Влияние природно-климатических условии на высотные здания

Большое влияние на формирование архитектуры высотных зданий имеют природно-климатические условия строительства -горизонтальные ветровые нагрузки, температурно-влажностный и солнечный режим окружающей среды. Так, фасады современных высотных зданий отличаются друг от друга в зависимости от ориентации по странам света, наружные конструкции здания должны воспринимать разницу в температуре, атмосферном давлении и влажности между внешней и внутренней средой.

Важным критерием при разработке проекта высотного здания представляется оценка определения ветровой нагрузки и расчета зданий на воздействие ветра, и не только с точки зрения статической надежности, но и с точки зрения реакции здания на те или иные воздействия (образование завихрений, возникновение шумов и т.п.).

Первые высотные здания, возведенные из кладки, не были так подвержены ветровому воздействию, как современные здания из стекла, металла и бетона. Большие открытые пространства внутри здания, балки большого пролета, внутренние перегородки и навесные фасады, все большая высота зданий существенно уменьшили несущую способность здания. Отсюда учет горизонтальных воздействий на здание становится одним из основополагающих факторов при расчете здания на прочность. Воздействие ветра на высотное здание определяется рельефом местности, наличием зданий и сооружений, деревьями, а также объемно-пространственной структурой самого здания. При расчете учитываются такие характеристики, как скорость, направление и характер ветра.

Известно, что средняя скорость ветра, как правило, возрастает с высотой здания (рис. 2.3.1).

Большое влияние при ветровой нагрузке имеет наличие арочного проема в здании, который создает возможность перемещения воздушного потока с высоким давлением в заветренную сторону здания, где преобладает зона низкого давления. При этом скорость ветра под аркой и вблизи нее в два раза превышали скорость ветра на исследуемой территории. При воздействии ветpa на здание помимо прямого ветрового потока возникают потоки повышенной скорости – турбулентные потоки и завихрение воздуха. Вихри с высокой скоростью вызывают круговые восходящие потоки и всасывающие струи вблизи здания, из-за чего возникают небольшие ощущаемые колебании здания. Кроме колебаний при завихрении возникают неприятные звуки от перекоса конструкций шахт лифтов, проникновения таких потоков через щели в окнах, а также «завывание» вокруг здания. Такие колебания отрицательно воспринимаются людьми и поэтому должны учитываться при проектировании высотных зданий .

За рубежом основным инструментом определения распространения ветрового давления на высотное здание и влияние возведенного здания на окружающую застройку является специальная и аэродинамическая труба (рис. 2.3.2). В такой трубе в зависимости от поставленных задач принимаются модели различного масштаба, например, M l: 1250, M l: 1500 или М 1:500 и др., определяются параметры давления на здание, влияние на окружающую среду, шум от ветра и другие показатели. Результаты, полученные при испытании в аэродинамической трубе, переносятся на реальный объект с различными коэффициентами точности.

При воздействии ветра на здание помимо прямого ветрового потока возникают потоки повышенной скорости – турбулентные потоки и завихрение воздуха. Вихри с высокой скоростью вызывают круговые восходящие потоки и всасывающие струи вблизи здания, из-за чего возникают небольшие ощущаемые колебания здания. Кроме колебаний при завихрении возникают неприятные звуки от перекоса конструкций шахт лифтов, от проникновения таких потоков через щели в окнах, а также «завывание» вокруг здания.

Такие колебания отрицательно воспринимаются людьми и поэтому должны учитываться при проектировании высотных зданий

Наиболее оптимальной следует считать форму, которая позволяет получить минимальные ветровые нагрузки по направлениям преобладающих ветров. Это поможет уменьшить динамические нагрузки на здание и его колебания, влияющие на комфорт, а также оптимизировать конструктивное решение.

 Объемно-пространственное решение высотного здания должно выполняться с учетом возможного воздействия ветра. Это отражается на принимаемой за основу форме здания.

Схемы объемно-пространственных решений с анализом ветровых потоков вокруг них, которые используются при проектировании высотных зданий, приведены в табл. 2.3.1.

Из рассмотренных в приведенной таблице форм особенно следует отметить цилиндрическую и треугольную как имеющие преимущества по следующим критериям:

1)наименьшая поверхность сопротивления ветровому давлению (по сравнению со зданиями прямоугольной формы расчетное давление снижается на 20-40%);

2)обеспечение пространственной работы конструкций, обладающих высокой экономичностью и технологичностью.

Также возможно использование зданий в форме пластин или эллипса при возможности совместить благоприятную ориентацию по странам света и относительно преобладающих ветров, с учетом наименьшего сопротивления ветру или, если это требуется, ветровой защиты дворовой территории.

С целью снижения природно-климатических воздействий на высотные здания большие работы проводят по оптимизации форм.

Помимо рассмотренных объемно-пространственных решений уменьшение влияния ветровой нагрузки на здание может быть достигнуто с помощью применения следующих архитектурных приемов: выполнения зданий в виде усеченной пирамиды, пристройки объемов меньшей высоты (рис. 2.3.3).

Также используется разделение здания на два объема, разделение верха здания. Однако следует учитывать, что наряду с уменьшением общей ветровой нагрузки на здание возникает эффект увеличения скорости ветра между разделенными объемами. Поэтому требуется оценка возможности использования этих двух приемов в каждом конкретном случае с учетом ориентации здания по отношению к преобладающим ветрам и других факторов.

Варианты рассмотренных приемов приведены в табл. 2.3.2.

Мри выполнении высотного здания в виде усеченной пирамиды влияние ветровой нагрузки снижается, значение его горизонтального прогиба (крена здания) уменьшается на 10-50%. Это диез возможность уменьшить сечение несущих конструкций, что, несомненно, влияет и на экономичность строительства.

При проектировании высотных зданий следует использовать следующие архитектурные приемы для снижения скорости ветра на уровне пешеходных зон:

− организация подиумов вокруг высотных зданий. Подиумы разбивают воздушные потоки, в том числе ниспадающие, тем самым уменьшают силу ветровых потоков на нижнем уровне;

− благоустройство прилегающего участка с размещением малых архитектурных форм, посадка деревьев с низкой кроной, задерживающих ветер.

По мере увеличения высоты зданий многие проблемы обостряются. Одной из таких важнейших проблем является опасность отклонения от вертикальной оси под влиянием ветровых нагрузок. Выходом из положения стало решение разместить на верхнем техническом этаже одного из филадельфийских небоскребов достаточно большой груз, который мог перемещаться по двум перпендикулярным направляющим. Этот же прием, более усовершенствованный, применен в нью-йоркском Корпентерцентре. Ветровая нагрузка просчитывалась компьютером, сообщение передавалось на пульт, и груз смещался в необходимую точку плана.

Правильный учет природно-климатических факторов, влияющих на высотные здания, обеспечит:

− безопасность эксплуатации высотного объекта; создание рациональных объемно-пространственных решений; разработку фасадов современных

высотных зданий, отличающихся друг от друга в зависимости от ориентации по сторонам света;

− создание требуемого температурно-влажностного режима в помещениях;

− принятие оптимальных мероприятий по эвакуации людей из высотных зданий.

Контрольные вопросы:

1.Каким основным требованиям должна удовлетворять объемно-пространственных структур и высотных зданий?

2.Какие основные факторы влияют на формирование архитектуры современных высотных зданиях?

3.Перечислите основные задачи, решаемые для обеспечения безопасности людей в высотных зданий?

4.Основные требования предъявляемые к противопожарной защите высотных зданий?

5.Приведите схемы объемно-пространственных решений высотных зданий, которые используется при проектировании с учетом возможного воздействия ветра?

Заключение

       В учебном пособии рассмотрены вопросы строительного проектирования высотных зданий, начиная от выбора и решения несущих остовов и заканчивая конструированием отдельных элементов- частей здания. Учебное пособие охватывает обязательные разделы учебной программы. Рассмотрена классификация высотных зданий, приложены основные сведения по их объемно-планировочным и конструктивным решениям. Особое внимание уделено несущим системам высотных зданий. Которые лидируют в современном высотном строительстве : ствольным и оболочковым , а также их различным вариантам и комбинациям.

       Оно ориентировано на студентов, обучающихся по специальности 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений», но может быть полезно и для студентов, обучающихся по направлению подготовки «Строительство», «Архитектура».

Пособие имеет своей целью дать студентам достаточно полный материал для учебного проектирования и рекомендуется к применению при выполнении курсового проектирования и выпускных квалификационных работ.

       Материал сопровождается иллюстрациями легче воспринимать теоретический материал.

       Изучение и усвоение материала пособия создаст тот уровень основных профессиональных знаний, который позволит успешно выполнить учебную и реальную проектную работу.

       Для более углубленной проработки материала целесообразно использовать приведенную в конце пособия литературу.

ПРИЛОЖЕНИЕА

Характеристики