Здание со ступенчатым каркасом в высотном строительстве

Здание со ступенчатым каркасом в высотном строительстве

Терентьев В.А., Абдулла Аль-Вали Ибрахим Ахмед, Мазен Ахмед Мохаммед Аль-Мадхаджи Донской государственный технический университет

Аннотация. Изучается проблемы строительства зданий со сложным ступенчатым каркасом. Рассматриваются перспективы и экономическая эффективность строительства зданий подобного типа. Подробно описывается один из перспективных проектов такого типа. Выявляются достоинства и недостатки здания.

Ключевые слова: организация строительства; экономика строительства, высотное домостроение

Высочайшие здания в мире могут быть сооружены по различным технологиям, в том числе ступенчатым каркасом.

Эта технология дает возможность наиболее рациональным путем уменьшить площадь верхних этажей, обеспечить эффективное сопротивление ветровым нагрузкам и построить здание, удовлетворяющее эстетическим требованиям [1-3].

Формы здания, отличающиеся от призматического, выбраны в соответствии с требованиями к объемно-планировочному решению, в котором сочетаются два различных критерия. Один из них относится к помещениям, для работы в которых нужны по возможности большие площади, второй — к помещениям меньшего размера, сдаваемым в аренду. В окончательном виде была принята ступенчатая система, в которой площадь перекрытий с увеличением высоты постепенно совращается.

Система лифтов разделена на три зоны каждая высотой от 30 до 40 этажей, которые объединены вестибюлями. Скоростные лифты доставляют пассажиров в эти вестибюли, откуда каждый может подняться на нужный ему этаж, пользуясь вторым лифтом [4-6].

При расчете на ветровые нагрузки все сооружение рассматривалось как труба или вертикальная консоль, закрепленная на уровне грунта.

Применение этого принципа в данном объемно-планировочном решении и необходимость создать консольную трубу наиболее эффективной конструкции привели к образованию системы «объединенных труб».

Ригели и стойки работают совместно как решетчатая труба, воспринимающая ветровые нагрузки. Две смежные каркасные трубы образуют единую систему стоек я ригелей. Такая конструкция каркаса сохраняется по всей высоте здания, что обеспечивает максимальную жесткости каркаса при воздействии ветровых нагрузок все узлы соединения ригелей со стойками выполнены сварными [3,5,6].

На этажах, где предусмотрено уменьшение площади перекрытия и образование уступа, стойки одного из модулей обрываются, тогда как остальные стойки продолжаются выше. На трех промежуточных технических этажах, предназначенных для размещения механического оборудования, предусмотрено устройство решетчатых связей в виде раскосов, проходящих между стойками. Эти усиленные раскосами этажи выполняют следующие функции: 1) перераспределяют большие нагрузки от собственного веса, действующие на несущие элементы в местах образования уступов; 2) выравнивают разность в укорочении 'стоек под действием собственного веса и ветровых нагрузок, особенно вблизи уступов; 3) повышают общую поперечную жесткость каркаса примерно на 15%. Размещение раскосов только в пределах технических этажей объясняется тем, что в конторских помещениях они привели бы к расчленению объемов между смежными модулями [7,8].

Показателем эффективности работы каркасной трубы как консоли является ее способность к перераспределению нагрузок. Обычные каркасные трубы квадратного или прямоугольного сечения, в которых несущие каркасы расположены только по периметру и не имеют жесткого соединения с центральными стойками, нуждаются в большом количестве элементов

жесткости и поэтому менее эффективны. Дополнительный вес несущих конструкций высотных зданий, необходимый для обеспечения сопротивления ветровым нагрузкам, удалось значительно уменьшить благодаря пространственной работе трубчатой системы. В этом случае ветровые нагрузки воспринимаются наружным каркасом и внутренними стойками, работающими совместно [9,10].

Установка и сбалансирование укрупненных элементов каркаса. Соединение стоек на болтах облегчалось благодаря наличию специальных пластин. Единственным видом сварочных работ, выполняемых в условиях стройплощадки, была сварка полок стоек жестко соединена со стоиками высокопрочными фрикционными болтами, рассчитанными только на срез. С целью выравнивания вертикальных нагрузок на стойки направление укладки этих ферм меняется через каждые шесть этажей. При высоте 102 см фермы занимают все свободное пространство между потолком и настилом перекрытия, расположенным выше.

С учетом всех этих факторов для всех каркасов оптимальное расстояние между стойками было принято равным 4,6 м. Высота сечения стоек и ригелей обычно принимается равной соответственно 100 и 110 см. Эти элементы выполнялись составными из трех плит, образующих двутавровый профиль.

Изготовление и монтаж стальпых конструкций основаны па применении модульных элементов заводского изготовления, состоящих из стойки высотой на два этажа и прикрепленных к ней по обе стороны ригелей длиной в половину пролета. Такие типовые модули соединяются при монтаже на фрикционных болтах, работающих только на срез и расположенных в середине пролета ригеля. Каждый модульный элемент высотой 8 м и шириной 4,5 м весит 15 т. Заводское изготовление стальных конструкций позволяет исключить 95% сварочных работ на стройплощадке и

:

снизить единичную стоимость смонтированных элементов. Каждый элемент изготовлялся в горизонтальном кондукторе при строгом соблюдении установленных допусков.

После монтажа каждых четырех этажей (или двух ярусов стальных элементов) производится подъем деррик-кранов на следующий уровень. Этот подъем осуществляется при помощи тихоходных электролебедок, установленных на кат-балках, которые закреплены на самом верху смонтированных стальных конструкций. Вся операция занимает от 20 до 30 мин. Скорость монтажа составляет около 8-11 этажей в месяц при общем календарном сроке монтажа 15 месяцев.

Проектирование с учетом ветровых нагрузок требует аналитической и экспериментальной проверки статических и динамических свойств сооружения. Аналитическая часть включает конструктивный расчет с использованием компьютерных технологий, оптимизацию полученных результатов и проектирование элементов каркаса. Экспериментальной частью предусматривалось проведение всесторонних испытаний в аэродинамической трубе, состоявших из следующих этапов:

• статистический анализ метеорологических данных о характере ветров в районе постройки с целью определения частоты повторяемости случаев, когда скорость ветра достигает максимальных значений и критических направлений для участка застройки, и проверка полученных данных на макете местности, выполненном в масштабе 1 :2000;

• испытания в аэродинамической трубе жесткой модели в масштабе 1:400 для определения давления, действующего на навесные стеновые панели;

• исследование динамических характеристик на аэроупругой модели, представляющей массу и жесткость прототипа, с оценкой возможности потери устойчивости.

После проведенных испытаний, объект может быть передан в разработку.

Литература

1. Побегайлов О. А., Мясищев Г.И. Проблемы коммуникации, терминологии и текста в образовательном процессе в высшей школе (на материале курса экономики, организации и управления в строительстве) //Научное обозрение. 2014. № 10-2. С. 598-601.

2. Погорелов В.А., Карандина Е.В., Побегайлов О.А. Особенности технико-экономического обоснования организационно-технологического проектирования реконструкции // Инженерный вестник Дона, 2013. № 4. -URL:ivdon.ru/uploads/article/pdf/R_79_Pogorelov.pdf_2103.pdf

3. Побегайлов О.А., Воронин А.А., Петренко Л.К. Строительный рынок и сдерживающие его процессы// Научное обозрение. 2014. № 8-3. С. 1102-1105

4. Новикова В.Н., Николаева О.М. К вопросу о продолжительности функционирования строительной организации. Динамический аспект // Инженерный вестник Дона, 2015. № 3. -URL:ivdon.ru/uploads/article/pdf/ivd_57_Novikova.pdf_0def28790e.pdf

5. Белоусов И.В., Шилов А.В., Меретуков З.А., Маилян Л.Д. Применение фибробетона в железобетонных конструкциях // Инженерный вестник Дона, 2017. № 4. - URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2017/ 4421

6. Новикова В.Н., Николаева О.М. Проблемы лицензирования и саморегулирования в строительстве// Инженерный вестник Дона, 2015. № 3. -URL:ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_143_Novikova.pdf_07a186ad67.pdf

7. Цапко К. А. Методические основы формирования стоимостно-ориентированного портфеля заказов проектной организации дорожно-строительного комплекса // Инженерный вестник Дона, 2012. № 2. - URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/2012_2_27.pdf_769.pdf

8. Шилов А.В. Инновационные методы армирования сборных конструкций из железобетона углеволоконными сетками // Инженерный вестник Дона, 2016. № 1. - URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2016/3572

9. Kliuchnikova O.V., Pobegaylov O.A. Rationalization of strategic management principles as a tool to improve a construction company services // Procedia Engineering. VOL. "2nd International Conference on Industrial Engineering, ICIE 2016" 2016. РР. 2168-2172.

10. Pobegaylov O.A., Myasishchev G.I., Gaybarian O.E. Organization and management efficiency assessment in the aspect of linguistic communication and professional text // Procedia Engineering. VOL. "2nd International Conference on Industrial Engineering, ICIE 2016" 2016. PP. 2173-2177.

References

1. Pobegajlov O.A., Mjasishhev G.I. Nauchnoe obozrenie. 2014. № 10-2. PP. 598601.

2. Pogorelov V.A., Karandina E.V., Pobegajlov O.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2013. № 4.URL:ivdon.ru/uploads/article/pdf/R_79_Pogorelov.pdf_2103.pdf

3. Pobegajlov O.A., Voronin A.A., Petrenko L.K. Nauchnoe obozrenie. 2014. № 8-3. PP. 1102-1105

4. Novikova V.N., Nikolaeva O.M. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2015. № 3. URL:ivdon.ru/uploads/article/pdf/ivd_57_Novikova.pdf_0def28790e.pdf

5. Belousov I.V., Shilov A.V., Meretukov Z.A., Mailjan L.D. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2017. № 4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2017/ 4421

6. Novikova V.N., Nikolaeva O.M. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2015. № 3. URL:ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_143_Novikova.pdf_07a186ad67.pdf

7. Tcapko K.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2012. № 2. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/2012_2_27.pdf_769.pdf

8. Shilov A.V. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2016. № 1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2016/3572

9. Kliuchnikova О.У., Pobegaylov О.А. Procedia Engineering. УОЬ. м2nd Intemational Conference on Industrial Engineering, 1С1Е 2016" 2016. РР. 21682172.

10. Pobegaylov О.А., Myasishchev О.1., Gaybarian О.Е. Procedia Engineering. УОЬ. "2nd International Conference on Industrial Engineering, 1С1Е 2016" 2016. PP. 2173-2177