й и 3-й категориям многоэтажных зданий, свыше 100м – к высотным. Одной из ведущих организаций, определяющей высотность зданий в мировой практике, является Совет по высотным зданиям и городской среде (CouncilonTallBuildingsandUrbanHabitat), который предлагает четыре критерия измерения высоты здания (во всех случаях измерения производятся от уровня тротуара перед главным входом в здание):

− конструктивная высота здания – высота от уровня тротуара до наивысшей точки конструктивных элементов здания (включая шпили и исключая телевиионные и радиоантенны, и флагштоки);

− до наивысшего доступного тажа – высота здания до уровня пола наиболее высокого доступного этажа;

− до наивысшей точки крыши− высота здания до самой высокой точки крыши;

− до кончика антенны/шпиля – высота здания до самой высокой точки антенны, шпиля и т.п.

В нашей стране высота здания определяется от уровня проезжей части до низа проема, расположенного на последнем эксплуатируемом этаже.

Внутри группы высотных зданий обычно прибегают к дополнительной рубрикации с градацией высоты в 100 м. При этом количество небоскребов с высотой более 400м во всем мире не достигает 10 сооружений, с высотой от 300 до 400 м немного более 20, от 200 до 300 м достигает 100, а высота от 100 до 200 м является самой распространенной, и количество объектов такой высоты растет непрерывно.

Для классификации небоскребов был принят критерий высоты, а не этажности, поскольку высоты этажей принимаются различными в зависимости от назначения здания и требований национальных норм проектирования.

Рис 1.1 План типового этажа 39-этажного монолитного здания гостиницы «Штадт Берлин»

Естественно рамки классификации, принятые CIB не являются жесткими и в различных странах могут быть скользящими в соответствии со сложившимися в них традициями проектирования и его нормами.

Классификация конструктивных решений зданий в целом строится по признаку положенной в их основу конструктивной системы. Наряду с традиционными – диафрагмовой (стеновой) и каркасной (рамного типа) с 1960 гг. активно внедряются строительство зданий от 25 до 70 этажей ствольная система (преимущественно в ее каркасно-ствольном варианте), а для самых высоких зданий – оболочковая.

Небоскреб как тип здания возник в США благодаря внедрению стального проката и созданию конструкции стального каркаса в конце XIXв., и до настоящего времени в США сталь остается лидирующим материалом несущих конструкций. Однако в настоящее время монолитные железобетонные конструкции стали вытеснять стальные при возведении 30−50-этажных объектов.

Рис 1.2 Системы задний с несущими рамными каркасами:

а – перекрестные рамы; б – параллельные поперечные рамы относительно двух осей; в – параллельные поперечные рамы с частично несимметричными внутренними колоннами; г – параллельные поперечные рамы; д – поперечные рамы с радиальной сеткой; е – поперечные рамы с криволинейной сеткой колонн

Этому способствовало внедрение высокопрочных бетонов (тяжелых класса В60−80, легких−до В50), суперпластификаторов и индустриализация конструкций передвижных и крупно-щитовых опалубок.

В СССР при возведении зданий выше 25 этажей с 1960 гг. широко внедряется индустриальный вариант каркасно-ствольной системы с монолитным стволом и сборным железобетонным каркасом.

С 1970 гг. железобетонные сборные каркасы из высокопрочных бетонов получили широкое внедрение в строительство 30–55-этажных жилых домов в крупнейших городах Японии. Трагедия 11 сентября 2001 г. При которой 115- и 117-этажные здания-близнецы Мирового торгового центра в Нью-Йорке, выдержав аварийные ударные и взрывные воздействия,рухнули из-за недостаточной огнестойкости узлов стальных конструкций, способствовала расширению объема применения огнестойких железобетонных несущих конструкций.

Эти соображения послужили основой ориентации нового высотного строительства в Москве на огнестойкие железобетонные несущие конструкции. Тем не менее состоявшийся в сентябре 2004 г. В Шанхае очередной международный симпозиум IABSE рекомендовал в своих решениях продолжить использование в высотном строительстве стальных несущих конструкций в силу их бесспорных технических и экономических преимуществ (естественно при надежной защите от огневых воздействий). В основном эти преимущества таковы:

− большая несущая способность при меньшей собственной массе

− самые короткие сроки монтажа (на 10−20% короче, чем железобетонных конструкций) благодаря применению укрупненных отправочных марок заводского изготовления;

− по этой причине-минимум монтажной сварки на площадке;

− независимость технологических операций от климатических условий;

− возможность применения большепролетных (до 16 м) сталежелезобетонных перекрытий с наиболее выгодным соотношением прочности и массы;

− свобода планировки благодаря большим пролетам;

возможность выдерживать большую ударную нагрузку благодаря высокому соотношению предела текучести и массы конструкции (при надежной противопожарной защите);

− минимальная стоимость стальных конструкций.

Исходя из перечисленных фактов и практики строительства, конструктивно- технологическая классификация высотных зданий включает три типа строительных систем: с металлическими несущими конструкциями, с монолитными и сборными железобетонными несущими конструкциями.

Однако при рассмотрении вопроса классификации высотных зданий, важно не только четкое определение высоты здания, но и его архитектурно-художественное решение, которое не может не зависеть от его функционального назначения. Архитектурная типология высотных зданий, номенклатура типов и соответствующие им архитектурные решения требуют особого внимания.

Архитектурная типология высотных зданий и комплексов изучает социально-экономические, функциональные, архитектурно-планировочные, объемно-пространственные, инженерно-технические условия, а также требования безопасности жизнедеятельности, систематизирует и разрабатывает основные принципы формирования высотных зданий и комплексов с учетом их специфических характеристик. Выявляет влияние социально-экономических, природно-климатических, архитектурно-художественных, градостроительных и других факторов на формирование архитектуры высотных зданий. Помимо этого, типология определяет классификацию и номенклатуру типов и видов зданий и комплексов, устанавливает основные параметры и требования норм проектирования, состава, размеров, характера функциональных связей помещений и зон, их габариты и площади. Деление зданий на типы является основой для исследования и создания нормативной базы по их проектированию.

Табл 1.1. - Многоэтажные и высотные гражданские здания

Контрольные вопросы

1. По каким основным признакам классифицируются высотные здания?

2. Что положено в основу классификации конструктивных решений высотных зданий?

3. Какой критерий выбран для классификации небоскребов: критерий высоты или этажности?

4. Приведите основные типы высотных зданий по функциональному назначению.

5. Какие здания называются высотными?

6. Какие критерии изменения высоты здания приняты Советом по высотным зданиям и городской среде (Council on Tall Baildings and Urban Habitat)?

7. Перечислите основные условия развития строительства высотных зданий