CC BY
0
Технологии строительства высотных зданий в Китае и конструкции
высотных зданий
Ч. Лю, Н.И. Фомин, Ш. Сяо, Ц. Ли
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.
Ельцина
Аннотация: В данной статье представлен обзор основных технологий строительства высотных зданий в Китае и на примерах рассмотрены некоторые из них. В результате анализа выявлены наиболее часто используемые технологии строительства, а также типы конструкций. Строительные технологии играют решающую роль при возведении высотных зданий. На основе сбора и анализа соответствующей литературы обобщены наиболее широко используемые строительные технологии в области строительства высотных зданий в Китае и на примерах показано их применение. Эти технологии охватывают различные методы строительства и выбор материалов. Цель данной работы -предоставить соответствующим специалистам справочную информацию для выбора подходящих технологий и типов конструкций при строительстве высотных зданий. Ключевые слова: строительство, высотные здания, технология строительства, железобетонная конструкция, сборная конструкция, анализ.
Введение
Количество и высота высотных зданий растет по мере ускорения процесса урбанизации и повышения требований к использованию площадей. В России, согласно СП 267.1325800.2016 здания и комплексы высотные 3.5, под высотным зданием понимается Здание, имеющее высоту, определяемую в соответствии с СП 1.13130.2009, более 75 м. В Китае, согласно "Техническому регламенту по бетонированию высотных зданий" (JGJ3-2010), в положениях: 10 этажей и более 10 этажей или высота более 28 м называется высотной конструкцией здания. Когда высота здания превышает 100 м, его называют супервысотным зданием. В процессе строительства высотных зданий выбор технологии строительства и конструкции имеет решающее значение для обеспечения безопасности и эффективности строительства здания. Поэтому комплексный анализ и исследование технологии строительства и конструкции высотных зданий имеет важное научное и практическое значение [1, 2].
Определение и правила строительства высотных зданий в Китае
Согласно GB 50011-2010 Нормы проектирования зданий с учетом сейсмической активности и GB 50016-2014 Нормы проектирования пожарной безопасности зданий, в Китае высотные здания определяются и регулируются в зависимости от их высоты и использования. Согласно китайским строительным нормам и правилам, высота жилых зданий не должна превышать 100 метров для обеспечения пожарной безопасности. Это ограничение призвано устранить риски, связанные с густонаселенными жилыми районами, такие, как пожарная опасность и транспортные заторы. Для общественных зданий предел высоты несколько ниже: одноэтажные общественные здания высотой более 24 метров классифицируются как высотные. К таким зданиям относятся различные типы зданий, такие, как офисные, культурные, торговые, медицинские и спортивные здания.
Правительство Китая также ограничивает строительство сверхвысоких зданий (высотой более 500 метров) из соображений практичности и безопасности. В городах с населением менее 3 миллионов человек запрещено строить здания высотой более 150 метров, а в более крупных городах - более 250 метров [3].
Состояние исследований
При изучении существующей литературы по строительным технологиям и конструкциям высотных зданий в Китае был выявлен пробел в одной из областей исследований последних лет, а именно: всесторонний сравнительный анализ наиболее часто используемых строительных технологий и типов конструкций для высотных зданий в Китае. Хотя существует ряд исследований, посвященных технологиям строительства высотных зданий и типам конструкций, большинство из них сосредоточено на углубленном анализе одной технологии или типа конструкции, а комплексных сравнений проводится мало.
Выбор технологий строительства и типов конструкций для высотных зданий оказывает значительное влияние на стабильность, стоимость, эффективность использования времени, устойчивость и последующее обслуживание здания [4]. Поэтому сравнительный анализ частоты использования и эффективности различных технологий и типов конструкций в высотных зданиях в Китае может стать важным руководством для архитекторов, инженеров и политиков, а также поможет лучше удовлетворить потребности и цели различных проектов.
Цель данного исследования - восполнить пробел в сравнительном анализе строительных технологий и конструкций в высотных зданиях в Китае путем сравнения использования различных строительных технологий и типов конструкций в китайских высотных зданиях с помощью систематического сбора и анализа данных.
Сравнение типов конструкций высотных зданий: мы изучим различные типы конструкций, используемые в высотных зданиях в Китае, такие как металлические конструкции, железобетонные конструкции, а затем проведем сравнительный анализ на основе таких критериев, как устойчивость, стоимость, время строительства и требования к обслуживанию.
Сравнение технологий строительства высотных зданий: мы проанализируем наиболее часто используемые технологии строительства высотных зданий в Китае, такие как монолитная конструкция, сборно-монолитная конструкция, и оценим их эффективность с точки зрения стоимости, эффективности использования времени, качества и устойчивости
Благодаря такому сравнительному анализу наше исследование призвано обеспечить комплексное понимание технологий строительства высотных зданий и типов конструкций в Китае, чтобы предоставить целевые
Цель и значение исследования
[5].
рекомендации и руководство для будущих проектов высотных зданий. Кроме того, мы надеемся, что наше исследование станет ценным пособием для китайских и российских исследователей, которое поможет им углубить понимание сектора высотного строительства в Китае и будет способствовать повышению внимания исследователей к этой важной области.
Общие конструктивные формы и методы строительства высотных
зданий
Конструкция:
1) Бетонная конструкция [6] - это вид архитектурного или инженерного сооружения, построенного с использованием хороших свойств бетона на сжатие, который обычно подходит для возведения несущих стен, перекрытий, балок и фундаментов (далее К1).
2) Железобетонная конструкция [7] - заложенная в бетон арматура, сочетающая прочность арматур на растяжение и прочность бетона на сжатие для восполнения недостатка растягивающих свойств бетона, которая широко используется в высотных строительных конструкциях (далее К2).
3) Металлическая конструкция [8] - это разновидность строительных конструкций, возводимых с использованием металлических материалов (например, стали, алюминиевого сплава и т.д.). Она обладает следующими характеристиками: высокой прочностью, хорошей жесткостью, малым весом и долговечностью (далее К3).
4) Сталежелезобетонная конструкция [9] - в качестве основной несущей конструкции обычно используются стальные элементы, такие, как стальные рамы, колонны и балки, обеспечивающие прочность и устойчивость. Бетон используется для заполнения и окружения стальных элементов, образуя комбинированную сталежелезобетонную конструкцию, обеспечивающую сжатие, сдвиг и защиту стальной конструкции (далее К4).
5) Каркасная конструкция [10] - это конструктивная система, сформированная с помощью балок и колонн, образующих рамы в вертикальном и горизонтальном направлениях (На рис.1 и рис.2 показана). Она воспринимает как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки. Основными преимуществами являются гибкость планировки здания, которое может формировать большое пространство, а также очень удобная высота здания [11]. Основным недостатком является малая поперечная жесткость, которая будет производить чрезмерные боковые смещения при большом количестве этажей (далее К5).
Рис.1 Схема Рис.2 Строящийся объект [12]
6) Конструкция сдвиговых стены [13] - это использование стен здания (внутренних и наружных), выполненных из сдвиговых перегородок, для противодействия горизонтальным силам (рис.3 и рис.4). Стенка сдвига, как правило, железобетонная. Структура стены сдвига имеет преимущество большой боковой жесткости, горизонтальные нагрузки под боковым сдвигом мала; недостатком является расстояние между стенками сдвига мала, структура здания планировки негибкая, не для большого пространства общественных зданий, в дополнение к структуре вес также больше. (далее К6).
Рис.3 Схема
Рис.4 Строящийся объект [14]
7) Конструкция цилиндра [15] - в высотных зданиях, особенно в ультравысотных, горизонтальная нагрузка становится все больше и больше, играя контролирующую роль (рис.5 и рис.6). Цилиндрическая структура является наиболее эффективной структурной системой для сопротивления горизонтальной нагрузке. (далее К7).
1) Сборное домостроение [17] - это метод строительства, при котором часть или все конструкции и компоненты здания предварительно изготавливаются на заводе, а затем доставляются на строительную площадку для сборки. Преимуществами этого метода являются высокая скорость строительства, низкая трудоемкость на стройплощадке и относительно легкий контроль качества. (далее - Т1).
2) Монолитное домостроение [18] - это системы, которые создаются как непрерывные и несегментированные, либо путем укладки бетона, либо
Рис.5 Схема
Рис.6 Модель [16]
Технология:
другими способами, без видимых швов между элементами, которые свариваются или скрепляются болтами, а образуют единую конструктивную единицу, чтобы вся конструкция реагировала на нагрузку, как единое целое. (далее - Т2).
3) Сборно-монолитное домостроение сочетает в себе методы сборного и монолитного строительства, при котором одни компоненты предварительно изготавливаются на заводе, а другие отливаются на строительной площадке [19]. (далее - Т3).
4) Технология перекачки бетона [20] - профессиональное насосное оборудование позволяет быстро и равномерно доставлять бетон к месту строительства, что повышает эффективность и качество строительства. Преимущество насосной техники заключается в том, что она может доставлять бетон на более высокие и дальние строительные площадки. (далее Т4).
5) Технология строительства алюминиевых формных плит [21] - это передовой метод строительства, позволяющий быстро возводить несущие системы, повышать эффективность, качество и безопасность строительства за счет использования легкой и многоразовой алюминиевой опалубки. (далее -Т5).
6) Технология строительства металлических конструкций [22] - это метод возведения зданий с использованием металла и сварочных технологий. Она широко применяется в строительстве благодаря отличным прочностным, долговечным и пластичным характеристикам стальных конструкций. (далее Т6).
Анализ данных
Чтобы определить ключевые технологии для гражданского строительства и строительства зданий в Китае в 2035 году, Chinese Academy of Engineering (Китайская академия инженерных наук), создала
и
тематическую исследовательскую группу по гражданскому строительству и строительству зданий и провела масштабное исследование новых строительных технологий в период с 2010 по 2015 год. На рисунке 7 представлены результаты опроса: по вертикальной оси - названия ключевых технологий, по горизонтальной - комплексные индексы технологий и их применения, включая зрелость технологий, оценку жизненного цикла и устойчивость.
Рис. 7 Результаты технического опроса [23] Таким образом, разработка ключевых технологий новых высокоэффективных структурных систем является фундаментальным способом достижения устойчивого развития в области структурной инженерии, преобразования и модернизации промышленности и должна стать направлением развития гражданского строительства в будущем. Комплексные технологии предотвращения стихийных бедствий и смягчения их последствий в гражданском строительстве и технологии проектирования, строительства, эксплуатации и обслуживания строительных конструкций на основе эксплуатационных характеристик в течение всего срока службы являются важными вспомогательными технологиями для реализации новой
высокоэффективной структурной системы и, безусловно, станут актуальными направлениями постоянного внимания в области гражданского строительного проектирования. Это также должно стать одним из направлений постоянного внимания в области гражданского строительного проектирования [24].
На основе приведенных выше данных мы можем построить следующие графики (рис.8).
Тип конструкции Тип технолог ии строительства
Рис. 8. Использование типов конструкций и технологий строительства
высотных зданий в Китае
По рис.8 видно, что железобетонные и металлические конструкции являются наиболее популярными конструктивными формами для высотных зданий в Китае, и они широко используются в гражданских и промышленных зданиях. В китайских высотных зданиях чаще всего используются такие строительные технологии, как монолитное домостроение, технология перекачки бетона и технология строительства металлических конструкций. Они выполняют соответствующие функции на разных этапах строительства.
Заключение
За последние 10 лет в Китае при выборе конструкций высотных зданий преобладали железобетонные конструкции, на долю которых приходится 30%, благодаря их экономичности и адаптивности. Металлические конструкции, с другой стороны, более распространены в сверхвысоких
зданиях и большепролетных сооружениях, составляя 24 процента, благодаря своей высокой прочности и малому весу, которые обеспечивают большую гибкость и инновации в дизайне, но также требуют более высоких инженерных навыков и затрат.
Что касается выбора технологии строительства, то монолитные и монолитно-сборные технологии составили 26% и 17%, соответственно, а их преимущества - повышение эффективности строительства, снижение нагрузки на стройплощадку и повышение качества строительства -постепенно стали предпочтительными технологиями для высотных зданий в Китае. Технология бетононасосов играет решающую роль в обеспечении быстрого и эффективного строительства и строгого контроля качества высотных зданий, составляя 22%.
В результате, развитие технологий проектирования и строительства высотных зданий в Китае отражает общую направленность отрасли на безопасность, эффективность, экономичность и защиту окружающей среды. Благодаря постоянным технологическим инновациям и политической поддержке, в будущем проектирование и строительство высотных зданий в Китае будет уделять больше внимания "зеленым" и "интеллектуальным" зданиям, обеспечивая при этом ориентир для проектирования высотных зданий в России и способствуя развитию строительной отрасли в Китае и России [25].
Литература
1. Шумейко И. Ш., Кудинов О.А. Об особенностях проектирования уникальных, большепролетных и высотных зданий и сооружений // Инженерный вестник Дона. 2013. №4. URL:
ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2164.
2. Седегова Л.Н., Особенности строительства гражданских зданий в сложившейся городской застройке // Инженерный вестник Дона. 2013. №2. URL : ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1698.
3. , (Zhang Sh., Wang Sh. Erection construction technology of steel structure in high-rise building engineering) // ФШШЖ^Ш^Ш (China Construction Metal Structure). 2023. Т. 22. № 5 С. 34-36.
4. tt^, ШШйШ^ШШХЙЖЭДШ^ (Du Fu. Discussion on the construction technology of modern super high-rise structural buildings)// ШЖ
(Building Science). 2012. С. 72.
5. (Yang L. Research on high-
rise construction technology for high-rise building construction) // ^ Ш Ш Ж (Intelligent City). 2020. №13. С. 139-140.
6. (Zhang K. Introduction to
the application of civil construction technology in high-rise buildings) // ШжЙЖ (Building Technology). 2014. №4. С. 57-58.
(Cao X., Shan Ch., Yang Ch. Analysing the application of reinforced concrete structure and steel structure in architecture) // llffiM^ (Shanxi Construction). 2006. Т. 32. №2 С. 85-86.
8. (Wang Q. Construction technology
of civil high-rise steel structure buildings) // llffiM^ (Shanxi Construction). 2008. Т. 34. №6 С. 164-165.
9. (Yu y.
Research on Construction Technology of Steel-Reinforced Concrete Combined Structures for High-Rise Buildings)// Ш1ЙЖ (Construction Technology). 2023. №9. С. 148-150.
10. (Liu B. Construction Technology of
Frame Structures in Building Engineering) // I^fi^^Èffl (Engineering Technology and Application). 2019. №12. С. 26-27.
11. Pfë^ (Luo X. Analysis on the
key points of high-rise building construction technology) // Ш I Ш Ж
(Construction technology). 2014. №7. С. 275.
12. Заброшенная строительная площадка Бетонная каркасная конструкция // xsj.699pic.com URL: xsj.699pic.com/tupian/09e9hd.html (дата обращения: 05.11.2023).
13. (Li J. Research on construction
technology of frame shear wall structure) // Ш1ЙЖ (Construction Technology). 2022. №12. С. 150-153.
14. ФШМ^^Й^Ь^МЭД^Ш (Research Report on the Development
of Construction Industrialisation in China) // ccmsa.org.cn URL: ccmsa.org.cn/fenhui/show.php?id=18359 (дата обращения: 05.11.2023).
15. (Li G. Discussion on the key points of
the design of the cylinder structure) // (Science and Technology
Communication). 2013. №8. C. 81-82.
(Zhao X.,Fan Y.,Zhang B. Application of prefabricated assembled frame-cylinder structural system in industrialised housing) // Industrial
Building ) . 2015. №45. C. 81-84.
17. , gSÎISi^fil^H^ttfi^Stf ( Zhu Y.
Exploration of key technologies for the construction of assembled concrete structure buildings ) // (Construction Technology). 2023. №6. C. 181-
183.
18. ^mtm^^mrn, st bim
fàit (Fan Y., Zhang Y., Xi Y. Design and Optimisation of Concrete Assembly
Monolithic Structures Based on BIM Technology) // M^ÎH^MM (Building Information Modelling). 2023. №10. C. 1-3.
19. (Shi Y. Analysis of the
key points of prefabricated assembly building construction process) //
(Guangdong Civil Engineering and Architecture). 2019. T. 26. №7. C. 72-76.
20. ï^fà,Hlmll^li)!^ (Wang J. Pumping Concrete for High-rise Buildings) // ^ffiffî^ (Materials Research). 2017. №10. C. 21.
21. (Xie H, Aluminium
formwork construction technology discussion in high-rise building construction) // (Sichuan Building Materials). 2019. Т. 45. №6. С. 132-134.
22. ïWW,(Wang J. Analysis of steel
structure construction technology for high-rise buildings) // I (Intelligent
Construction). 2020. №12. С. 210-211.
23. 2035 ЖШШ^Шт^Ш^ (China Civil and
Structural Engineering Technology 2035 Development Trend and Path Research) // engineering. org.cn URL : engineering. org.cn/ch/article/19009/detail#collapseTwo (дата обращения: 23.01.2024).
24. (Nie J. The Future of Structural Engineering in China - High Performance Structural Engineering) // i ^Ig^I (Journal of Civil Engineering). 2016. Т. 49. №9. С. 1-8.
25. (Feng Y. Introduction to modern
high-rise building construction technology) // Ф^&ЙШ (Chinese and foreign entrepreneurs). 2019. №10. С. 124.
References
1. Shumejko I. Sh., Kudinov O.A. Inzhenernyj vestnik Dona. 2013. №4. URL : ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2164.
2. Sedegova L.N. Inzhenernyj vestnik Dona. 2013. №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1698.
3. Zhang Sh., Wang Sh. China Construction Metal Structure. 2023. Vol. 22. № 5 pp. 34-36.
4. Du Fu. Building science. 2012. p. 72.
5. Yang L. Intelligent city. 2020. №13. pp. 139-140.
6. Zhang K. Building technology. 2014. №4. pp. 57-58.
7. Cao X., Shan Ch., Yang Ch. Shanxi Construction. 2006. Vol. 32. №2 pp.
85-86.
8. Wang Q. Shanxi Construction. 2008. Vol. 34. №6 pp. 164-165.
9. Yu Y. Construction technology. 2023. №9. pp. 148-150.
10. Liu B. Engineering Technology and Application. 2019. №12. pp. 26-27.
11. Luo X. Construction technology. 2014. №7. pp. 275.
12. Zabroshennaya stroiteFnaya ploshhadka Betonnaya karkasnaya konstrukciya [Abandoned construction site Concrete frame structure]. xsj.699pic.com URL: xsj.699pic.com/tupian/09e9hd.html (accessed: 05/11/2023).
13. Li J. Construction technology. 2022. №12. pp. 150-153.
14. Research Report on the Development of Construction Industrialisation in China. ccmsa.org.cn. URL: ccmsa.org.cn/fenhui/show.php?id=18359 (accessed: 05/11/2023).
15. Li G. Science and technology communication. 2013. №8. pp. 81-82.
16. Zhao X.,Fan Y., Zhang B. Industrial building. 2015. №45. pp. 81-84.
17. Zhu Y. Construction technology. 2023. №6. pp. 181-183.
18. Fan Y., Zhang Y., Xi Y. Building Information Modelling. 2023. №10. pp.
1-3.
19. Shi Y. Guangdong Civil Engineering and Architecture. 2019. Vol. 26. №7. pp. 72-76.
20. Wang J. Materials Research. 2017. №10. p. 21.
21. Xie H Sichuan Building Materials. 2019. Vol. 45. №6. pp. 132-134.
22. Wang J. Intelligent construction. 2020. №12. pp. 210-211.
и
23. China Civil and Structural Engineering Technology 2035 Development
engineering.org.cn/ch/article/19009/detail#collapseTwo (accessed: 23/01/2024).
24. Nie J. Journal of Civil Engineering. 2016. Vol. 49. №9. pp. 1-8.
25. Feng Y. Chinese and foreign entrepreneurs. 2019. №10. pp. 124.
Дата поступления: 2.02.2024 Дата публикации: 11.03.2024
Trend and Path Research.
engineering.org.cn URL:
