Конструктивні системи висотних будівель

Конструктивні рішення повинні забезпечувати термін служби висотного будинку не менше, ніж на 150 років з урахуванням належного експлуатаційного обслуговування та можливого відновлення ресурсу будинку за допомогою капітальних ремонтів.

Міцність, стійкість і просторова жорсткість висотних будівель забезпечується спільною роботою вертикальних (колони, стіни, ядра, діафрагми) і горизонтальних (перекриття, покриття, балки, розкісні пояси) конструкцій.

Горизонтальні конструкції сприймають вертикальні та горизонтальні навантаження і передають їх поповерхово на вертикальні несучі конструкції, які, в свою чергу, передають ці навантаження фундаментам. У сукупності всі несучі конструкції утворюють конструктивну систему, яку називають несучим остовом будівлі.

Сталь і бетон є основними будівельними матеріалами для хмарочосів. Несучі конструкції висотної будівлі можуть виконуватися з монолітного залізобетону, сталезалізобетону або металу. Обрання конструктивних матеріалів і конструктивних систем залежить від поверховості будівлі.

Існує чотири основні конструктивні системи висотних будівель: стінова (безкаркасна); каркасна (рамна); стовбурна; коробчаста (оболонкова).

Стінові конструктивні системи підрозділяються на схеми з поперечними, поздовжніми або перехресними несучими стінами. Ці схеми, як правило, застосовують під час будівництва житлових будинків і готелів, оскільки вони не придатні для будівель, в яких необхідне гнучке планування приміщень. Стінові системи найбільш ефективні в будинках висотою до 150 м (рис. 1).

 

 

а б в г

 

а – з поперечними стінами по периметру; б – з поздовжніми стінами;

в – з радіальними стінами; г – з перехресними стінами

Рисунок 1 – Схеми будівель з плоскими несучими стінами

 

До каркасних систем відносяться каркасні з діафрагмами жорсткості та рамно-каркасні схеми. За ними зводять будинки переважно висотою до 200 м. Такі конструктивні схеми забезпечують вільні простори, створюють можливість розробки різних об'ємно-просторових архітектурних форм. Але зі зростанням поверховості ускладнюються конструкції рамних вузлів для сприйняття горизонтальних навантажень. Для надання жорсткості системі вводять вертикальні діафрагми: розкісні стальні вертикальні діафрагми жорсткості або суцільні залізобетонні стіни.

Стовбурні системи мають такі різновиди: консольне обпирання перекрить на стовбур, підвішування зовнішньої частини перекриття до верхньої несучої консолі (аутригера), обпирання перекрить за допомогою стін на нижче розташовану несучу консоль, проміжне розташування несучих консолей висотою в поверх із передачею на них навантаження від частини поверхів (рис. 2). Стовбурна система дозволяє не тільки забезпечувати гнучке планування, але й у досить широких межах застосовувати розвинену пластику фасадів. Її, як правило, застосовують для будинків висотою більше 150 м.

 

а б в г

 

а – підвішування перекриттів до верхньої несучої конструкції; б – обпирання стойок на опорну конструкцію над першим поверхом; в – консольне рішення кожного перекриття; г – влаштування несучої конструкції висотою в поверх,

яка розташовується через поверх по висоті

Рисунок 2 – Стовбурна конструктивна система

а б в г

 

а, в, г – коробчаста з просторовою безрозкісною решіткою;

б – коробчаста з розкісною решіткою зовнішніх стін

Рисунок 3 – Коробчасті (оболонкові) конструктивні системи

 

 

а б в г

а – стовбурна з несучими стінами; б – каркасно-стовбурна;

в – коробчасто-стовбурна; г – багатосекційна коробчаста

Рисунок 4 – Змішані конструктивні системи

Коробчаста (оболонкова) конструктивна система є максимально жорсткою серед усіх систем завдяки зовнішній несучій оболонці, яка може виконуватися у вигляді безрозкісної та розкісної решіток (рис. 3). Ця система використовується для будівель, вищих за 200 м.

Основні конструктивні системи комбінуються між собою в так звані змішані системи. Кількість можливих варіантів комбінованих систем досить велика (каркасно-стінові, каркасно-стовбурні, коробчасто-стовбурні та ін.) (рис. 4). Їх використовують у випадках, коли жорсткості будівлі недостатньо. Змішані системи мають більшу конструктивну гнучкість завдяки можливості розподілу частки сприйманих зусиль за рахунок варіювання жорсткості несучих елементів. Так, для споруд вище 100 поверхів використовують поєднання коробчастої та стовбурної систем («труба в трубі» або «труба в фермі»), що ще більше підвищує жорсткість конструкції.

В умовах реального проектування висотних будівель існує нагальна необхідність врахування значних вітрових навантажень, які мають місто бути особливо в верхній зоні будівлі. У будівельних нормах звертається увага на вітрове навантаження, однак, лише як на фронтальний тиск, а тому рекомендується посилення вузлів кріплення вікон і вітражів.

Світова та вітчизняна проектні практики вважають необхідним провадження аеродинамічних досліджень під час виконання проектних робіт для висотних будівель, мостів, телевізійних башт, багатопрольотних конструкцій, покриття стадіонів, які виявляють реальні вітрові потоки і їх навантаження.

У результаті, можна стверджувати, що:

– вітрові потоки вздовж висотної будівлі створюють значне навантаження на огороджувальні конструкції (у тому числі на вікна й вітражі) в напрямку їх відриву;

– конкретний характер і навантаження залежать від конфігурації будівлі і деталей на ній;

– висотна будівля впливає на прилеглу забудову, в тому числі, може змінитися спроможність роботи природної вентиляції будівель меншої поверховості.

 

Інженерне обладнання

У висотних житлових будинках обов'язковою є установка ліфтів для обслуговування кожної групи приміщень. Їхня кількість, вантажопідйомність і швидкість залежать від поверховості будинку й кількості жителів.

Якщо в одному під'їзді встановлюється декілька ліфтів з вантажопідйомністю 1000 кг, то габаритні розміри їх кабін повинні складати 2100 мм х 1100 мм.

Мінімальна ширина ліфтового холу за однорядного розташування ліфтів повинна складати не менше за 1,2 м і мати вантажопідйомність 400 кг; для інших ліфтів мінімальна ширина ліфтового холу повинна складати 1,6 м. За дворядного розташування ліфтів ширина ліфтового холу повинна бути не меншою за:

– 1,8 м – у випадку установки ліфтів, глибина кабіни яких є меншою за 2100 мм;

– 2,5 м – у випадку установки ліфтів, глибина кабіни яких складає 2100 мм і більше.

Ліфти для транспортування пожежних підрозділів (ЛТПП) можуть розташовуватися в групі з пасажирськими ліфтами, але в окремій шахті з виходом в окремий або загальний хол. Для шахти ЛТПП і окремого або загального ліфтового холу необхідно забезпечувати підпір зовнішнього повітря.

У висотних житлових комплексах влаштовується сміттєвидаляння.

Відстань від дверей квартири до найближчого завантажувального клапана сміттєпроводу не повинне перевищувати 25 м.

Сміттєзбиральну камеру варто розміщувати безпосередньо під стовбуром сміттєпроводу з підведенням до неї гарячої й холодної води й пристрою водовідведення. Висота камери в світлі повинна бути не меншою за 1,95 м. Сміттєзбиральна камера повинна мати самостійний вхід із дверима, що відкриваються назовні, і бути ізольованою від входу в будинок, вікон і літніх приміщень сусідніх квартир глухою стінкою.

Таким чином, житловий будинок обладнується господарсько-питним водопроводом холодної й гарячої води, побутовою каналізацією, зливовідводами, опаленням, вентиляцією, а також системою автоматичної пожежної сигналізації, системою протидимного захисту, системою моніторингу стану основних несучих конструкцій.

 

Пожежна безпека

Висотні будинки, залежно від висоти, поділяються на протипожежні відсіки, що відокремлюються один від одного протипожежним перекриттям або технічним поверхом. Максимальна висота нижнього протипожежного відсіку не повинна перевищувати 50 м.

На межі протипожежних відсіків (на рівні протипожежного перекриття) передбачаються карнизи по контуру будинку, що виступають за межі фасаду не менше ніж 0,75 м.

Площа поверху в межах протипожежного відсіку для житлових будинків приймається не більшою за 2000 м², в інших випадках – за 2500 м² .

Стилобатна частина будинку, поверхи або приміщення нежитлового призначення відокремлюються від його основної частини протипожежними стінами та перекриттями.

При розміщенні в висотному житловому комплексі громадських функцій умовна висота розташування залів не повинна перевищувати:

- з числом місць від 300 до 600 – 10 м;

- з числом місць від 150 до 300 – 26,5 м;

- з числом місць від 100 до 150 – 50 м.

У разі розміщення на висоті понад 50 м ресторанів, кафе та інших громадських приміщень, місткість яких складає понад 50 осіб, відстань від дверей цих приміщень до незадимлюваних сходових кліток не повинна перевищувати 20 м.

Експлуатовані покрівлі висотних будинків на яких розміщуються відкриті літні ресторани, кафе, оглядові майданчики з одноразовим перебуванням від 50 до 100 осіб, передбачають не менше двох евакуаційних виходів.

Вбудовані та прибудовані гаражі передбачають окремі евакуаційні виходи, що не залежать від евакуаційних виходів із частин будинків іншого призначення.

У висотному і в секційному будинках кожна секція передбачає не менше двох незадимлюваних сходових кліток типів Н1 або Н4. Кількість сходових кліток типу Н1 повинна складати не менше, ніж 50 % від загальної кількості незадимлюваних сходових кліток будинку (секції будинку). Допускається передбачати дві незадимлювані сходові клітки типу Н4, розташовані в одному об'єкті (ядрі жорсткості) будинку. Сходові клітки типу Н4 на рівні першого поверху повинні передбачати виходи у вестибюлі, холи, що ведуть до виходу з будинку назовні, а виходи зі сходових кліток типу Н1 улаштовуються безпосередньо назовні, при цьому ширину проходів слід передбачати з урахуванням безперешкодного транспортування людини на ношах.

Відстань від вхідних дверей квартир до найближчого евакуаційного виходу (виходу до зовнішньої повітряної зони сходової клітки типу Н1 або виходу до тамбур-шлюзу сходової клітки типу Н4) повинна складати не більше 12 м.

Для громадських зон висотних будинків відстань по коридору між евакуаційними виходами поверху повинна складати не більше 40 м, а від крайньої тупикової частини коридору – не більше 10 м.

ЗАВДАННЯ НА КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

 

Курсовий проект виконується в рамках освітньо-кваліфікаційних рівнів «фахівець» та «магістр».

Проектування здійснюється на підставі вимог сучасної української нормативної бази й максимально наближене до реального.

Під час уточнення завдання на проектування передбачається визначення поверховості будинку, його типологічних особливостей, категорії житла та (за погодженням з керівником у процесі виконання дипломного проекту) включення інших функціональних зон, тобто здійснюється обрання варіанта розробки висотного житлового комплексу.

Варіант 1 використовується в курсовому проектуванні і передбачає поєднання висотного житлового комплексу з підземним паркінгом та службовими приміщеннями на першому поверсі.

Варіант 2 використовується в дипломному проектуванні і, крім службових приміщень та підземного паркінгу, включає ряд громадських функціональних зон.

У якості геодезичної підоснови для проектування приймається реальна зйомка ділянки в масштабах М 1:500; 1:1000. Площа ділянки визначається на підставі нормативних вимог з урахуванням кількості жителів, що проживають у будинку, та відвідувачів інших функціональних зон.

Склад і площі приміщень визначаються залежно від рівня комфортності відповідно до вимог ДБН В.2.2-15-2005 «Будинки й споруди. Житлові будинки. Основні положення», а також ураховуються вимоги ДБН В.2.2-24:2009 «Проектування висотних житлових і громадських будинків».