Возведение высотных сооружений из железобетона

Если здания имеют 30 этажей и более, то они классифицируются как высотные. Во всем мире все популярнее становится возведение высотных сооружений. Это происходит из-за постоянно растущей стоимости участков земли под строительство в мегаполисах, ограниченности подходящих площадей под застройку, бурного прироста населения и многих других причин.

Исходя из мирового опыта, здания в 30-50 этажей являются оптимальными, с точки зрения затрат на строительство. Более высокие сооружения возводятся в основном, когда хотят показать престижность города или если оно будет иметь архитектурную или историческую ценность.

Высотные здания в России

Для инженеров и архитекторов разработка проектов высотных сооружений всегда представляет профессиональный интерес. Ведь им необходимо постоянно находить новые архитектурные, конструктивные, планировочные решения, и сталкиваться с градостроительными, физиологическими и социологическими вопросами. В нашей стране, в отличие от других, где большинство высоток возводят на скальных основаниях, к этому еще прибавляются неблагоприятные грунтовые и климатические условия. Несмотря на все проблемы, строительство высотных сооружений в России развивается быстрыми темпами, так только в столице в ближайшее время планируется возвести около 60 подобных строений.

Сейчас проектные организации имеют большой опыт в проектировании высотных зданий. Так, например, на улице Давыдковской в Москве, возводится объект по современным технологиям, и при разработке проекта, которого учитывались проблемы, выявленные за всю историю строительства. Подошва фундамента этого сооружения устроена ниже уровня земли на 4,85 м, и выполнена в виде двухэтажной пространственной конструкции из железобетона. 43 этажа надземной части выполнена из монолитного железобетона по смешанной схеме. Конструкция состоит из колонн составляющих несущий каркас, и стен-диафрагм. Все это располагается между основными стволами жесткости, в которых расположены лифтовые узлы и лестничные марши, и наружной оболочкой здания. Несущие стены также монолитные, изготовлены из бетона В35, и имеют переменную толщину, так в нижней части она составляет 350 мм, а в верхней 180 мм. Их для увеличения прочности, дополнительно армируют каркасами и сетками. Колонны, находящиеся внутри строения также имеют различное сечение. Ближе к низу постройки оно составляет 650х650 мм, и 400х400 к верху. Фахверки также имеют переменное по высоте сечение. Все колонны, в зависимости от проекта, армируются с помощью жесткой, в виде прокатных уголков, или гибкой арматуры. Бетон для их устройства применяется класса В30. Плиты перекрытий имеют монолитное устройство без ригелей толщиной 160 мм, и связывают собой все конструкции этажей. Толщина стенок шахт лифтов тоже изменяется по высоте. Наружные стены имеют слоистую структуру. В этом строении, только шатровая часть крыши выполнена из стали, все остальные конструкции железобетонные.

Современные вопросы к высотным зданиям из железобетона

Хоть уже накоплен большой опыт, но к высотным зданиям еще осталось много вопросов, вот только некоторые из них:

• горизонтальные колебания;
• вертикальные нагрузки;
• опорные зоны;
• масса конструкции.

Влияние на организм человека и его самочувствие, оказываемое горизонтальными колебаниями, еще мало изучено. Есть данные, что горизонтальное ускорение начинает ощущаться при достижении значений от 0,006 до 0,015 g. На основании этого можно сделать вывод, что здание должно иметь амплитуду собственных колебаний 10 секунд и выше. Решением этого может стать использование в конструкции упругих амортизаторов, но они применяются не везде, так как нет точных данных по горизонтальным колебаниям.

Мало информации о распределение вертикальных нагрузок между стенами и колоннами, что может привести к перенапряжению конструктивных элементов. Сейчас эта проблема решается путем дополнительного армирования, что приводит к снижению экономических и технических показателей.

В больших пролетах в местах, где перекрытие опирается на колонны, наблюдается некоторое снижение жесткости, что может привести к обрушению. Для снижения нагрузок в этих опорных зонах приходится ограничивать расстояние между колоннами.

Массу строения можно снизить, уменьшив сечения конструктивных элементов. Это можно сделать, если использовать бетоны с высоким классом прочности. Но тогда придется использовать более жесткую арматуру. Для этого предстоит еще определить возможность совмещать материалы с уточнением их процентного соотношения.

Преимущества использования железобетона

Хоть и остается много нерешенных вопросов, но все же бетон дает больше преимуществ, чем сталь. Многие построенные высотные здания имеют в качестве несущего каркаса стальные конструкции, но в последнее время эта тенденция изменяется, и в строительстве все чаще используют сборные и монолитные железобетонные конструкции, которые имеют ряд преимуществ:

• относительно низкая стоимость;
• технологичность, изделия могут принимать любую форму;
• высокая стойкость к агрессивным средам и нагрузкам;
• долговечность;
• позволяют намного быстрее возводить здания и сооружения.

Известно, что на возведение несущего каркаса здания расходуется около 40% от всех затрат на строительство, и используя для этого железобетон можно значительно сократить их. При этом у сооружения повышается огнестойкость, жесткость, прочность и стойкость, и увеличивается скорость монтажных работ. Также становится возможным придать ему разнообразные архитектурные формы без снижения физических показателей. На строительство здания с несущим каркасом из стали, ее расходуется в среднем 190 кг/м2 на объем, а иногда и больше. Так, например, при сооружении всем известного в мире «Эмпайр Стейтс Билдинг» этот показатель составил 243 кг/м2. Причем для обеспечения заданных проектом физических значений, сталь должна быть низколегированных сортов с пределом текучести не меньше 30 кгс/мм2. Подобная сталь в разы дороже той, которая применяется при производстве железобетона, и ее надо намного больше. В тоже время на каркас из железобетона нужно в среднем 75 кг стали 1 м3 бетона на квадратный метр.

Долговечность сооружений из железобетона

Высотные здания рассчитаны на то, чтобы эксплуатироваться не меньше 125 лет. Учитывая их архитектурную уникальность, необходимо использовать только качественные материалы. Наружная отделка должна легко ремонтироваться и быть долговечной. Как показывает практика можно достичь индивидуализации каждого строения, без ущерба для долговечности. Для этого надо использовать только железобетон высокого качества в различных конструктивных схемах устройства наружных стен. Благодаря такому свойства бетона как пластичность, можно делать не только стандартную внешнюю отделку, но и создавать поверхности с различной фактурой и формами. В качестве примера можно привести гостиницу в Монреале «Шато Шамплен», и жилое здание в Париже «Пуассон».

В России много сделано в этом направлении, и все чаще применяются бетоны высокого качества для декоративной наружной отделки.

Смотрите также: