Некоторые аспекты высотного домостроения

крупную и мелкую: крупная 12,5-5.0 мм (для щебня 10-20 мм); мелкая - от 0.63 до 0.16 мм (для щебня 5-10 мм).

Щебень и песок декоративные из природного камня получают дроблением свежих невыветренных магматических или плотных карбонатных осадочных пород разных расцветок (гранита, диорита, диабаза, андезита, кварцита, цветного и белого мрамора, туфа и др.). Декоративные заполнители характеризуются также зерновым составом, содержанием зерен пластинчатой и игловатой формы, зерен слабых пород, пылевидных частиц, маркой щебня по прочности и морозостойкостью, истираемостью горной породы, цветом.

Кроме природных декоративных заполнителей, используется также дроблённые искусственные материалы (керамика, стекло, горелые породы, вермикулит, слюда и другие). Искусственные цветные пески, гравий или щебень приготовляются на основе минеральных красок, жидкого стекла и закрепителей силикатной пленки. Применяются для изготовления фактурных, изделий (плит, блоков, панелей, малых архитектурных форм, для цветного покровного слоя кровли из битумных материалов). Такие цветные заполнители должны удовлетворять следующим физико-техническим свойствам:

- должны быть свето и водоустойчивы;

- выдерживать 25 циклов замораживания и оттаивания без изменения свойств цветной плёнки;

- не менять цвета при пропаривании и кипячения в воде.

При изготовлении цветных заполнителей используются следующие материалы:

- песок кварцевый или кварцево-полевошпатовый, мелкий гравии или щебень:

- минеральные пигменты (свинцовый и железный сурик, ультрамарин, окись хрома, двухромово-кислый барий, умбра, мумия, перекись марганца, графит, охра) в количестве 10-20% от веса жидкого стекла в зависимости от цвета окрашенного заполнителя; они должны удовлетворять соответствующим техническим условиям и стандартам;

- жидкое стекло - калиевое или натриевое с плотностью 1.42 г/см3; расход составляет 5% от веса окрашиваемого песка, а для бетонов расход меньше из-за меньшей суммарной поверхности зерен заполнителя;

- закрепители силикатной плёнки - хлористый кальций СаСЬ и хлористый аммоний - КН4С1 (10-15% раствор).

При приготовлении цветных песков, гравия или щебня жидкое стекло в смесителе перемешивается 2-3 минуты, затем засыпается краситель и перемешивается дополнительно. В готовую силикатную краску засыпается песок или щебень и продолжается перемешивание до полного окрашивания частиц. После окрашивания заполнители высушивают при температуре около 100°. Для закрепления силикатной плёнки цветной материал после сушки прокаливается при температуре 200-^400° (в зависимости от вида красителя) в течение 1 часа или закрепляется в 10-15% растворе хлористого аммония (а некоторые красители в хлористом кальции) в течение 4-5 часов и высушиваются.

В зависимости от вида и количества вводимого красителя возможно получать различные оттенки окрашенных заполнителей для фактурного слоя, обладающего высокими декоративными свойствами с широкой гаммой цветовых решений отделочного слоя и различной фактурой лицевой поверхности.

Т .К .Игнатенко, А.П. Пузъ НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ВЫСОТНОГО ДОМОСТРОЕНИЯ

Высотными принято считать здания, число этажей в которых превышает 30 (от 75 до 120-150 м), все что выше — это «небоскребы».

Тема высотного строительства становится все более актуальной, особенно в мегаполисах, где квадратный метр земли дорожает с каждым днем. Решение проблемы одно - подниматься ввысь.

Начало высотному строительству было положено в конце XIX в. в США. Развитие строительства высотных зданий было напрямую связано с техническими разработками в этой

области. Первый серьезный прорыв произошел в 1854 г., когда инженер Э. Отис запатентовал свое изобретение - пассажирский лифт. В конце XIX в. получило развитие производство стального проката с последующим созданием и широким внедрением конструкций стального каркаса, и тогда для высотных зданий вместо стеновой конструктивной системы стали применять каркасную. Это позволило сделать конструкции зданий легче и увеличить их высоту.

Проектирование и сооружение высотных зданий - чрезвычайно сложная инженерная задача, связанная с рядом конструктивных, архитектурно-планировочных, градостроительных, социологических, физиологических и других проблем. Высотное строительство - особое и требования к его качеству следует предъявлять завышенные. Необходимо учитывать все возможные технологии, позволяющие максимально снизить риск обрушения здания.

Здания, вздымающиеся на высоту до 600 м, требуют новых подходов и дополнительных стандартов, основные из которых - стандарт надежности и безопасности здания.

1. Главным в проектировании и строительстве высотных зданий является обеспечение их

прочности, устойчивости и жесткости с учетом воздействия значительных ветровых усилий и динамического характера этих воздействий. т? к т * г -

Поведение сооружения при действии динамических нагрузок главным образом диктуется конфигурацией плана и профиля здания.

Высотные здания проектируются преимущественно башенного типа с компактной формой в плане. Для снижения ветровых воздействии целесообразная форма здания цилиндрическая (в основании круг, эллипс), призматическая.

Согласно требованиям норм отклонение верха здания от вертикали (прогиб) должно составлять не более 0,001 от высоты здания. В мировой практике принята гибкость большинства высоток - отношение высоты здания к наименьшему поперечному размеру в плане X ~ Н / Ь - I ...8. Более высокое значение гибкости приводит к возникновению ускорения колебаний верха здания недопустимой величины, что требует использования демпферов для обеспечения нормальной его эксплуатации. Допустимое ускорение колебания верха здания < 0,1 м/сек2.

С увеличением высоты зданий все большую важность приобретает выбор эффективных систем жесткости. Выбор конструктивной системы зависит от многих факторов, основными из которых являются высота здания; условия строительства (сейсмичность, фунтовые особенности, атмосферные и особенно ветровые воздействия); архитектурно-планировочные требования.

Обобщающим моментом для выбора несущих конструкций высотного здания является его этажность. С развитием высотного строительства было разработано несколько конструктивных систем таких зданий: каркасная, рамно-каркасная, поперечно-стеновая, ствольная, коробчатая, ствольно-коробчатая («труба в трубе», «труба в ферме») и др. В свою очередь ствольные системы имеют свои разновидности: консольное опирание перекрытий на ствол; подвешивание внешней части перекрытия к верхней несущей консоли — «висячий дом» и прочие.

2. Фасадные конструкции и технологии. Известно, что 40% ветровых потоков, приходящихся на высотное здание, с середины его высоты движется вниз. Энергия этих потоков создает локальные ветровые нагрузки и на уровне входа в здание ветровые нагрузки могут быть такими же или более, чем на высоте 100 м. Локальная ветровая нагрузка носит пульсационный характер, при статической нагрузке 150 кг/м2 она может составлять 500 кг/м2. Расчет фасадных конструкций, их креапений, окон и пр. производится именно на эту нагрузку,

3. Инженерные системы зданий. В высотных зданиях жилого, офисного, гостиничного назначения предъявляются повышенные требования к факторам комфорта — температурному, гигиеническому, акустическому, вентиляции (отсутствию загрязняющих веществ и запахов).

В Москве городские коммунальные службы могут на сегодняшний день обеспечить работу водопровода и канализации только в домах высотой максимум 250 м, поэтому, например, откладывается строительство башни «Россия» на территории «Москва-Сити», которая по плану должна достичь высоты 649 м.

4. Транспортная проблема (лифтовое хозяйство). Первое подъемное устройство - лифт продемонстрировал в 1854 г. инженер Э. Отис в Нью-Йорке на здании Кристалл Палас.

Сегодня существует огромное разнообразие типов лифтов. Важным фактором при выборе лифта для высотного здания является его скорость, что определяет такой показатель как «время ожидания». Лифты не способны одолевать слишком большую высоту, так как все увеличивающийся

вес троса делает подъем кабины невозможным. Поэтому лифты в современных небоскребах действуют поэтапно - пассажиры вынуждены «ехать с пересадками».

5. Противопожарная защита. По международным нормативам все здания, у которых хотя бы один этаж лежит вне досягаемости лестницы пожарной машины, считаются высотными и относятся к категории «специальных зданий». Для высотных зданий созданы специальные повышенные пожарные требования, которые существенно различаются не только в разных странах, но и внутри них. Однако единообразие в оценке требований противопожарной защиты имеет место.

Пожароустойчивость несущих конструкций определяется с учетом степени риска, высоты здания, функциональности конструкции в несущей системе здания и ее значения для защиты обитателей здания. Минимальный уровень огнестойкости для всех несущих конструкций высотных зданий обычно составляет R 90 / REI 90. Несущие конструкции небоскребов должны проектироваться на уровне R 120 / REI 120. Это относится к несущим стенам, колоннам, крепежным элементам, если они имеются.

Самым важным путем эвакуации в высотных зданиях являются лестницы. Они дают возможность выхода из здания и в сочетании с пожарными лифтами представляют собой безопасные пути передвижения пожарных и спасателей. Для высотных зданий обязательно наличие двух пожарных лестниц. Для ограничения распространения огня создаются пожарные отсеки.

Одно из самых важных условий спасения обитателей здания - раннее обнаружение очага возгорания и система сигнала тревоги. Высотные здания должны снабжаться автоматической системой обнаружения пожара.

6. Геотехнические аспекты. Для обеспечения устойчивости здания необходим надежный, устойчивый фундамент, играющий также роль анкера для здания

Огромное значение имеют качество геофизических исследований площадки строительства и геологические условия. Оценка несущей способности грунта является основным фактором риска в высотном строительстве. Ошибки в оценке приводят к повреждению здания, срывов сроков строительства и дополнительным расходам.

7. В России отсутствуют строительные нормы на высотные здания. В 2004 г. появились московские городские строительные нормы (МГСН) по многофункциональным высотным зданиям и комплексам. Эти нормы явятся основой для проектирования высотных зданий и по всей России в целом. Однако еще остается много пробелов в научных исследованиях^ в проектных решениях по высотным зданиям.

8. При проектировании высотного здания возникают сложности учета специфических нагрузок (осадки грунта, ветер, теракты, пожар и т.п.).

9. Концепция эксплуатации высотных зданий. В настоящее время развернулась дискуссия по проектам высотой свыше 500 м. Концепция эксплуатации таких зданий больше не замыкается использованием их только для офисов. Дебаты идут по поводу смешанного характера эксплуатации таких зданий, при котором люди, работающие в конкретном здании, в нем же и живут.

10. Выбор материала для несущих конструкций является одной из важнейших задач в высотном домостроении. В США, где высотное строительство имеет долгую историю и широкий размах, до конца 70-х годов XX века в высотных зданиях преимущественно использовали стальные конструкции. Однако в последние 25 лет там стало очень популярным использование бетона. А включившиеся в высотную гонку страны Юго-Восточной Азии сразу отдали предпочтение бетону. В большинстве развитых стран бетон - один из самых популярных конструкционных строительных материалов.

Сегодня в области высотного домостроения конкурируют сталь, монолитный железобетон и сборный железобетон.

Применение железобетона в зданиях высотой до 70 этажей позволяет повысить их жесткость, огнестойкость, механизировать монтажно-строительные процессы, разнообразить архитектурный облик здания. И при этом достигаются более эффективные экономические показатели.

В настоящее время является приоритетным строительство высотных и других уникальных сложных зданий и сооружений из монолитного железобетона. Сейчас даже в США монолитные железобетонные конструкции стали вытеснять стальные в зданиях высотой 30...50 этажей.

Причины этого — появление высокопрочных бетонов (тяжелых классов до В60...В80; легких -до В 50), быстротвердеющих бетонов, суперпластификаторов, индустриальных конструкций передвижной и крупно-щитовой опалубки.

Начиная с середины 70-х годов XX века, в практике высотного строительства наступило время модифицированных бетонов. С их созданием стало возможным управлять технологическими свойствами бетонов.

Но и у железобетона существуют свои проблемы: железобетон - «ползущий» материал (при длительно действующей нагрузке), бетон обладает «усадкой», он часто дает трещины при твердении, традиционный бетон — очень тяжелый материал, в общем объеме нагрузок на конструкцию из ж б. 30-40% составляет собственная масса.

На международном симпозиуме IABSE в сентябре 2004 г. в Шанхае в решениях рекомендовано продолжать использование в высотном строительстве стальных несущих конструкций в силу их преимуществ с условием надежной зашиты от огневых воздействий.

В настоящее время сталь и бетон являются основными материалами для высотных зданий. Благодаря их специфическим характеристикам, они могут комбинироваться различными способами и создавать новые строительные материалы. Перекрытия в высотном здании невозможны без участия бетона. Используется он в виде обычного железобетона, в составных стальных перекрытиях или в виде предварительно напряженных конструкций.

За последние годы в США построено более 100 млн. м2 перекрытий с нагяжением арматуры на бетон. Значительный объем таких перекрытий возведен в Канаде.

Последнее время предварительно напрягаемая арматура в железобетонных перекрытиях * применяется без сцепления с окружающим бетоном. Для защиты от коррозии арматурные канаты помещаются в специальные оболочки, заполненные антикоррозионным составом. В России этот метод только внедряется.

Чисто стальные компоненты или элементы для обеспечения жесткости, конечно, тоже возможны, но армированный бетон и стальные композиты сегодня остаются наиболее популярными материалами. Самые последние образцы высотных зданий - свидетельство того, что применение «чистой» стали или железобетона сегодня устарело.

* ' Н.А.Фалалеева

ВИТРИФИКАЦИЯ ОТХОДОВ КАК СПОСОБ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ В ШЛАКИ

ДЛЯ ВЯЖУЩИХ И БЕТОНОВ

“Vitrification” - означает стеклование, переход в стекловидное состояние.

В настоящей работе обосновывается возможность решения таких экологических проблем,

| как проблема сокращения выбросов СОг в атмосферу и проблема утилизации минеральных отходов,

| с помощью технологий переплавки (витирификации) отходов в шлаки для их последующего использования в составе малоклинкерных или бесклинкерных вяжущих и бетонов.

Состав шлаковых вяжущих позволяет значительно сокращать долю клинкера в тонне шлакового цемента, и соответственно снижать выбросы СО2, поскольку именно при производстве клинкера в атмосферу выделяется 0,6...0,9 тонны СО2 на каждую тонну клинкера. Переработка же отходов в гранулированные шлаки делает их главным компонентом шлакопортландцементов (ШПЦ) и других шлаковых вяжущих. Важно, что обе экологические проблемы (выбросы С02 и утилизация отходов) взаимно компенсируют друг друга.

Сегодня в мире непрерывно растут объемы производства цементов с минеральными добавками при одновременном сокращении производства бездобавочных цементов. Преобладающими являются цементы типа СЕМ II с кремнеземсодержащими добавками различного вида, включая такие добавки, как доменные гранулированные шлаки, пуццоланы, золы-уноса, обожженный сланец или композиции названных добавок.

| Если сопоставить дозировки минеральных добавок, вводимых в состав цементов, то становится очевидным, что бесспорным лидером здесь являются шлаки доменного производства. Так, если максимальная дозировка пуццолановых или других минеральных добавок в цементах типа СЕМ II не может превышать 35%, то в случае использования гранулированных доменных шлаков (ГДШ) (ШПЦ СЕМ П1/А, СЕМ Ш/В и СЕМ Ш/С и композиционные цеменпгы СЕМ IV /А и СЕМ IV/B, в состав которых входит и ГДШ), содержание шлака в цементе может составлять 65, 80 и даже 95% (в композиционном цементе - 60 и 80%). При элгом выход цемента на одну тонну клинкера