Основы проектирования высотных зданий (небоскребов)

Многоэтажные здания с этажностью 9-16 этажей относятся к 1й категории.

17-25 этажей – 2я категория

26-40 этажей – 3я категория

Более 40 этажей – высотные здания.

Здания высотой более 75 м относятся к небоскребам, т.к. требуют особого подхода к решению их пространственного объема и инженерно-технического обеспечаения.

Основы конструирования

Несущая конструкция работает в трех последующих фазах:

1. восприятие нагрузки

2. распределение нагрузки

3. передача нагрузки

Эти три этапа называются работой конструкции, что является основополагающей предпосылкой для ее проектирования, в особенности это важно для высотных зданий. Конструкции высотных зданий и сооружений требуют неразрывности элементов, которые передают нагрузку на основание и тем самым согласованности передачи нагрузок для каждого этажа. Поэтому распределение точек передачи нагрузок должно определяться соображениями не только статической целесообразности, но и рационального использования площадей.

Высотные конструкции для передачи вертикальных нагрузок нуждаются в значительных площадях поперечного сечения опорных частей, которые ограничивают полезную площадь этажа. В связи с необходимостью ограничения до минимума поперечного сечения элемента в передающих нагрузку для оптимального использования площадей все пространственные элементы, необходимые для высотного строения, являются потенциальными несущими конструкциями: шахты лифтов, санитарно-технические каналы, лестничные клетки.

Чтобы создать гибкую планировочную структуру этажей и возможности для последующих перепланировок помещений на каждом этаже проект несущих систем высотных зданий нацелен на максимально возможное уменьшение поперечного сечения элементов, а также уменьшения их числа.

По типу несущей конструкции высотные сооружения подразделяются:

- растровые высотные сооружения (рис.1)

- высотные сооружения с оболочкой (рис.2)

- ствольные высотные сооружения (рис.3)

- пролетные высотные сооружения – мостовые (рис.4)

Для понимания работы несущих систем конструкции высотных зданий необходимо рассмотреть три основных вида действующих нагрузок:

- система горизонтальных нагрузок на этажах

- система вертикальных нагрузок и их передача с этажей на основания

- система боковых горизонтальных нагрузок и повышение пространственной жесткости сооружения

Основная задача проектировщика состоит в том, чтобы интегрировать эти системы и создать такую конструктивную основу, которая бы взяла на себя все эти функции.

Ветровые нагрузки

Особую важность представляют по определению ветровых нагрузок и их воздействия на здания не только с точки зрения статической надежности, но и определения реакции здания на образование шумов от ветра, завихрений и т.д.

Задача проектировщика состоит в том, чтобы обеспечить такую работу здания, под воздействием ветровых нагрузок, которая отвечала бы требованиям надежности и пригодности к нормальной эксплуатации в течение всей его службы.

Воздействие ветра на высотные здания определяется рельефом, наличием зданий и сооружений на этой территории, а также объемно-пространственной структурой самого здания.

Общие сведения о ветре

В проектировании ветер рассматривается как кратковременная нагрузка и источник вибрации конструкции. Для большепролетных конструкций мостов и др. зданий четкое представление о структуре ветра, законах распространения, интенсивности, частоте, порывистости является обязательным условием проектирования, поскольку воздействие ветра определяет прочность и стоимость конструкции.

Движение масс воздуха относительно земной поверхности происходит под воздействием разности атмосферного давления, силы трения, отклоняющей силой вращения Земли и центробежной силы.

В следствии турбулентности воздушного потока скорость и направление ветра колеблются. Величину скорости определяют с помощью стационарных приборов (флюгер), а в свободной атмосфере – с помощью зондов. Скорость ветра измеряется в м/с, узлами (мили/час) или баллами. Трение частиц воздуха о поверхность Земли отклоняет направление ветра от прямолинейного. С ростом высоты над поверхностью Земли влияние силы трения уменьшается, что приводит к повышению скорости ветра.