Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы проектирования высотных, уникальных зданий и сооружений. Учебное пособие
.pdf
состояние окружающих зданий и сооружений, включая
подземные коммуникации;
осадку фундаментов и крены зданий, попадающих в зону
влияния строящегося объекта;
перемещения и состояние окружающего массива, фундамента и
подземной части;
уровень подземных вод, гидростатическое и паровое давление;
перемещения ограждающих конструкций (в случае устройства
подземной части);
осадку фундаментов и крен строящегося здания;
давление под подошвой фундаментов (плитной части
ростверка);
перемещение слоев грунта под подошвой фундаментов или в
межсвайном пространстве строящегося здания;
напряжение и деформации фундаментов и конструкций
подземных частей.
Геотехнический мониторинг должен осуществляться по
разработанным специализированными организациями программе и
проекту, содержащему рабочие чертежи установки приборов,
оборудования, коммуникаций, пунктов сбора данных и методику
проведения измерений. Программа и проект мониторинга включаются в
качестве отдельного раздела в строительный проект и смету возведения
высотного здания.
1.9. Экспериментальные исследования физических моделей уникальных,
большепролетных и высотных зданий и сооружений
Комплексное научно-техническое сопровождение на стадии
проектирования уникальных зданий и сооружений включает изготовление и
испытание физической модели сооружения. Исследование уникальных
конструкций на моделях включает в себя следующие мероприятия:
21
определение напряженно-деформированного состояния, несущей
способности и надежности конструкций;
проверку расчетной модели и методики расчета;
экспериментальное исследование особенностей работы
конструкций, трудно поддающихся решению математическими методами.
В задачу экспериментальных исследований входит:
определение и анализ усилий, деформаций и перемещений в
элементах модели покрытия, экспериментальный расчет конструкций;
исследование влияния различных особенностей на работу
конструкции;
определение предельного состояния объекта и вычислительный
эксперимент, по оценке запаса его несущей способности.
Исходя из этого, разрабатывают рабочую программу и методику
проведения эксперимента, проектируют и изготавливают физическую модель,
проводят экспериментальные исследования. Для конструкций здания
применяют механическое моделирование на геометрически и физически
подобных моделях. Условием подобия является напряженно-деформированное
состояние модели и реального объекта.
Крупномасштабные модели уникальных объектов в большинстве случаев
испытывают в упругой стадии на статические нагрузки. Для определения
физико-механических характеристик испытывают образцы материалов, из
которых изготовлена модель. Учитывают отклонения при обработке
экспериментальных данных, уточняют масштабные множители, критерии и
индикаторы подобия, определяют степень приближенного моделирования.
Каждое испытание рекомендуется несколько раз повторять (не менее трех) при
одних и тех же условиях. Для регистрации результатов испытаний используют
автоматические программные комплексы. После обработки данных их
пересчитывают на реальный объект и выводят в виде таблиц и эпюр усилий и
перемещений. На последнем этапе испытания модель может быть доведена до
22
разрушения. В предельном состоянии, кроме анализа причин разрушения,
выполняют сопоставление предельной экспериментальной нагрузки и
расчетной.
1.10. Экспертиза проектов
При существующем порядке государственная экспертиза выполняется
только на стадии «Проект». Для уникальных же сооружений необходима
обязательная независимая экспертиза концептуального проекта и законченной
рабочей документации перед сдачей ее в производство. Цель такой экспертизы
в снижении вероятности фатальных ошибок.
Экспертиза проектов осуществляется на основании ст. 49
Градостроительного кодекса Российской Федерации от 29.12.2004, № 190-ФЗ
(ред. от 13.07.2015) (с изм. и доп., вступ. в силу с 19.10.2015), постановления
Правительства РФ от 05.03.2007, № 145 (ред. от 27.10.2015) «О порядке
организации и проведения государственной экспертизы проектной
документации и результатов инженерных изысканий», постановления
Правительства РФ от 16.02.2008, № 87 (ред. от 27.10.2015) «О составе разделов
проектной документации и требованиях к их содержанию».
1.11. Нормативная база проектирования
В Российской Федерации основными нормативными документами при
проектировании высотных зданий являются МГСН 4.19–2005 «Временные
нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и
зданий-комплексов в г. Москве», МДС 13-22.2009 «Методическая
документация в строительстве. Методика геодезического мониторинга
технического состояния высотных и уникальных зданий и сооружений», РМД
31-04-2008, Санкт-Петербург «Система региональных документов
регулирования градостроительной деятельности в Санкт-Петербурге.
Петербургские строительные стандарты. Региональные методические
документы. Рекомендации по строительству жилых и общественных высотных
23
зданий» (одобрены и рекомендованы к применению распоряжением комитета
по строительству Санкт-Петербурга от 20.06.2008, № 176).
Концепция формирования общих требований к системе обеспечения
пожарной безопасности высотных зданий определяется базовыми принципами,
сформулированными в ГОСТ 12.1.004-91, «Межгосударственный стандарт.
Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие
требования» (утв. постановлением Госстандарта СССР от 14.06.1991, № 875)
(ред. от 01.10.1993), СП 1.13130.2009 «Свод правил «Системы
противопожарной защиты. Эвакуационные пути и выходы» (утв. приказом
МЧС РФ от 25.03.2009, № 171) и СНиП 21–01-97* «Пожарная безопасность
зданий и сооружений».
В соответствии со СНиП 21–01–97* проектирование высотных зданий,
комплексов (кроме соблюдения действующих нормативных документов)
необходимо выполнять по индивидуальным техническим условиям на
проектирование по всем разделам проекта, разработанным для конкретного
объекта. Технические условия на проектирование инженерных систем должны
включать как особенности противопожарной защиты здания с учетом
конкретных объёмно-планировочных решений, так и комплекса
дополнительных инженерно-технических мероприятий.
Минстрой РФ планирует разработать нормативно-техническую базу для
высотного строительства до конца 2016 года. Планируется создать свод правил
«Многофункциональные высотные здания и здания-комплексы. Правила
проектирования». Данный свод должен стать первым федеральным документом
в области высотного строительства. Планируется, что документ будет
содержать все основные требования, нормы и правила, необходимые при
проектировании высотных зданий.
В настоящее время для наших специалистов в области проектирования
высотных зданий представляют интерес Белорусские нормативные документы
(Технический кодекс установившейся практики ТКП 45-3.02-108-2008 (02250)
24
«Высотные здания. Строительные нормы проектирования». Строительные
нормы и правила Республики Беларусь (СНБ) и др.), которые могут
использоваться в качестве рекомендаций.
Основные положения ТКП 45–3.02–108–2008 «Высотные здания.
Строительные нормы проектирования» (далее ТКП 108), принятые
несколько лет назад, оказались очень востребованными и необходимыми
нормативными документами.
В качестве практического руководства при разработке технических
условий на проектирование и строительство жилых высотных зданий (от 75 м и
до 150 м) следует использовать «Общие положения к техническим требованиям
по проектированию жилых зданий высотой более 75 м», разработанные
ЦНИИЭП жилища по заказу Москомархитектуры.
Высотные здания – не только яркая отличительная и запоминающаяся
особенность архитектуры любого города, но и символ успеха,
экономической мощи и уровня технологического прогресса. Поэтому во
всем мире интерес к строительству высотных зданий, в том числе
высотных жилых и многофункциональных комплексов, не ослабевает. В
ряде случаев (для таких городов как Нью-Йорк, Токио, Шанхай и др.) он
вызван экономическими, но чаще политическими соображениями, т.к.
вложенные в эти сооружения средства, как правило, не окупаются.
Немалую роль здесь играют такие факторы как амбиции, имидж и престиж.
Это касается не только отдельных компаний-монополистов, но и стран,
претендующих на техническое лидерство в современном мире. Следует
отметить, что тенденция к строительству высоток в жилом секторе
отсутствует и в Европе, и в США. По своему назначению новые высотные
объекты Европы – в основном здания общественного назначения:
административные, офисно-деловые, торговые центры.
25
2. ИНЖЕНЕРНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ ВЫСОТНОГО
СТРОИТЕЛЬСТВА
2.1. Содержание инженерно-геологических изысканий
Содержание инженерно-геологических изысканий для уникального
объекта изначально должно включать в себя геофизическое обследование
участка застройки. Именно оно дает представление о морфологии грунтового
массива, возможных геотектонических аномалиях и даже о принципиальной
пригодности участка для строительства. Более того, работа геофизиков
облегчит заказчику и авторам проекта составление задания на дополнительные
инженерно-геологические изыскания, обоснование количества и глубины
скважин, а также их расположения на участке. В целом задача геофизиков и
геологов – подробно описать свойства несущих и подстилающих грунтовых
слоев, гидрогеологическую обстановку, дать обоснованный геотехнический
прогноз на время строительства и рекомендации службе эксплуатации.
Полнота (объем, состав) и качество инженерных геотехнических
изысканий (ИГИ) напрямую связаны с надежностью проектируемого высотного
здания (ВЗ) и вытекают из их основных уникальных геотехнических
особенностей:
- большие комбинированные нагрузки на основание (горизонтальные,
вертикальные, моментные), как правило, приложенные со значительным
эксцентриситетом, до млн кН; большая площадь фундамента (до 10 000 м2) и
наличие подземной многоэтажной части (глубина котлованов до 20 м и более),
вовлекающие в зону их влияния большие неравномерно сжимаемые массивы
грунта (давление на основание от 0,5 до 1,5 МПа);
- неоднородность напряженно-деформированного состояния (НДС)
основания (толщина сжимаемого массива грунта до 100 м, зона воронки
оседания за пределами контура ВЗ до двух ширин здания); неравномерная
26
сжимаемость основания, вызывающая неоднородные деформации несущих
конструкций и фасада здания, и др.;
- значительное влияние природных и случайных факторов, наличие в
составе оснований потенциально опасных во времени специфических и слабых
грунтов, а также гидрогеологических явлений и др.
Цель инженерных и геотехнических изысканий (ИГИ) – получение всей
необходимой информации на всех стадиях проектирования, строительства и
эксплуатации ВЗ для надежного и рационального проектирования, подготовки
территории, исключения рисков от негативных процессов и необратимых
изменений.
В процессе ИГИ необходимо также выявить и изучить все факторы,
имеющие определяющее значение при оценке устойчивости основания от
сейсмических и геодинамических воздействий, динамики подземных вод,
наличия слабых глинистых и суффозионно-неустойчивых песчаных грунтов и
др. Должны быть определены прочностные и геологические характеристики
грунтов, дана оценка устойчивости основания и склона, а в необходимых
случаях организованы стационарные наблюдения.
Вышеуказанные особенности предопределяют специфику и задачи ИГИ
по получению информации о геологическом строении, составе, свойствах
грунтов, протекающих природных, техногенных процессах и обусловливают
необходимость корректировки традиционных методов инженерных изысканий,
разработанных и сложившихся в эпоху массового типового строительства
зданий и повышения требований к ним.
Техническое задание (ТЗ) разработчика проектной документации
согласовывается не только заказчиком, но и государственной экспертизой и
инвестором, а для составления ТЗ, программы и проведения изысканий
рекомендуется привлекать специализированные и научно-исследовательские
организации.
27
Кроме того, объем и состав изысканий следует уточнять в процессе их
выполнения по требованию заказчика, экспертизы или специальных
технических условий. Уже на стадии инвестиций в строительство
(предпроектной стадии) необходимо предъявлять повышенные требования к
обследованию оснований, назначению состава и объема инженерных
изысканий. Для этого программу необходимо разрабатывать с использованием
предварительного архитектурно-планировочного решения, а затем уточнять
объемы и состав изысканий по мере разработки проектной документации и
появления новых данных при последующих изысканиях. Для получения более
точной информации о строении, состоянии и физико-механических свойствах
грунтов основания ВЗ предусматривается увеличение числа и глубины
инженерно-геологических скважин (до 100 м) и уменьшение расстояния между
ними (не более 20 м), обязательное выполнение статического и динамического
зондирования, включение в состав изысканий геофизических исследований.
Именно на стадии инвестиций в строительство (предпроектной),
определяющей условия проектирования и жизни высотных зданий, необходимо
затратить не менее 60% от всех средств на изыскания и проведение
геотехнической экспертизы материалов изысканий, проекта и мониторинг
строительства. На последующих стадиях ИГИ (проектная и рабочая
документация) глубину разведочных скважин допускается назначать не более
глубины активной зоны фундаментов с отбором образцов для лабораторных
исследований и проводить полевые испытания грунтов (частично со дна
котлована) с целью получения необходимых расчетных характеристик для
оценки возможной осадки и устойчивости массива грунтов основания и др.
Как правило, фундаменты ВЗ имеют значительные размеры и передают
на грунт большие нагрузки. В связи с этим в активную зону их влияния
попадают грунты с различной сжимаемостью, что приводит к неравномерным
осадкам в 3–5 см при средней общей осадке в 20–30 см, которые могут вызвать
наклон здания, превышающий допустимый предел отклонения от вертикали
28
1/500:1/600. Это обстоятельство обусловило необходимость существенного
сгущения сетки горных выработок для оценки сжимаемости массива грунта как
по глубине, так и по простиранию ниже подошвы фундамента.
Количество скважин для обоснованной оценки ИГИ площадки зависит от
типа фундамента (плитный, свайный, плитно-свайный), его размера и
прилегающей территории. Учитывая это, например, в ТКП 108 в пределах
контура фундамента буровые скважины предусмотрены с шагом не более 20 м
и общим количеством не менее 5, а за пределами контура застройки на
расстоянии порядка 20–30 м от грани фундамента и не менее 4. В то же время
глубина разведочных скважин должна быть такой, чтобы охарактеризовать
грунты в активной зоне воздействия здания на массив грунта и вскрыть ниже
активной зоны (Нс)толщу грунтов (в т.ч. тектонические плиты), которые могут
повлиять на условия строительства или проявиться негативным образом в
процессе эксплуатации здания (например, за счет наличия растворимых,
закарстованных грунтов, известняков, возможности появления наведенной
сейсмичности и т.п.).
Состав и объем работ при инженерных изысканиях под высотное
строительство должны определяться в соответствии с требованиями как для
объектов третьей категории сложности инженерно-геологических условий, так
и для существующей застройки в пределах зоны влияния проектируемого
объекта (не менее двух ширин фундамента ВЗ). Использование прямых методов
для определения свойств грунтов обязательно. Для уточнения геологического
строения и неоднородности основания и характеристик грунтов между
буровыми скважинами следует также проводить их геофизические
исследования и зондирование.
Количество точек зондирования при проведении ИГИ для сложных
инженерно-геологических условий необходимо увеличивать, а результаты
геофизических исследований и зондирования грунтов подтверждать их прямыми
исследованиями. При этом лабораторные исследования должны моделировать
29
работу грунта в основании здания в условиях изменяющегося напряженнодеформированного состояния (загрузка-разгрузка), в т.ч. во времени.
Таким образом, особенности высотных зданий предъявляют повышенные
требования к результатам ИГИ и должны решить следующие основные задачи
при их проведении:
– изучение геологического строения массива грунтов больших объемов
(до 100 м по глубине и не менее еще 2 ширин фундамента за пределами его
контура);
– достоверную оценку гидрогеологических и гидрохимических условий
как сжимаемого массива грунта, так и в зоне котлована и прилегающей
территории с установлением их коррозийной агрессивности, в т.ч. во времени;
– определение деформационных и прочностных свойств дисперсных и
скальных грунтов при больших диапазонах изменения напряжений от 1,5–2,0
до 3–5 МПа (большие значения для опор глубокого заложения);
– инструментальное наблюдение и мониторинг за деформациями
грунтового массива основания фундамента и прилегающей территории как при
статических, так и динамических воздействиях, в т.ч. от его движения при
действии природных процессов (неотектонических) и при техногенных
воздействиях и др.
2.2. Требования к участку застройки
При выборе участка под высотные здания необходимо:
учитывать градостроительное зонирование городской территории с
проведением визуально-ландшафтной оценки влияния высотного строительства
на прилегающую и общегородскую застройку;
проводить оценку геотехнических условий выбранного участка и
прогноз изменения геолого-гидрологической ситуации на застраиваемом
участке и прилегающих территориях;
определять возможности ресурсного обеспечения инженерных
сетей и транспортных магистралей;
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]