Бетон.ру

Высотными принято считать здания, число этажей которых превышает 30. Как показывает мировая практика, в крупных городах строительство высотных зданий получает все большее развитие, что обусловлено высокой стоимостью земельных участков, ограниченностью городских площадей, интенсивным ростом населения и другими причинами. Накопленный за рубежом опыт говорит о том, что с учетом стоимости земли оптимальными по экономическим показателям являются 30-50 этажные здания. Здания большей этажности возводят исходя из соображений престижности, архитектурной значимости или дороговизны земельных участков. Если первые высотные здания возводили исключительно с применением стальных несущих конструкций, то в последние годы для их возведения все более популярны железобетонные конструкции, в том числе сборные.

Поскольку наибольшие затраты при строительстве высотных зданий (до 37-40%) приходятся на долю несущих конструкций, применение железобетона в зданиях высотой до 70 этажей позволяет повысить их жесткость, огнестойкость, механизировать монтажно-строительные процессы, а также разнообразить архитектурный облик здания. За счет этого достигаются более эффективные экономические показатели. При строительстве высотных зданий со стальными несущими конструкциями расход стали составляет 150-220 кг/м2 площади, а при возведении известного “Эмпайр Стейт Билдинг” (США) затраты стали составили 244 кг/м2 площади этажа. При этом следует иметь в виду, что для устройства несущих конструкций в этих зданиях используются высококачественные и низколегированные сорта стали с пределом текучести 30-40 кгс/мм2, а в отдельных случаях до 70 кгс/мм2. В высотных зданиях с железобетонными несущими конструкциями расходуется 40-85 кг стали, а бетона 0,8-1,2 м3 на квадратный метр этажа, что вполне сопоставимо с расходом этих материалов в 9–17-этажных крупнопанельных домах.

В Москве в ближайшие годы начинается строительство примерно 60 высотных зданий, т.е. этот вид строительства приобретает массовый характер. Проектирование и сооружение высотных зданий чрезвычайно сложная инженерная задача, связанная с целым рядом конструктивных, архитектурно-планировочных, градостроительных, социологических, физиологических и других проблем. К этому надо добавить природно-климатические особенности Москвы, в том числе неблагоприятные грунтовые условия, существенно ограничивающие допускаемые нагрузки на основания, в то время как зарубежные высотные здания в подавляющем большинстве возводятся на скальных основаниях.

Одна из первых столичных высоток второго поколения возводится по проекту ЦНИИЭПжилища на Давыдковской улице, владение 3. При его проектировании был учтен опыт строительства в 50-х годах первых высотных зданий, а также современных 17 – 25-этажных зданий. Фундамент решен в виде пространственной двухэтажной конструкции из монолитного железобетона. Его подошва заглублена на 4,85 м от уровня земли. Надземная 43-этажная часть выполнена по смешанной конструктивной схеме из монолитного железобетона с несущими колоннами и стенами-диафрагмами, расположенными между стволами (ядрами жесткости) и внешней оболочкой здания. В двух ядрах жесткости (стволах) размещены лестнично-лифтовые узлы. Внутренние несущие стены – монолитные переменной толщины от 350 до 180 мм (в верхних этажах) из бетона класса В35 и В30. Стены армируются сетками и каркасами. Внутренние колонны также имеют переменное сечение: от 650х650 мм в нижних этажах до 400х400 мм в верхних. Расположенные по периметру здания колонны выполнены в виде пилонов переменного сечения от 400х600 до 400х400 мм из бетона класса В30. Армирование колонн предусмотрено в двух вариантах с использованием гибкой и жесткой арматуры. В качестве жесткой арматуры применены прокатные уголки. Железобетонная сплошная безригельная плита перекрытий толщиной 160 мм монолитно связана со стенами лестнично-лифтовых узлов, колоннами и пилонами. Лифтовые шахты - монолитные железобетонные с толщиной стен от 200 до 160 мм. Плиты лоджий и балконов также монолитные, толщиной 180 мм из бетона В30. Наружные стены – навесные слоистые. Крыша - в основном плоская железобетонная с теплым чердаком, за исключением шатровых частей, выполняемых из стальных конструкций.

Опыт проектирования высотного здания на Давыдковской улице, дом 3 выявил ряд недостаточно отработанных в отечественной нормативной и научно-технической документации вопросов, прояснение которых позволит добиться большей надежности и экономичности таких зданий. Расчет на ветровые нагрузки высотного здания допускает величину прогиба, равную 1/500 от его высоты. При этом предполагается, что при таком прогибе обеспечивается целостность всех конструктивных элементов здания (перегородок, остекления, сопряжения деталей и т.п.), а также ускорения I-го тона собственных колебаний здания не создают отрицательных воздействий на самочувствие находящихся в здании людей. Однако даже в США, где приняты аналогичные нормы, фактически при строительстве высотных зданий принимают значительно меньшие прогибы, равные 1/1500-1/1000. В нашем проекте также принят прогиб здания от суммарных горизонтальных нагрузок, равный 1/1000. Понятно, что это достигается за счет технико-экономической эффективности конструктивного решения здания.

Недостаточно изучен вопрос влияния горизонтальных колебаний высотных зданий на самочувствие человека. По некоторым зарубежным данным, порог восприятия горизонтальных ускорений находится в диапазоне 0,006-0,015 g, из чего следует, что расчетный период собственных колебаний зданий по основному тону должен составлять не менее 10 с. Для обеспечения этого предлагается вводить в конструкцию здания специальные упруговязкие амортизаторы, что, как правило, не делается. Плохо изучен вопрос обеспечения совместности (одинаковости) работы на вертикальные нагрузки таких конструктивных элементов, как колонны и стены. Обычно это обеспечивается за счет дополнительного армирования перекрытия, т.е. за счет ухудшения технико-экономических показателей. В безригельных железобетонных перекрытиях недостаточно проработан вопрос расчета опорных зон у колонн, особенно в случаях использования больших пролетов.

Для снижения массы высотного здания за счет уменьшения расчетных сечений несущих железобетонных конструкций целесообразно переходить на бетоны более высоких классов, В60-В80. Бетоны таких классов разработаны НИИЖБом и могут достаточно широко применяться в отечественной практике, особенно при возведении таких ответственных зданий. В этом случае при малых сечениях железобетонных конструкций и значительных нагрузках на них применение жесткой арматуры в виде гладких стальных профилей может потребовать дополнительных мероприятий по обеспечению совместной работы этих материалов, а также уточнения предельных процентов армирования. Снижение массы высотного здания необходимо потому, что грунтовые условия в Москве, как показали наши разработки, не позволяют принимать среднее нормативное давление на основание более 0,4 МПа.

Учитывая уникальность и срок эксплуатации высотных зданий, составляющий не менее 125-150 лет, особое внимание следует уделять долговечности и ремонтопригодности их наружной отделки. Зарубежная практика показывает, что использование высококачественного железобетона для устройства несущей конструкции наружных стен в коробчатых конструктивных схемах или навесных железобетонных панелей в других конструктивных схемах обеспечивает разнообразную отделку фасадов и достижение индивидуального внешнего облика высотных зданий. Благодаря пластическим свойствам бетона можно создавать наружные стены не только в виде плоских поверхностей, но и криволинейные многогранные, в виде разнообразных объемов и т.п. Примерами могут служить 46-этажный жилой дом “Пуассон” в Париже, 38-этажная гостиница “Шато Шамплен” в Монреале и др. Декоративные высококачественные долговечные бетоны получают применение в жилищно-гражданском строительстве России. Следует отметить разработки НИИЖБа в этом направлении.

По заданию Москомархитектуры ЦНИИЭПжилища разрабатывает совместно с рядом других организаций “Общие положения к техническим требованиям по проектированию жилых зданий высотой более 75 м”. В этом документе должны быть обобщены имеющиеся отечественные и зарубежные данные и опыт строительства высотных зданий. В “Общих положениях” содержатся разделы по архитектурно-планировочным решениям высотных зданий, основаниям, фундаментам и подземным частям зданий, конструктивным решениям надземной части, инженерному обеспечению и автоматизации, противопожарным мероприятиям и санитарно-гигиеническим требованиям. Все последние достижения строительной науки и практики, а также эксплуатации такого рода зданий будут объединены в этом документе.

Авторы: C. Николаев, В. Острецов

Источник газета "Стройка" №49