Технологические особенности возведения высотных зданий

6/2Q11 мвВЕСТНИК

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВОЗВЕДЕНИЯ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ

TECHNOLOGY FEATURES FOR HIGH-RISE BUILDING

A.A. Афанасьев, E.A. Король, П.Б. Каган, C.B. Комиссаров, А.В. Зуева

A.A. Afanasiev, E. A. Korol, P.B. Kagan, S.V. Komissarov, A.V. Zueva

ФГБОУ ВПО "МГСУ"

Проведение поисковой научно-исследовательской работы в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы.

High-rise erection process consists of execution of well-known technological processes on installation and erection of building structures: foundations, walls, columns etc. However particular features of such structures and factor of high altitude at which works should be performed predetermine several differences in methods of work execution expressed in appearance of new methods or other proportional emphasis on mechanical aids, types of work and design documentation.

The design and construction of high-risers calls for an all-round solution of town-planning, climatic, geological, architectural, planning and structural problems.

High-rise buildings have certain peculiarities which distinguish them from traditional multi-storey buildings.

The existing experience of designing and building of high-rise structures under 100-120 m (30- 40 stories) in height, acquired during 70s and 80s affords to exclude this period out of consideration to analyze the situation with designs of objects of Complexity Class 1 and 2.

Construction master plan is developed for construction of high-rise building (or complex) and the system of utility networks and roads. The main objective, to be solved by development of construction general plan, is rational arrangement of construction vehicles, equipment, warehouses, temporary and everyday accommodations, passages and communications.

Конструкции высотных зданий предполагают преимущественное применение для их возведения технологий монтажных, бетонных и наружных отделочных работ. Специфика внутренних отделочных работ, также обязательных при строительстве высоток, позволяет не рассматривать их в плане технологических отличий от обычного строительства, поскольку «высотность» в их выполнении ограничена высотой отдельного этажа и определяется, по ценовым показателям, классом здания.

Монтажные операции, сами по себе, практически не отличаются от обычных: сохраняется традиционная оснастка, приспособления и приемы, базирующиеся на установке конструкций в проектное положение с помощью крана. Состав конструкций, монтируемых в составе каркаса высотных зданий, включает стальные колонны и балки, стеновые панели, опалубочные элементы колонн, стен и перекрытий. Можно отметить повышенное внимание к операционному контролю качества монтажных работ, но это свойственно всем работам при осуществлении высотного строительства.

ВЕСТНИК 6/2011

При возведении высотных зданий из монолитного железобетона используемые опалубочные системы также не имеют каких-либо специальных отличий, кроме систем, специально спроектированных для высотного строительства по типу скользящей или вертикально-переставной опалубки. В таких системах особое внимание уделяется безопасности работ на высоте. Технологические приемы укладки и выдерживания бетона и конструкций, в целом, остаются традиционными, - ужесточаются требования по проведению контроля этих операций.

Наиболее очевидные отличия высотного строительства с позиций применяемых машин, механизмов и приспособлений проявляются в средствах для транспортирования грузов и обеспечения безопасности работ на высоте.

Высотные здания повсеместно создаются с развитой заглубленной подземной частью, призванной обеспечить восприятие вертикальных и опрокидывающих нагрузок от башни здания. Площадь подземной части, как правило, превышает площадь надземной части здания в 1,5-2 раза, а глубина заложения фундаментов - 10,.. .20м.

Резкое увеличение глубины заложения фундаментов по сравнению с традиционными 3-4м привело к невозможности осуществлять разработку грунта котлованов высотных зданий с применением естественных откосов выемок, увеличивающих площадь подошвы здания в 2-3 раза. Для разрешения этой проблемы были активно востребованы технологии устройства подземной части «стена в грунте» и методы шпунтовых и свайных ограждений. Следует отметить, что эти технологии требуют специальной техники и оснащения, что привело, организационно, к их концентрации в составе специализированных строительных организаций, не относящихся к категории генподрядчика. Для Московского региона характерно значительное количество предложений на выполнение такого рода работ с использованием всевозможной строительной техники и технологий.

Технологические проблемы устройства заглубленных котлованов с вертикальным ограждением откосов, концентрируются вокруг обеспечения надежного раскрепления ограждающих котлован стен и грунта в целом, до момента создания пространственно жесткой конструкции подземной части. С целью ее решения, вертикальные ограждения откосов чаще всего совмещают с наружными стенами подземной части здания, применяя по ходу разработки грунта различные приемы креплений ограждения и закрытые способы разработки грунта маломерной строительной техникой вкупе с устройством свай-колонн. Эти вопросы остро встают при строительстве высотных зданий в зоне сложившейся застройки. Проектирование, согласование и утверждение, непосредственное исполнение конструкций крепления вертикальных откосов, как правило, относится к функциям генерального подрядчика.

Земляные работы при устройстве подземной части чаще всего выполняются с применением одноковшовых экскаваторов, оснащенных ковшами типа прямой или обратной лопаты. В этом случае разработка ведется ярусами по 3-4м и такого рода работы требуют детальной проработки схем движения экскаваторов и транспорта. При использовании приемов закрытой разработки грунта применяются погрузчики и мини экскаваторы; выемка грунта из котлована может осуществляться с помощью кранов. Земляные работы, как правило, выполняются специализированными строительными организациями, располагающими соответствующей землеройно-транспортной техникой.

Устройство фундаментной плиты в потоке работ по устройству поземной части высотного здания представляет собой сложный и достаточно продолжительный самостоятельный этап, требующий от генподрядчика специальной организационной и технологической подготовки. Весьма часто конструкция основания высотных зданий ре-

6/2011 мвВЕСТНИК

шается в виде свайно-плитных фундаментов, что предваряет устройство фундаментных плит работами по устройству набивных свай.

Фундаментные плиты высотных зданий повсеместно выполняются из монолитного железобетона и имеют достаточно сложные очертания в плане при толщине 2-4м и общем объеме 3000-4000м3. Практика отечественного строительства позволяет сегодня выделить следующие основные технологические проблемы, связанные с их устройством:

1. Арматурный каркас фундаментных плит представляет собой мощные нижнюю и верхнюю многослойные сетки, опирающиеся на стержни вертикальной арматуры с системным шагом 0,5-1м, с местным дополнительным армированием в зоне несущих колонн и пилонов. В силу этого, арматурный каркас становится как бы самостоятельной конструкцией, требующей решений по обеспечению устойчивости и безопасности на всех стадиях его создания.

2. Предусматриваемые высокопрочные бетоны (обычно класса В40 и более с пониженным содержания цемента и повышенной подвижности бетонной смеси) существенно повышают требования к процессам изготовления, транспортирования и укладки смеси.

3. Требования по непрерывности бетонирования фундаментной плиты в сочетании с большой толщиной плиты и площади участков бетонирования приводят:

- к необходимости замедления сроков схватывания смеси после укладки до 12-20 часов;

- к использованию бетоноукладочных комплексов большой производительности в сочетании с привлечением большого количества транспортной техники;

- к привлечению значительного числа вибраторов и тщательному обеспечению вибрирования смеси во всех локальных объемах укладки.

4. Выдерживание массивных фундаментных плит после укладки смеси протекает с соблюдением крайне жестких температурных требований по скоростям разогрева-остывания бетона и температурным перепадам между центральными и краевыми зонами. Так, например, при устройстве 4,5м фундаментной плиты одного из зданий комплекса «Москва-СИТИ» проектные предписания требовали ограничить абсолютные температуры бетона в плите 50°С при градиентном перепаде температур по толщине плиты не более 2°С. Реальное обеспечение этих требований влечет применение тепляков, специальных приемов и средств выравнивающего обогрева в сочетании с мероприятиями тщательного независимого температурного контроля выдерживания бетона как в летних, так и в зимних условиях работ.

Перечень технологических проблем, связанных с устройством фундаментных плит подземной части высотных зданий можно было бы продолжить, однако приведенного выше достаточно для того, чтобы в составе ППР на строительство высотного здания раздел, связанный с устройством фундаментной плиты имел самостоятельное и обязательное значение.

Конструкции стен и перекрытий подземной части здания из монолитного железобетона не имеют сколь либо значительных технологических отличий при производстве опалубочных, арматурных и бетонных работ. Они характеризуются, в основном, повышенной массивностью (колонны, пилоны, несущие стены, балки), интенсивным армированием и применением высокопрочных бетонов. По сравнению с фундаментными плитами при их устройстве существенно снижается интенсивность бетонирования и технология бетонных работ вполне укладывается в традиционные схемы использования автомобильных или стационарных бетононасосов с распределительными стрелами или

ВЕСТНИК 6/2011

решается по методу «кран-бадья». Соответственно, нет проблем при использовании кранов любых типов для обеспечения опалубочных и арматурных работ. Некие технологические особенности их изготовления могут быть вызваны устройством защитных покрытий в составе этих конструкций (гидроизоляция, утепление и т.п.).

Возведение надземной части строится с использованием известных технологий и технических средств. В этот период на строительной площадке формируется относительно постоянный продолжительный строительный поток (люди, техника, материалы, документы).

Вертикальные ограждающие конструкции (наружные стены здания) устраиваются либо в цикле возведения этажей (монтаж стеновых панелей), либо в виде самостоятельного набора работ, отстающего от работ по устройству несущих конструкций здания. В последнем случае, такие работы ведутся ярусами с отставанием от работ по возведению конструкций на 5 и более этажей. На этой стадии работ особое внимание уделяется безопасности работ: устраиваются ограждения-козырьки в зонах монтажных работ, устраиваются защитные настилы над и под зонами фасадных работ. Правила и техника выполнения таких работ особо оговаривается в составе технологической документации.

Отделочные работы при строительстве высотных зданий выполняются поярусно, по мере их возведения. «Ярусность» отделки напрямую связана с наличием технических этажей в составе здания, поскольку на этих этажах решаются вопросы устройства промежуточных кровель и обеспечения временного снабжения зон отделочных работ водой, теплом и энергией. В виду совмещения разных видов работ и большого количества рабочих, эта стадия работ также характеризуется повышенными требованиями по безопасности.

Для транспортирования бетонной смеси на высоту используются, в основном, бадьи и бетононасосы стационарного типа. Применение бадей определяется малыми объемами монолитных работ в каркасах сборного типа. Для зданий с монолитным каркасом более характерно использование бетононасосов с производительностью 2040 м3/ч. При этом большинство бетононасосов такого типа обеспечивают эффективную перекачку смеси на 40-50м по вертикали, поэтому подача смеси на большую высоту осуществляется каскадом, с применением нескольких насосов и промежуточных емкостей. Укладка бетонной смеси непосредственно в опалубку осуществляется с применением бетонораздаточных стрел, устанавливаемых на самоподъемных или вертикально перемещаемых мачтах-опорах высотой 30-40м. Такты вертикального перемещения таких устройств соответствуют темпам возведения 3-4х этажей.

В целом, обеспечение подачи бетонной смеси на рабочие горизонты высотных зданий на сегодняшний день не вызывает проблем и хорошо технически обеспечено. Обзор предложений рынка строительной техники в Московском регионе выявляет наличие целого ряда организаций, специализирующихся на поставках, аренде, техническом обслуживании и сопровождении такого рода оборудования для транспортирования и укладки бетонной смеси на строительных объектах различного типа.

При строительстве высотных зданий, к традиционной проблеме подъема мелких грузов на стадии отделочных работ, добавляется проблема обязательного подъема на высоту строительных рабочих на стадии возведения каркаса. Для этих целей применяются специальные грузопассажирские подъемники, имеющие грузоподъемность до 3 тонн и вместимость до 15-20 человек при средней высоте подъема до 300м. Установка подъемников производится после возведения 5-10 этажей надземной части и они обслуживают как отделочные работы, так и подъем людей на этажи, близкие к рабочим горизонтам монтажных или бетонных работ. Количество и тип подъемников определяется исходя из конфигурации здания и требований по организации строительных работ на объекте.

6/2Q11 мвВЕСТНИК

Относительно самостоятельным техническим элементом обеспечения высотного строительства являются средства обеспечения работ по устройству ограждающих конструкций наружных стен или отделке фасада. Здесь, отвлеченно от конструкции ограждений, требуется динамично обеспечивать рабочие площадки для размещения людей и оборудования по внешнему контуру здания на большой высоте. В строительстве гражданских зданий для этих целей традиционно используются леса и навесные подмости разных типов. Однако большинство типов стоечных строительных лесов применимо до 100м по высоте. Традиционные навесные подмости малой площади и грузоподъемности также плохо обеспечивают динамику работ на фасаде, требуя значительных затрат на частые перестановки. Решение этих проблем при осуществлении работ на фасаде высотных зданий следует ожидать с применением специальных фасадных платформ.

Специфика возведения высотных зданий предопределяет использование дополнительных технических средств, обеспечивающих безопасность и приемлемые климатические условия наружных строительных работ. К ним относятся ветровые ограждения и защитные укрытия.

Фактор наличия постоянной ветровой нагрузки на высоте оказывает серьезное внимание на безопасность монтажных работ. Проведенные исследования свидетельствуют, что при высотах 50м и более на боковых поверхностях строящегося здания возникают локальные, случайно направленные, вертикальные ветровые потоки.

Дополнительно, в уровне верхнего обреза здания, наряду с усилением ветровой нагрузки с ростом высоты, при монтаже элементов большой площади (стеновые панели, панели опалубки), возникают горизонтальные локальные ветровые потоки большой силы, существенно осложняющие монтаж. Конечно, эти ветровые нагрузки оказывают и чисто физиологическое негативное воздействие на рабочих. Проблема ветровых нагрузок усугубляется в Российских условиях низкими температурами воздуха в зимний период работ. В силу этого, специфика наружных работ на строительстве высотных зданий требует применения ветровых ограждений зон монтажных и наружных отделочных работ, устройства тепляков и иных обогреваемых пространств.

В практике зарубежного строительства высотных зданий повсеместно применяются специальные вертикальные ветровые ограждения рабочего горизонта сборки здания. Ряд фирм использует для комплексного решения вопросов защиты от ветра и низкой температуры воздуха прием устройства тепляков в зонах сборки каркаса здания. При этом выбор ветрозащитных и утепляющих материалов, разработка силовых конструкций тепляка, выбор средств обогрева воздуха, целиком относятся к компетенции организации - генподрядчика.

Литература:

1. Теличенко В.И., Король Е.А., Каган П.Б., Комиссаров С.В., Арутюнов С.Г. Конструктивные решения высотных зданий // Журнал "Высотные здания / Tall Buildings" № 4/08, стр. 102

References:

1. Telichenko V.I., Korol E.A., Kagan P.B., Komissarov S.V., Arutunov S.G. Constructive decisions of high-rise buildings // Journal "High-rise buildings"/ Tall Buildings" № 4/08, стр. 102

Почтовый адрес: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

Тел. (495) 741-63-68 e-mail: kagan@mgsu.ru

Рецензент: Генеральный директор ООО НПЦ «Развитие города» д.т.н., проф. Л.В.Киевский