CC BY
236
АРХИТЕКТУРА
АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ И ОСОБЕННОСТЕЙ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ С УЧЕТОМ СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
Корабликова Ю.К.1, Грачев Г.Д.2 Email: [email protected]
1Корабликова Юлия Константиновна - студент;
2Грачев Григорий Денисович - студент, кафедра промышленного и гражданского строительства, Ижевский государственный технический университет им. М. Т. Калашникова,
г. Ижевск
Аннотация: современные городские условия вынуждают строителей повышать этажность зданий, что усложняет процесс возведения в связи с появлением новых особенностей. Чем больше высота здания - тем выше ответственность, которую несут проектировщики перед обществом. Актуальность проблемы увеличивается, если в районе строительства существует опасность сейсмических воздействий. Но для конструкторов затруднения на этом не заканчиваются. Целью статьи является анализ возможных проблем проектирования высотных зданий. Её актуальность обеспечивается значительным увеличением количества таковых в последние 20 лет. Ключевые слова: сейсмостойкость высотных зданий, высотные здания, анализ проблем проектирования, сейсмостойкость.
ANALYSIS OF PROBLEMS AND FEATURES OF DESIGNING MODERN ALTITUDE BUILDINGS WITH REGISTRATION
OF SEISMIC EXPOSURE
12 Korablikova Ju.K.1, Grachev G.D.2
1Korablikova Julia Konstantinovna - Student;
2Grachev Grigory Denisovich - Student, DEPARTMENT INDUSTRIAL AND CIVIL CONSTRUCTION, KALASHNIKOV IZHEVSK STATE TECHNICAL UNIVERSITY, IZHEVSK
Abstract: modern urban conditions force builders to raise the number of stores of buildings, which complicates the process of erection due to the appearance of new features. The higher the height of the building - the greater the responsibility that the designers have to society. The urgency of the problem is increased if there is a danger of seismic impacts in the construction area. But for designers, the difficulties do not end there. The aim of the article is to analyze possible problems of designing high-rise buildings. Its relevance is provided by a significant increase in the number of such in the past 20 years.
Keywords: seismic resistance of high-rise buildings, high-rise buildings, analysis of design problems, analysis of design problems, seismic resistance.
УДК 69.032.22
Во время проектирования высотных зданий следует уделять особое внимание возможности появления сейсмических воздействий, даже если вероятность их возникновения крайне мала. В связи с этим из года в год в развитых странах разрабатываются новые проектные решения. Перед проектировщиками и архитекторами появляется задача спроектировать здание одновременно надежным,
универсальным и архитектурно выразительным. На помощь приходят современные строительные материалы, которые обладают высокими прочностными показателями, при этом являясь внешне привлекательными.
Особенно много высотных зданий появляется в последние 20 лет. Их формы становятся сложнее и избавляются от симметрии. Теория проектирования высотных зданий включает в себя конструктивные схемы, которые появляются по мере накопления опытных данных, колебания перекрытий, ветровые колебания, длительную прочность, прогрессирующее обрушение, температурные деформации, неравномерные осадки здания, анализ расчета конструкции и др. [1].
Основополагающие методы и приемы сейсмостойкого проектирования установленных норм были установлены в 90-е годы XX века. В 1995 году SEAO (Ассоциация инженеров-конструкторов) разрабатывала четкие требования к методам сейсмостойкого проектирования зданий. Уже в 1998 - 2000 годах FEMA опубликовали документы с рекомендациями для проектировщиков. В 2003 году ICC (International Code Council - Международный Совет по нормам и правилам) разработал «Нормы проектирования и обслуживания зданий», которые затрагивали многие особенности высотных зданий: эксплуатационные требования конструкций, систем, зданий, включая их обслуживание. Кроме того, нормы имели инструкции по противодействию зданий огню, ветру и землетрясениям в условиях природных катастроф.
Основной принцип проектирования зданий с заданными сейсмостойкими свойствами есть принцип - «Обеспечение сейсмической стойкости от общего к частному». При строительстве высотных зданий должны использоваться только те материалы, которые подверглись глубокому анализу. Данный анализ должен максимально гарантировать возможность их безопасного применения.
Одна из многих проблем, которая возникает при строительстве высотных зданий с учетом сейсмического воздействия - это проблема отсутствия нормативных документов. Застройщики высотных зданий активно следят за новаторскими разработками и выражают желание использовать их в своих проектах, но лишь при наличии внушающих доверия многочисленных испытаний. Создание и опубликование нормативных документов - процесс, который требует тщательного анализа со стороны государства. Порой данный процесс занимает не один год и соответственно усложняет застройщикам возможность использования современных технологий.
Проектные решения зависят от местных условий, уровня сейсмичности и ответственности зданий. Несмотря на большое количество построенных высотных зданий в мире, в настоящее время методы антисейсмического проектирования еще не изучены полностью. Проблема заключается в том, что существует неопределенность значений сейсмического воздействия из-за отсутствия необходимого количества опыта для построения программы анализа модели работы конструкции на ЭВМ. Несмотря на наличие «Норм проектирования и обслуживания зданий», имеет место расплывчивость требования по обслуживанию объектов, которые имеют внешние условия с наличием вероятности появления сейсмической опасности. Но ученым следует отдать должное, потому что в настоящее время методы по обеспечению сейсмической безопасности совершенствуются изо дня в день.
Практика показала, что каркасно-панельная система многоэтажного железобетонного здания имеет крайне невысокую сейсмостойкость. Это происходит из-за того, что при землетрясении имеются значительные затруднения совместной работы плит и колонн вместе. Таким образом, во время землетрясений причиной разрушений является потеря достаточного соединения между элементами конструкции. По этой причине современные нормы сейсмостойкости исключают каркасно-панельную систему проектирования высотных железобетонных зданий из допустимых вариантов конструктивных решений. Но существует каркасно-панельная система, которая включает в себя стены-диафрагмы. Она имеет неоспоримые преимущества по сравнению с системой без таковых стен и является допустимой при
строительстве высотных железобетонных зданий. Например, в Китае нормы сейсмостойкого проектирования имеют строгие ограничения относительно высоты зданий с такой системой. Для разработки норм ученые делают выводы по разрушенным зданиям в результате каких-либо землетрясений. Во время землетрясения в 1985 году в Мексике были разрушены два каркасно-панельных здания со стенам-диафрагмами. Данное происшествие вызвало интерес у строителей и побудило к модернизации норм с целью увеличения безопасности подобных конструкций. Но даже если таковые нормы и существуют в какой-либо стране, то далеко не факт, что они будут такими же и в другом государстве. В этом заключается огромная проблема для проектировщиков, которым необходимо учитывать местное законодательство при разработке своего проекта. Опасность при проектировании представляет непрогнозируемое разрушение главных элементов конструкции. Конструкторы должны заранее просчитать ожидаемые деформации главных элементов здания, иначе при увеличении нагрузки может произойти обрушение здания. Особенности законодательства различных стран не должны препятствовать проектировщикам использовать современные методы проектирования высотных зданий, потому что это может привести к социальным потерям и утрате доверия к многоэтажным зданиям со стороны населения.
Если здание является высотным (в Российской Федерации высотными считаются здания, которые имеют более 25 этажей), то немаловажным фактором сейсмоустойчивости является симметричность. Многочисленные разрушения из-за землетрясений показали, что проектирование не симметричных зданий - не целесообразно. Из-за сложности формы в конструкциях возникает кручение с хрупким разрушением каких-либо элементов. Но высотным зданиям присуща относительно хорошая видимость с дальнего расстояния, поэтому нельзя не учитывать архитектурную составляющую. В настоящее время, несмотря на вышеописанную нецелесообразность, появилось множество зданий, которые построены с нарушением норм и превышением существующих ограничений, включая высоту. Из-за наличия бюрократических задержек возникают дополнительные экономические издержки, что дает повод строителям пренебречь при возможности местным законодательством, ссылаясь на примеры безопасного проектирования подобных высотных зданий в других климатических условиях. Например, из-за несимметричности конструкции во время 9-балльного землетрясения был полностью разрушен (без возможности восстановления) 12-этажный жилой дом «Тэй-вай», который имел несущий железобетонный каркас. Данное строение в свое время получило золотую медаль за высокую оценку строительного проектирования. В Китайских крупных городах, как и в иных мегаполисах, существует проблема нехватки свободных площадей, проблема оптимизации городского траффика, что вынуждает инженеров искать новые проектировочные решения. В качестве примера можно привести здания с переходными этажами. Таковые позволяют создать совместное внутреннее пространство и уменьшить людские потоки на улицах. Элементы переходных конструкций выполняются с использованием решетчатых балок, ферм, раскосов, сплошных конструкций. Наличие переходного этажа создало сложности при разработке проекта здания, потому что возникла необходимость в введении новых норм, новых графиков и диаграмм, таких как «диаграмма угла сдвига между этажами при расположении переходных этажей на различном уровне», «диаграммы распределения поперечной силы при различном расположении переходного этажа» и др. [2].
Таким образом, в настоящее время существуют две крайние точки при проектировании высотных зданий с учетом сейсмического воздействия - это архитектурная выразительность и безопасность конструкции. Желание проектировщиков одновременно достичь высоких уровней обоих показателей побуждает ученых разрабатывать новые строительные материалы. Наличие проблем
со свободными площадями в мегаполисах вынуждает проектировщиков создавать новые конструктивные схемы. Разница уровня развития строительной отрасли в различных государствах создает бюрократическую медлительность и вызывает увеличение суммарной стоимости работ. Но в то же время создание новых методов расчета и новаторских материалов ускоряет совершенствование законодательства во всех странах, где существует нужда в высотных зданиях. В настоящее время и в будущем у данной отрасли имеются огромные перспективы относительно развития архитектурно-конструктивных вариаций и увеличения плотности населения в городах. С каждым годом объёмы строительства высотных зданий повышаются, что вызывает на рынке спрос на квалифицированных специалистов, которые имеют амбиции для внесения новых решений в данную сферу.
Список литературы /References
1. Харитонов В.А. Проектирование, строительство и эксплуатация высотных зданий // Издательство ACB, 2014. 458 с.
2. Сюй Пэйфу, Фу Сюеи, Ван Цуйкунь, Сяо Цунчжэнь. Проектирование современных высотных зданий // Издательство ACB, 2008. 462 с.
