8151

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.А. Веселова

АРХИТЕКТУРА ГРАЖДАНСКИХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Часть 4. Архитектура высотных и большепролетных зданий и сооружений

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям, практическим занятиям, самостоятельной работе

и выполнению раздела «Архитектура» комплексного курсового проекта для обучающихся по дисциплине «Архитектура гражданских и промышленных

зданий и сооружений».

Специальность 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений Специализация Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений

Нижний Новгород

2022

1

УДК 72

Веселова Е.А. Архитектура гражданских и промышленных зданий и сооружений. Часть 4. Архитектура высотных и большепролетных зданий и сооружений [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пос. / Е.А. Веселова; Нижегор. гос. архитектур.- строит. ун-т.- Н.Новгород: ННГАСУ, 2022. – 65 с. – Текст : электронный.

Содержит методические рекомендации по подготовке к лекциям, практическим занятиям, самостоятельной работе и выполнению раздела «Архитектура» комплексного курсового проекта по основным разделам дисциплины «Архитектура гражданских и промышленных зданий и сооружений».

Предназначено для обучающихся в ННГАСУ по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, специализация Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений.

© Е.А. Веселова © ННГАСУ, 2022

2

СОДЕРЖАНИЕ

1.Содержание раздела по подготовке к лекциям, практическим занятиям, самостоятельной работе …….……………………………………… 4

1.1.Высотные здания и комплексы …..…………………….………….. 4

1.1.1.Градостроительные требования к размещению высотных и большепролетных зданий и сооружений ………………………………….…. 4

1.1.2.Типология высотных зданий и комплексов ……………………... 5

1.1.3.Классификация высотных зданий и комплексов ………………..... 6

1.1.4.Определение рациональных размеров высотных зданий ..…..…. 7

1.1.5.Фундаменты высотных зданий и комплексов ………………..… 9

1.1.6.Фасады высотных зданий и комплексов ………………..….….. 12

1.1.7.Инженерные сети высотных зданий и комплексов ...……...…. 17

1.1.8.Комплексная безопасность высотных зданий и сооружений .. 29 1.2. Большепролетные здания и сооружения ……………...………… 31

1.2.1.Градостроительное решение, предпроектный анализ ………. 31

1.2.2.Архитектурно-планировочные решения

большепролетных зданий ………………………………………...………… 33

1.2.3.Выбор типа несущих конструкций ………………………..…… 35

1.2.4.Большепролетные конструкции …………...……………….….. 36

2.Рекомендации по выполнению раздела «Архитектура» комплексного курсового проекта …………………….………………………………...…... 52

2.1.Объемно-планировочные компоненты высотных и большепролетных зданий и сооружений ………….…………....…. 52

2.2.Требования к конструктивным решениям высотных зданий .. 64

2.3.Требования к конструктивным решениям большепролетных зданий ……………………………………………………………...………… 64

3. НОРМАТИВНАЯ ЛИТЕРАТУРА …………...…………………….. 65

3

1. Содержание раздела по подготовке к лекциям, практическим занятиям, самостоятельной работе

1.1.Высотные здания и комплексы

1.1.1. Градостроительные требования к размещению высотных и большепролетных зданий и сооружений

На сегодняшний день нормами регламентированы факторы, учитываемые при выборе параметров и функционального назначения участков территории высотного строительства, в их числе:

-визуально-ландшафтный анализ размещения градостроительного объекта для обоснования габаритов застройки;

-анализ возможности геологического риска на основании данных геологических изысканий;

-расчеты пропускной способности транспортной сети с учетом дополнительной нагрузки от объекта с целью исключения перегрузок дорожно-транспортных коммуникаций;

-границы красных линий уличной сети, ограничивающие участок объекта с учетом Комплексной транспортной схемы города;

-прогнозная оценка изменения условий аэрации и инженерногидрологических условий территории объекта;

-светоклиматические расчеты уровня инсоляции и естественной освещенности;

-расчеты обеспеченности населения на прилегающих территориях озеленением и объектами общественного обслуживания в границах участка высотного образования.

Размещение высотных зданий и комплексов в городской застройке осуществляется с учетом ряда требований – транспортных, инженерных, эстетических.

Эстетика требует контроля высотных отметок зданий по причине их влияния на исторический силуэт города, а также стилевую совместимость

сокружающей застройкой.

Существуют следующие схемы застройки: единичная; линейная; островная; интегральная.

Единичная застройка – включение отдельного доминантного объекта в сложившуюся застройку.

Этот прием требует анализа градостроительной ситуации и возможностей полноценного объемно-пространственного восприятия такой композиции.

Линейная застройка компонуется односторонней при размещении высотных зданий вдоль набережных или двусторонней при обстройке магистральных улиц.

4

Островная – монофункциональная высотная застройка. Интегральная – многофункциональная застройка городской среды.

Концепция предусматривает многофункциональную застройку зданий различной высотности: для офисов – высотную, для жилья – повышенную, для учебно-воспитательных учреждений, торговли и обслуживания населения – малую. Одновременно она предусматривает активное использование подземного пространства застройки для складов, парковки прокладки транспортных путей с предоставлением наземного пространства для пешеходного движения.

1.1.2. Типология высотных зданий и комплексов

Высотные комплексы и здания делят на три типа:

-высотные многофункциональные здания,

-высотные специализированные здания,

-высотные универсальные здания.

В высотных многофункциональных зданиях и комплексах функционально-планировочными компонентами могут быть жилые, общественные и производственные помещения (технологические процессы в которых не относятся к вредным и не требуют устройства санитарных зон), которые могут быть взаимосвязаны с помощью надземных и подземных переходов, отдельных лифтов и лестничных клеток, не являющихся эвакуационными.

Высотные специализированные здания и комплексы могут включать в свой состав различные функционально-планировочные компоненты, но не предусматривают их какую либо взаимосвязь, кроме общего участка, на который организованы выходы и подъезды.

Высотное специализированное здание или комплекс следует называть жилым, административным офисным и т.п. в зависимости от того какой функционально-планировочный компонент занимает большую площадь по сравнению с другими. В случае равноценного распределения площадей между несколькими функционально-планировочными компонентами целесообразно использовать составное название, например, офисногостиничное здание и т.п.

Высотные универсальные здания проектируются с использованием гибкой планировочной структуры и приемов трансформативной архитектуры, допускающих в процессе эксплуатации возможность перепланировок, в том числе с целью и изменения функционального назначения помещений, а также устройство или прекращение взаимосвязей между функционально-планировочными компонентами, что позволяет организовать их эксплуатацию как многофункциональных или специализированных зданий.

5

1.1.3. Классификация высотных зданий и комплексов

Высотные здания классифицируют по следующим основным признакам:

-функции;

-высоте;

-конструктивным решениям;

-материалам;

-технологии возведения.

Основным фактором, влияющим на формирование архитектуры здания, является его функциональное назначение, поскольку оно определяет условия для потребителей объекта.

Высотные здания и комплексы проектируют, как правило, многофункционального назначения. Из функционального назначения определяют горизонтальный транспорт, а в высотных зданиях – в основном вертикальный транспорт, который в значительной степени влияет на функционирование высотного здания, что, в свою очередь влияет на объемно-пространственную структуру высотных зданий и комплексов.

Многофункциональный комплекс состоит из объектов различного назначения – жилого, административного, офисного, объектов торговли и служб быта, гаражей и т.п.

Наличие в объекте нескольких функций обуславливает необходимость его зонирования как по вертикали, так и по горизонтали.

Обычно функции распределяются в зависимости от их количества, требований, взаимосвязи и взаимовлияния друг на друга.

В результате возникают многофункциональные объекты, для которых требуются различные или универсальные конструкции, специальные инженерно-техническое оборудование и различные требования по системам безопасности.

Структура высотного здания построена, как правило, из различных объемно-пространственных функциональных единиц:

жилые ячейки; гостиничные номера; офисные помещения;

помещения ресторанов или кафе; зимние сады; спортивные залы; бассейны;

стоянки автомобилей и т.п.

По функции основным наиболее распространенным типом высотного здания является офис.

Второе место по повторяемости занимают высотные здания гостиниц.

6

Наименее распространены (до 10% общего объема) высотные жилые здания.

Высотные здания относятся к числу наиболее сложных объектов строительства и поэтому основные решения по их проектированию принимаются согласованно международными общественными организациями инженеров и архитекторов на их регулярных симпозиумах.

Так была принята общая классификация зданий по их высоте в метрах:

до 30 м – повышенной этажности, до 50, 75 и 100 м – соответственно к 1, 2 и 3-ей категориям

многоэтажных зданий, свыше 100 м – к высотным.

Конструктивные решения высотных зданий принимаются в зависимости от назначения здания.

Важными элементами высотных зданий, влияющими на формирование, объемно-пространственной структуры, являются инженерные системы и оборудование, к ним относят: технические помещения, систему лифтов и других видов подъемников, системы отопления, вентиляции и кондиционирования, электроснабжения, водоснабжения и водоотведения, слаботочные устройства.

Влюбом высотном здании необходима система вертикального транспорта. Она всегда включает лифты, реже – эскалаторы.

Классификация конструктивных решений зданий строится по признаку положенной в их основу конструктивной системы.

Традиционные: диафрагмовая (стеновая) и каркасная (рамного типа), ствольная система для зданий от 25 до 70 этажей (преимущественно в ее каркасно-ствольном варианте), а для самых высоких зданий - оболочковая.

Конструктивно-технологическая классификация высотных зданий включает три типа строительных систем: с металлическими несущими конструкциями, с монолитными и сборными железобетонными конструкциями.

1.1.4.Определение рациональных размеров высотных зданий

Всвязи с радикальным влиянием на устойчивость здания ветровых воздействий с учетом возможности резонансного вихревого возбуждения колебаний зданий (при отношении высоты здания к его наименьшему поперечному размеру в плане больше 7) его горизонтальное сечение существенно развивают (до 40x40, 50x50, 40x60 м в зависимости от высоты). Таким образом, площадь этажа башенного здания не превышает 2-2,5 тыс. кв.м. даже в 80-100-этажных небоскребах.

7

Вцелях снижения ветровых воздействий проектировщики часто выбирают эффективную в аэродинамическом отношении объемную форму здания - цилиндрическую, пирамидальную или призматическую.

Вцелях повышения устойчивости здания прибегают к расширению его сечения к основанию в одном или двух направлениях. Весьма эффективная в аэродинамическом отношения пирамидальная форма башни применяется относительно редко как по объемно-планировочным так и конструктивным соображениям. Она не всегда хорошо согласуется с рядом распространенных конструктивных систем и требует поэтажной смены планировочных решений.

Конструкции внутренних стен и колонн высотных зданий по существу технического решения мало отличаются от применяемых в зданиях высотой до 75 м.

Наиболее существенное отличие заключается в увеличении их сечений как по требованиям увеличения несущей способности, так и по резко возросшим требованиям к пределу огнестойкости (до REI 180 в зданиях высотой до 100 м и до REI240 в более высоких зданиях).

Соответственно высоким требованиям к несущей способности вертикальных несущих конструкций для них применяют бетон класса по прочности на сжатие не менее В30 (в нижних этажах - В50 и В75), допускается изменение размеров сечений по высоте, предусматривается двухстороннее симметричное армирование.

Применение бетонов высоких классов по прочности на сжатие (В50, В75) для колонн с гибкой арматурой позволяет существенно уменьшать их сечение.

Для наиболее нагруженных элементов используются сталежелезобетонные конструкции с жесткой арматурой из прокатных или сварных элементов открытого или закрытого сечения (двутаврового, крестового, трубчатого), дополненной гибкой арматурой по контуру. Процент армирования колонн принимают в пределах от 1 до 7 %, стен – до

0,5%.

Радикальное увеличение несущей способности колонн дает переход к колоннам из трубобетона. В таких колоннах стальная оболочка из круглой стальной трубы, заполненной бетоном высокой прочности, создает обжатие бетонного ядра, служа одновременно вертикальной и горизонтальной арматурой колонн.

За счет вертикального и горизонтального обжатия бетонного ядра, несущая способность колонны увеличивается вдвое (по сравнению с железобетонной из бетона того же класса) с соответствующим уменьшением размеров поперечного сечения.

Высокие прочностные свойства трубобетонных колонн позволяют пересмотреть рекомендации по выбору конструктивных систем.

8

Вместо рекомендованной для наиболее высоких зданий оболочковой системы, в них успешно применена каркасно-ствольная с наружными мегаколоннами из трубобетона.

Диаметр трубобетонных колонн в построенных в течение последнего десятилетия высотных зданий в Китае колеблется в зависимости от величины нагрузки от 700 до 1600 мм при классе бетона ядра от В35 до В80.

Колонны Наиболее крупные профили колонного сечения (30К...40К) по ГОСТ Р

57837-2017 ДВУТАВРЫ СТАЛЬНЫЕ ГОРЯЧЕКАТАНЫЕ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ ГРАНЯМИ ПОЛОК востребованы при строительстве зданий повышенной этажности (высотой от 60 м) и большепролетных конструкций пролетом свыше 40 м.

Перекрытия Конструкции из профилированного настила следует применять для

устройства покрытий и перекрытий. Общая толщина монолитной плиты перекрытия по профилированному настилу, который используется в качестве несъемной опалубки, должна быть не менее 125 мм. Толщина бетона над верхней поверхностью гофров настила должна быть не менее 50 мм, над верхним концом анкерного упора - не менее 30 мм.

Стены Толщину несущих железобетонных стен по условиям надежного

проформования применяют 250 мм и более.

Стволы жесткости представляют собой наиболее специфичную для высотного строительства внутреннюю вертикальную несущую конструкцию. Она присуща большинству высотных зданий различных конструктивных систем: ствольных, каркасно-ствольных, ствольностеновых и оболочково-ствольных. Применяется в различных вариантах планировочного решения здания.

Самый распространенный вариант конструкции – центрально расположенный монолитный железобетонный ствол. В зависимости от нагрузки (этажности) толщина стен ствола в нижнем ярусе может достигать 60-80 см, а в верхних сокращаться до 20—30 см. Минимальный класс бетона для вертикальных несущих конструкций В 30, но в нижних этажах высотных зданий приемлемо применение высокопрочных бетонов классов В50 и В60.

1.1.5. Фундаменты высотных зданий и комплексов

Одним из основных факторов, влияющих на выбор типа фундаментов, являются инженерно-геологические условия площадки строительства.

9