CC BY
23
Мир инженерных илей
Конструктивные особенности высотных зданий
Е. В. Фойгима, архитектор
С развитием НОВЫХ технологий н внедрени ем современных строительных материалов ста ло ишможным применение ограждающих кон струн цн и с нисон и мн теплотехническим и свой ствами и конструктивной системы на основе оболочек для перекрытий обширных помещений (безраспорные. висячие, своды-оболочки, складки, геодезические купола, пространственные системы и т. д.: рис. 1). Наконец, доступной стала и широкая трансформация вертикальных ограждений зданий (в случае необходимости и перекрытий), которые могут •перемещаться» для изменения интерьера или для связи внутреннего пространства с внешней средой. Последнее имеет весьма существенное значение в строительстве высотных зданий: открываются неограниченные возможности для эффективного регулирования микроклимата помещений и поддержания требуемого уровня теплового комфорта, что влияет на улучшение эксплуатационных качеств зданий, повышает их пожаробезопасность. Нужно особо отметить, что сегодня приоритеты в современных высокотехнологичных зданиях отдаются как раз по-
ьышению качества микроклимата помещений и экологической безопасности - при одновременном снижении энергопотребления.
В свете перечня критических технологий РФ. утвержденных Президентом В. В. Путиным. на основе быстрого возведения и трансформации жилья данная проблема становится особенно актуальной для высотного строительства. Благодари новым конструктивным решениям стала возможной свободная планировка зданий (рис. 2). Начало этому было положено решетчатыми фермами, взаимодействующими с рамой; на смену им пришла пространственная система - «труба» и, наконец, конструкция • •труба» в ферме, ставшая возможной благодаря применению балок Виренделя (рис. 3. I).
Валки Виренделя применяют как несущие конструкции перекрытия, в которых необходимо проложить коммуникации большого поперечного сечения. Способ восприятия ветровых нагрузок, как правило, решается с помощью жестко соединенных и уровнях перекрытий гори-
Hhstt-Порксхис
небоскребы — типичные примеры рагхичних копстру *п .ихних систем. Панорама. Отнрипіка конца і980-х годом
І
6 АшСЫ I 2#04
Манхэттен — пример
пространственной конструкции. Открытка 1980-х годон
зонтальных ригелей с пустотелыми колоннами, образующими несущую стенку системы Вирен-деля: чем выше здание» тем сложнее передача горизонтальных сил и обеспечение горизонтальной жесткости каркаса. Поэтому эти стенки, жестко соединенные в узлах здания, образуют совместно с междуэтажными перекрытиями квадратную оболочку - трубу, защемленную в фундаменте и принимающую ветровые нагрузки.
Поиск о1гтималы1ых решений в области конструировании каркасно-панельных здании продолжается. В связи с этим применяемые конструкции достаточно разнообразны. Главным отличи-ем сборного каркаса является внедрение безри-гелыюй системы, попы;паю1цей свободу планировочных решений и связи с отсутствием выступов ригелей из плоскости перекрытий. Например, при строительстве высотных здании (до 30 этажей) основные трудности связаны не только с давлением вертикальных сил, но и горизонтальных, а в первую очередь - с давлением ветра.
Наиболее часто для придания высотным зданн-ям жесткости применяются плоские диафрагмы, свя;»евые и щюстранственные ядра, так как они мало деформируются под действием горизонтальной нагрузки, а также потому, что почти в каждом .(Дании при компоновке объем но* планировочного решения, обеспечении необходимой звукоизоляции и проведении противопожарных мероприятий требуются несущие стены. К ним в первую очередь относятся стены лестничных клеток, шахт лифтов и инженерных коммуникаций. Вели
они из соображений безопасности сосредоточиваются в одном месте, то такого «ядра» почти всегда достаточно для обеспечении устойчивости. Поскольку подобные «транспортные узлы» согласно функциональным и нормативным требованиям должны устраиваться через каждые 30-40 м по длине, то с их помощью может быть обеспечена требуемая устойчивость протяженных в плане зданий, которые, к примеру, моїуг быть разделены деформационными швами. Так как тбариты этих несущих конструкций в большинстве случаев малы по сравнению с высотой, то их можно сравшт. с башней, заделанной фундаментом в грунт основания. Для восприятия вертикальных нагрузок в этом случае достаточно системы, состоящей из колонн и перекрытий, причем последние могут состоять из плит и балок (рис. 8, 9).
Плиты перекрытий рассматриваются как горизонтальные, так как они должны передавать действующую на фасады ветровую нагрузку. Решенный таким образом несущий скелет (каркас) состоит из плит перекрытий (дисков), стоек и одной или нескольких «башен» в форме ядер, обеспечивающих устойчивость здания. Подобная несущая конструкция принимается для всех высотных объектов, где предусматривается свободная планировка. При этом рамные системы обеспечивают шшболыиую свободу планировки и функционально подходят при необходимости организации больших помещений (рис. 5).
Вместе с тем наиболее экономичной несущей системой является система с диафрагмами, в
АмСМ « 1«04
которой псе или. по крайней мере, большинство перегородок несущие, образующие жесткую коробчатую конструкцию.
Башенная (точечная) планировочная схема применяется обычно при просктироплнии многоэтажных и высотных гостиниц. В этом случае для планировки жилых этажей характерно центральное расположение групп пассажирских лифтов и лифтового холла с кольцевым коридором вокруг них (рис. 6, 7).
Предложенная Э. Отисом в Нью-Йорке болео 100 лет назад конструкция первого лифта поело появления каркасной системы зданий явилась новым стимулом развития высотного строи тельотва.
Лифтовые группы выступают в роли верти кальных осей объемио-илаинровочиых решений высотных зданий и одновременно служат фиксирующими точками при гибкой планировке. Основой системы таких инженерных ком-муникаций являются подъемники (лифты). Оборудование высоток одним лифтом встречается только в зданиях небольшой этажности. Высотность требует определенного числа лифтов большой грузоподъемности и емкости, при этом они должны быть обозреваемы и быстродоступны из одного холла. Вот и приходится
Крупнейший бизнес-центр класса «Л* в Новосибирске. Пересечение улицы Ленина и проспекта Димитрова
предусматривать несколько групп лифтов и соответственно лифтовых холлов, при этом лифты делятся на обычные и скоростные.
Образование ядер, тяготеющих к лифтам высотных зданий, как правило, должно обеспечивать максимально возможную гибкость планировочных решений, обусловленную концентрацией всех ограничивающих свободу планировки элементов, шахт инженерных сетей, лестниц, санитарно-технических узлов, расположенных в центре ядра. Так, при проектировании ядра часто приходится уменьшать площадь, им занимаемую, и увеличивать тем самым полезную площадь на этаже. Показанное на рис. 1 ядро интересно тем, что оно включает три блока пассажирских лифтов: ПЛ 1-ПЛ 6 обслуживают нижние этажи здания: на средних уровнях - ИЛ 7 ИЛ 12; на самых верхних - ИЛ 13-ИЛ 17. Выше этажей нижнего уровня лифтовых шахт ужо нот, тем самым отсюда уменьшается размер ядра и увеличивается полезная площадь. Исключение составляют два этажа, находящиеся непосредственно над нижним уровнем, поскольку на них размещается машинное отделение для лифтов нижних этажей. Выше оканчиваются шахты блока лифтов для этажей среднего уровня, тем самым площадь, занимаемая ядром, уменьшается еще больше.
8 Л*СИ « 2004
I
о
£
V*
а
.
НІГШІІІІІіиНІІІШІІі'ШііІІНН
■шшішііііікіініішіиігша
c^cxdcv. иоммэ«иэЛ Э ИМІ|(
PlIC6
1 - МЛПЛМС* OTffWuur лифога.
2 - лжо эяспргсг*4и$«па
Рис. 8. Варианты стиаилой хганструктивной системи; aj клщслш*miv 6) гшодткмыг; I - <m*iv 2 - пгрікрияил. михмкішмс
я cxtmxxr:.? ягжъсл кмсаи,' 4 - авойш; З — лортсгжп; б - стсимоіг росткам; 7 - *<*w^*ViTy:»rAU.O рссалсрл: $ - дги-х^пкм^ іуи\7*орит*лил» мапрдегммаї порРГСЖП
Клк про ЯЛІ их Г\у іЗ»М7 |М1ІМ*;К шиї) «ІфРЛШ «ПО ІХННІиЖО
\ 7 д%*ім(«мм Лі frpvxi. ишримэ її J-Vpow Ліашс
пьніцітм ли/V» мг*ашг апоіі М>.іхіи<и
Ґ!
ІШІЇШ
І1ІІІІПІ
ПИШИ
*
гі
г-і—*
В±
LtU
ІІІІІШІ
llllini
ЧР
"HZ
Aic- ft
Коїгсіл^уютішишт с ядрам
и KfAitcauj/ими
ПСрСКрШГШМЯ и
а «см • г»б
В качество альтернативы переходным холлам и высотных зданиях применяются двухсекционные лифты. благодари такому решению обеспечивается существенное сокращение пространства, отводимого и ядре здания для шахт лифтов. Каждый лифт имеет две кабины: одна обслуживает четные этажи, а другая - нечетные. Наиболее часто двухсекционные лифты применяются в сверхвысоких зданиях в комбинации с переходными холлами.
Форма здании, выбираемая при проектировании, непосредственно влияет на расход строительных материалов и теплопотери объекта. Поэтому в решении объемно планировочных задач при выборе иариаитии (в случаях удовлетворительного решении функциональных требований) целесооб-1>азноотдавать преимущество вариантам компактной формы с минимальным удельным расходом наружных ограждающих конструкций. Обтекаемая форма и четкая ориентация застройки к направлению господствующего ветра позволяют снижать скорость ветра у здания на 50-70% и соответственно уменьшать его теплопотери.
Существенное влияние на сокращение теи-лопотерь оказывают решение оконных проемов (выбор размеров, ориентация и т. д.) и применение дополнительных мер по сокращению тепло-потерь в ночное время, например трансформируемого остеклении лоджий. При этом форма и размеры здании должны выбираться таким образом, чтобы было максимально обеспечено положительное воздействие наружного климата на тепловой баланс объекта и нейтрализовано отрицательное.
При воздушном отоплении теплоносителем служит воздух, нагретый до температуры более высокой, чем в отапливаемом помещении. Как правило, используется схема, при которой нагретый воздух подается непосредственно в помещение и, смешиваясь с внутренним воздухом, повышает его температуру.
При устройстве естественной вентиляции в жилых зданиях и наиболее неблагоприятных условиях оказываются помещения верхних этажей. Для повышении эффективности этого процесса вентиляционные каналы, обслуживающие данные помещении, не объединяют с какими-либо другими. При пспол iooB.niи и в здании вентиляционных блоков кииолы-спутники от помещений двух последних этажей выводят непосредственно в атмосферу или при устройстве системы вентиляции с «теплым» чердаком их устья размещают на техническом этаже. Допус-каетси также применение механической вентиляции для помещений двух верхних этажей.
Дли повышения фактора пожаробезопасности необходимо усилить аэродинамический режим внутри высотных зданий посредством организации движения травалаторов вокруг ядра жесткости (организовать перекрестные вихревые воздушные потоки) либо организовать перекрестное движение аэродинамических потоков (системы механической вентиляции).
Принцип инженерно-коммуникационной автономности выдвигает повышенные требования к обеспечению комфортности проживания и эксплуатации высотных зданий (в том числе пожаробезопасности) как объектов со статусом эксклюзивных, тем самым обуславливая проектирование автономных систем энорго- и водо-обеспечения, связи и прочее.
При выборе системы перекрытий определяющей является степень насыщенности трубопроводами. До сих пор считалось экономически оправданным прокладывать трубы приточно-вытяжной вентиляции (кондиционировании воздуха), проводи их через балки перекрытий, или выполнить железобетонные перекрытии плоскими минимальной высоты с том, чтобы в оставшемся до подвесного потолка пространстве можно было разместить все необходимые трубопроводы.
На рис. 8 мы видим характерные примеры «висячих» домов, подвесных консолей каркасно-ствольной системы, а также каркасно-ствольно-диафрагмовую систему. У внутренних лестниц здесь предусмотрена механическая вентиляции, создающая избыточное давление и препятствующая задымлению, которая, как и аварийное освещенпе. подключается к аварийным источникам электроэнергии.
С точки зрении наибольшей экономичности дли высотного жилого дома является система с несущими продольными и поперечными стенами. При использовании всей площади плана здании в качестве основания несущей конструкции ее гибкость (отношение высоты к наименьшей ширине) становится наименьшей. Таким образом, достигается наибольшая жесткость и минимальная деформация под воздействием ветровой нагрузки.
В заключение отметим, что получившая широкое развитие свободная планировка базируется на динамике изменения свободного объема здания в сторону его увеличении в связи с сокращением площади, занимаемой центральным ядром. При этом происходит выбор комбинированных конструктивных систем здании в зависимости от структуры центрального идра.
ДнСМ « 1С-И1
