EA007114B1 - Высотное здание - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к строительству, в частности к многоэтажными высотным жилым и общественным зданиям с повышенной устойчивостью к сейсмическим, техногенным и несанкционированным воздействиям. Технический результат: обеспечение требуемой надежности при техногенном или несанкционированном воздействии, а также минимизация материалоемкости здания. Предлагаемое высотное здание включает фундаментные конструкции 1, центральный ствол жесткости 2, многоярусную первичную несущую конструкцию с горизонтальными опорными платформами 3 над каждым ярусом и выносными колоннами 4. Опорная платформа 3 коробчатой конструкции включает ригели 5, образующие перекрестную раму, жестко связанную с центральным стволом жесткости 2 и замкнутого по периметру ригелями 6. Ригели 5 и 6 поверху и понизу объединены горизонтальными плитами 7. В выносных колоннах 4 выполнена сквозная на высоту яруса продольная арматура 8, заанкеренная по концам в платформах 3 или в фундаментной конструкции 1. Многоэтажные вторичные несущие конструкции в пределах каждого яруса высотного здания оперты на фундаментные конструкции 1 или на опорные платформы 3 и включают пространственный каркас, образованный колоннами 10, плитами перекрытий 11 и вертикальными диафрагмами жесткости 12. Между первичными и вторичными конструкциями выполнен зазор.

Description

Изобретение относится к строительству, в частности, к многоэтажным и высотным жилым и общественным зданиям с повышенной устойчивостью к техногенным и несанкционированным воздействиям. Оно может эксплуатироваться и в регионах с повышенной сейсмической активностью.

Известно каркасно-ствольное высотное здание, включающее центральный ствол со стенамидиафрагмами, каркас с железобетонными и/или стальными колоннами, размещенными по периметру здания [1]. Конструкция такого здания получила наиболее широкое применение [2] вследствие относительной простоты технологии возведения.

Однако в известном каркасно-ствольном здании вследствие значительных по величине горизонтальных нагрузок, характерных для всех типов высотных зданий, кроме изгиба в вертикальной плоскости, имеют место большие усилия закручивания его в плане, воспринимаемые в основном стенками центрального ствола жесткости, поэтому центральный ствол жесткости имеет развитые размеры сечения и отличается высокой материалоемкостью. Кроме того, вследствие значительных вертикальных усилий, возникающих при действии вертикальных и горизонтальных нагрузок в наружном контуре (оболочке) здания, по контуру здания в плане требуется разместить значительное количество колонн для восприятия этих усилий. Таким образом, в целом известное здание отличается повышенной материалоемкостью. Кроме того, сквозные по всей высоте здания колонны с относительно небольшими размерами сечений уязвимы при техногенных авариях, а также террористических воздействиях, т.к. возможное повреждение нескольких колонн может вызывать общее обрушение здания. Это указывает на недостаточную надежность известного здания в современных условиях.

Указанные недостатки в значительной мере устранены в варианте каркасно-ствольного высотного здания, в котором основными конструкциями также являются центральный ствол и наружный каркас [3]. В известном здании каркас содержит попарно размещенные по главным осям здания железобетонные мегаколонны, а по его углам в плане - стальные колонны. Колонны и мегаколонны стальными решетчатыми поясами в нескольких местах по высоте здания жестко связаны с центральным стволом жесткости, а диски перекрытий каждого этажа опираются как на колонны, мегаколонны, так и на центральное ядро жесткости. Вследствие значительных по величине размеров сечений всех основных вертикальных несущих элементов надежность этого здания на все виды статических и динамических воздействий достаточно высокая.

Однако материалоемкость известного здания является неоправданно высокой. Вследствие недостатка конструктивного решения, выражающегося в том, что все вертикальные несущие конструкции выполнены цельными и сквозными на всю высоту здания, создается неэффективное распределение усилий в элементах несущей системы. Аналогичные недостатки содержатся и в известных вариантах подобного каркасно-ствольного высотного здания [4,5].

Наиболее близким к предлагаемому является высотное здание с двойной (двухступенчатой) конструктивной системой [6]. В известном здании несущая система включает первичную несущую конструкцию в виде многоярусной рамной конструкции, крайние колонны которой, сквозные на всю высоту здания, вынесены за пределы наружных стен зданий. Вторичная конструкция включает отдельные каркасы, которые могут быть оперты только на ригели первичной рамы так, что вертикальные несущие элементы вторичного каркаса оказываются в пределах середины высоты каждого яруса первичной рамы, разорванными по высоте.

Разделение несущей системы на две ступени позволяет дифференцированно распределить усилия от приложенных к зданию нагрузок и воздействий по всем его несущим элементам и обеспечить не только повышение их несущей способности, но и оптимальную материалоемкость здания.

Однако в известном здании в полной мере реализовать указанное не представляется возможным, поскольку отсутствуют конкретные решения несущих систем и не определены конструкции сопряжений их между собой и условия их нормального функционирования под нагрузкой.

Предлагаемое изобретение решает задачу обеспечения требуемой надежности и безопасности при техногенном или несанкционированном воздействии, а также минимизацию материалоемкости здания.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в высотном здании, включающем фундаментную конструкцию, центральный ствол жесткости и двойную конструктивную несущую систему, первичная несущая конструкция которой в виде пространственной многоярусной рамы с крайними колоннами, частично или полностью вынесенными за пределы наружных стен здания, выполнена с ригелями, размещенными поярусно по высоте здания в пределах технических этажей, на ригели рам между техническими этажами оперты многоэтажные вторичные несущие конструкции, снабженные ограждающими конструкциями. При этом ригели рамы первичной несущей конструкции в пределах каждого технического этажа жестко объединены в единую опорную платформу, которая жестко связана с центральным стволом жесткости здания, многоэтажные вторичные конструкции в нижнем и каждом среднем по высоте здания ярусе выполнены в виде отдельного вторичного несущего каркаса, включающего колонны, диафрагмы жесткости, перекрытия и покрытие, опертого в нижнем ярусе на фундаментную конструкцию, а в средних ярусах опертого на опорную платформу, каждый вторичный несущий каркас в пределах нижнего и средних ярусов выполнен с зазором между внутренними краями его перекрытий и центральным стволом жесткости, а также между покрытием вторичного каркаса и расположенной над ним опор

- 1 007114 ной платформой с размерами, обеспечивающими свободные линейные и угловые перемещения вторичного каркаса нижнего и каждого среднего яруса относительно ствола жесткости и рам первичной несущей конструкции, а в пределах верхнего яруса здания вторичный несущий каркас, опертый на опорную платформу, жестко связан по всем перекрытиям с центральным стволом жесткости, колонны крайних рядов вторичного каркаса верхнего яруса выполнены совмещенными с колоннами рам первичной несущей конструкции и размещены в пределах объема здания.

При этом каждая опорная платформа выполнена в виде плоской монолитной железобетонной плиты коробчатого сечения, ригели которой в плане образуют перекрестную железобетонную раму, замкнутую по периметру и выполненную заодно с центральным стволом жесткости, в узлах пересечения ригелей рамы сверху жестко заделаны колонны вторичного каркаса и колонны верхнего яруса первичной конструкции, а снизу в узлах пересечения ригелей рамы по периметру с опорной платформой жестко сопряжены колонны нижнего яруса первичной конструкции.

При этом выносные колонны каждого яруса первичной несущей конструкции выполнены постоянного сечения на всю высоту яруса, снабжены сквозной продольной арматурой, заанкеренной по концам в соседних верхней и нижней платформах или в фундаментной конструкции.

При этом покрытие каждого вторичного каркаса в нижнем и средних ярусах здания выполнено с тепловой защитой в виде сплошного слоя теплоизоляции, опорные платформы снизу снабжены слоем теплоизоляции, а зазоры между перекрытиями вторичного каркаса и центральным стволом жесткости на уровне каждого перекрытия снабжены упругими вкладышами из огнестойких материалов.

Выполнение высотного здания в предложенном виде с ригелями рамы первичной несущей конструкции, жестко объединенными в пределах каждого технического этажа в единую опорную платформу, в свою очередь, жестко связанную с центральным стволом жесткости, выполненным в виде центрального ствола жесткости здания, позволило создать единый жесткий остов на всю высоту здания. Для всех элементов этого несущего остова характерно четкое распределение усилий от приложенных к зданию нагрузок. Они характеризуются развитыми в соответствии с этими усилиями размерами сечений и надежно обеспечивают общую устойчивость предложенного высотного здания. Опорные платформы с жестким соединением элементов между собой, с центральным стволом жесткости и выносными колоннами позволяет воспринять и перераспределить как изгибающие и сжимающие усилия в вертикальной плоскости, так и обеспечить эффективное сопротивление усилиям закручивания в горизонтальной плоскости. Кроме того, наличие общей жесткой платформы, жестко связанной с центральным стволом жесткости, а снизу опертой по периметру на выносные колонны, позволяет даже в случае повреждения части этих колонн с потерей ими несущей способности сохранять общую несущую способность каждой платформы и обеспечить общую устойчивость всего предлагаемого высотного здания в целом при любых сочетаниях внешних нагрузок и воздействий.

Выполнение многоэтажных вторичных конструкций в нижнем и каждом среднем по высоте здания ярусе в виде отдельного вторичного несущего каркаса, включающего колонны, диафрагмы жесткости и перекрытия, опертого в нижнем ярусе на фундаментные конструкции здания, а в средних ярусах опертых на опорные платформы, позволяет расчленить предлагаемое высотное здание по высоте на отдельные ярусы (секции), представляющие собой по сути отдельные многоэтажные здания, способные воспринять приложенные к ним нагрузки самостоятельно и передать их только на опорные платформы в средних ярусах или на общую фундаментную конструкцию в нижнем ярусе. В этом случае существенно упрощается конструкция высотного здания в целом, обеспечивается четкое распределение усилий между как первичной, так и вторичной несущих систем, из-за уменьшения длин вертикальных несущих элементов практически исключается отрицательное влияние на работу перекрытий различий в жесткости сечений этих элементов, сокращается величина абсолютных температурных деформаций, определяемых не всей высотой здания, а только высотой яруса.

Выполнение каждого вторичного несущего каркаса с зазором между внутренними краями его перекрытий и центральным стволом жесткости, а также между покрытием вторичного каркаса и расположенной над ним опорной платформой с величиной зазора, обеспечивающего свободные линейные и угловые перемещения каждого вторичного несущего каркаса относительно ствола жесткости и рам первичной несущей системы, позволяет в полной мере обеспечить автономную работу под нагрузкой при эксплуатации каждого встроенного в пределах яруса вторичного каркаса и полностью реализовать раздельную статическую схему работы несущей системы предлагаемого высотного здания под нагрузкой и при температурных воздействиях.

Выполнение в пределах верхнего яруса здания вторичного несущего каркаса, опертого снизу на опорную платформу и жестко связанного по всем перекрытиям с центральным стволом жесткости, а также выполнение крайних колонн вторичного каркаса этого яруса совмещенными с колоннами рам первичной несущей системы при размещении их в пределах объема здания позволяет в верхней части здания объединить в одно целое первичную и вторичную несущие системы, придать требуемую монолитность и жесткость всей несущей системе здания, обеспечить требуемые жесткостные характеристики несущей системе здания в зоне наиболее интенсивных динамических горизонтальных нагрузок. Кроме того, размещение крайних колонн в пределах объема здания исключает появление в вертикальных внут

- 2 007114 ренних и крайних несущих колоннах разницы в температурных перемещениях, что позволяет исключить устройство температурных компенсаторов под конструкциями верхнего технического этажа и упростить конструкцию завершающей части здания.

Таким образом, предлагаемое высотное здание в общем виде представляется состоящим по высоте из отдельных многоэтажных зданий, размещенных друг под другом, каждое из которых оперто на фундаментную конструкцию здания (нижний ярус) либо на опорные платформы (все остальные ярусы). Все эти здания под нагрузкой при эксплуатации работают независимо друг от друга. Высота каждого яруса может быть легко оптимизирована. Кроме того, высота каждого яруса предлагаемого высотного здания определяется архитектурно-планировочными решениями, а также архитектурным решением фасадных поверхностей.

Выполнение каждой опорной платформы в виде плоской монолитной плиты коробчатого сечения, ригели которой в плане образуют перекрестную замкнутую по периметру железобетонную раму, позволяет одновременно решить несколько задач. Во-первых, создана жесткая полая конструкция, эффективно воспринимающая как изгибающие моменты при нормальном режиме эксплуатации, так и крутящие моменты, возникновение которых возможно в нестандартных ситуациях при выключении из работы части выносных колонн. Во-вторых, в полостях коробчатой арматуры можно разместить как требуемое для обслуживания высотного здания инженерное оборудование, так и емкости и резервуары для накопления воды и других средств пожаротушения в требуемом объеме. В таком случае в каждом ярусе предлагаемого здания подача средств пожаротушения может быть осуществлена не снизу - вверх, как обычно принято, а сверху - вниз. Это позволяет повысить надежность здания на пожароустойчивость, так как предельно сокращено время от момента обнаружения очага возгорания до начала его тушения. Эти же резервуары, снабженные дополнительными устройствами, могут быть использованы в качестве инерционных гасителей общих колебаний высотного здания. Причем эффективность их работы по сравнению с известными [1-6] выше, поскольку инерционные гасители колебаний здания размещены не только традиционно в верхнем чердачном техническом этаже, а дискретно по всей высоте здания.

Выполнение каждой опорной платформы в виде перекрестной замкнутой по периметру монолитной железобетонной рамы заодно с центральным стволом жесткости позволяет обеспечить надежную работу опорных платформ, как при нормальном, так и нештатном режиме эксплуатации, поскольку платформой такой конструкции эффективно воспринимаются как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, исключена опасность закручивания здания в горизонтальной плоскости относительно ствола жесткости. Этому в полной мере содействует выполнение жесткого сопряжения выносных колонн в узлах пересечения ригелей рамы снизу по периметру опорной платформы. Причем выносные колонны могут иметь соответствующее сечение и быть ориентированы с возможностью полного обеспечения требуемых жесткостей на кручение и изгиб высотного здания.

Выполнение жесткой заделки колонн вторичного каркаса и колонн верхнего яруса первичной несущей конструкции в узлах пересечения ригелей рамы опорной платформы обеспечивает прочность и устойчивость вторичного каркаса, исключает потерю местной устойчивости ригелей рамы от нагрузок, передаваемых на опорную платформу от вторичного каркаса верхнего яруса, а также от выносных колонн первичной несущей системы.

Выполнение выносных колонн каждого яруса рамы на всю его высоту постоянного сечения и снабжение их сквозной продольной арматурой, заанкеренной по концам в смежных верхней и нижней опорных платформах яруса позволяет решить задачу архитектурно-компоновочного образа здания, компоновки и сочетания первичного каркаса и его ограждающих конструкций с выносными колонными первичной несущей конструкции здания. Одновременно обеспечивается способность выносных колонн первичной несущей системы воспринимать не только нормативные и расчетные нагрузки при обычном режиме эксплуатации, но и работать при аварийном режиме, когда одна или несколько выносных колонн оказались разрушенными и выключенными из работы. В таком случае, для обеспечения геометрической неизменяемости положения расположенной выше опорной платформы, продольное усилие в выносных колоннах может измениться от сжимающего на растягивающее. Количество установленной сквозной продольной арматуры в выносных колоннах должно быть достаточным для восприятия растягивающего усилия, образующегося в оставшихся целыми выносных колоннах соответствующего яруса, с величиной которого должно быть суммировано значение растягивающего усилия, создаваемого приложенной как вертикальной, так и в целом к зданию горизонтальной нагрузкой с учетом ее динамической составляющей.

Выполнение покрытий каждого вторичного каркаса в нижнем и средних ярусах здания с устройством тепловой защиты в виде сплошного слоя теплоизоляции, а также снабжение опорных платформ снизу слоем теплоизоляции обеспечивает не только повышение теплотехнических характеристик высотного здания до требуемых, но и обеспечивает возможность эффективной автономной работы под нагрузкой каждого яруса вторичного каркаса.

Выполнение зазоров между вторичным каркасом и центральным стволом жесткости на уровне каждого перекрытия вторичного каркаса снабженными упругими вкладышами из огнестойких материалов позволяет также обеспечить автономную работу при эксплуатации каркаса, исключить его из деформи

- 3 007114 рования в составе всего здания, и, с другой стороны, создать огнепрерывающие преграды, препятствующие распространению огня вдоль ствола жесткости.

Перечисленные преимущества в своей сумме означают, что предлагаемое высотное здания отличается простотой конструктивного решения и использованием в них для вторичной несущей системы традиционных многоэтажных каркасных конструкций с хорошо освоенной технологией возведения. Это позволяет применять предложенное техническое решение на практике при минимальных подготовительных работах.

Сопоставление предлагаемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о том, что от известного оно отличается новыми признаками: (1) ригели первичной рамы в пределах каждого технического этажа жестко объединены в единую опорную платформу, жестко связанную, в свою очередь, с центральным стволом жесткости (2). Многоэтажные вторичные конструкции в нижнем и каждом среднем по высоте здания ярусе выполнены в виде отдельного вторичного несущего каркаса, включающего колонны, диафрагмы жесткости, перекрытия и покрытия, опертого в нижнем ярусе на фундаментную конструкцию, а в средних ярусах опертого на опорные платформы, (3) каждый вторичный несущий каркас в пределах нижнего и средних ярусов выполнен с зазором между внутренними краями его перекрытий и центральным стволом жесткости, а также между покрытием вторичного каркаса и расположенной над ним опорной платформой, (4) размерами, обеспечивающими свободные линейные и угловые перемещения каждого вторичного несущего каркаса относительно ствола жесткости и рам первичной несущей конструкции, а (5) в пределах верхнего яруса здания вторичный несущий каркас, опертый на опорную платформу, жестко связан по всем перекрытиям с центральным стволом жесткости и (6) крайние колонны вторичного каркаса верхнего яруса выполнены совмещенными с колоннами рам первичной несущей конструкции и размещены в пределах объема здания.

При этом (7) каждая опорная платформа выполнена в виде плоской монолитной железобетонной плиты коробчатого сечения (8), ригели которой в плане образуют перекрестную железобетонную раму, замкнутую по периметру и выполненную заодно с центральным стволом жесткости (9) в узлах пересечения ригелей этой рамы сверху жестко заделаны колонны вторичного каркаса и колонны верхнего яруса первичной конструкции, а (10) снизу в узлах пересечения ригелей рамы по периметру с опорной платформой жестко сопряжены выносные колонны нижнего яруса.

При этом (11) выносные колонны каждого яруса рамы первичной конструкции выполнены постоянного сечения на всю высоту яруса, снабжены непрерывной по длине колонн сквозной продольной арматурой, заанкеренной по концам в соседних верхней и нижней опорных платформах.

При этом (12) покрытие каждого вторичного каркаса в нижнем и средних ярусах здания выполнено с устройством тепловой защиты в виде сплошного слоя теплоизоляции, опорные платформы снизу снабжены слоем теплоизоляции, а (13) зазоры между вторичным каркасом и центральным стволом жесткости на уровне каждого перекрытия снабжены упругими вкладышами из огнестойких материалов.

Все перечисленные признаки предлагаемого технического решения работают на единую цель обеспечение требуемой надежности и безопасности, включая и общую устойчивость при техногенном воздействии или террористической атаке на уникальное сооружение, каким является высотное здание, а также минимизацию его материалоемкости.

В целом предлагаемое техническое решение, по мнению авторов, соответствует критерию новизны, поскольку перечисленные признаки в приведенной сумме неизвестны, а достигаемые технические результаты обеспечивают достижение поставленной задачи, превосходят известные и при осуществлении предлагаемого технического решения достигается сверхсуммарный результат вследствие эффективного взаимного действия друг на друга перечисленных выше признаков.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлено предлагаемое высотное здание, общий вид в вертикальном разрезе; на фиг. 2 -то же, разрез А-А на фиг. 1, план рядового перекрытия нижнего яруса здания; на фиг. 3 - то же, разрез Б-Б на фиг. 1, план опорной платформы;

на фиг. 4 - то же, разрез В-В на фиг. 1, план перекрытия верхнего яруса;

на фиг. 5 - то же, разрез Г -Г на фиг. 3 вдоль центрального ствола жесткости в сопряжении с опорной платформой;

на фиг. 6 - общий вид первичной несущей системы высотного здания с центральным стволом жесткости, изометрия.

Предлагаемое высотное здание (фиг. 1-6) включает фундаментную конструкцию 1, центральный ствол жесткости 2, первичную несущую конструкцию с опорными платформами 3 и выносными колоннами 4. Опорная платформа 3 включает ригели 5, образующие горизонтальную перекрестную раму, жестко связанную с центральным стволом жесткости 2 и замкнутую по периметру ригелями 6. Каждая платформа 3 снабжена верхней и нижней плитами 7, жестко соединенными с ригелями 5 и 6, образуя замкнутую коробчатую конструкцию. Выносные колонны 4 первичной несущей конструкции, жестко соединенные с опорной платформой 3, содержат в пределах каждого яруса рамы первичной конструкции сквозную продольную арматуру 8, заанкеренную по концам в опорных платформах 3 и/или в фундаментной конструкции 1. Снизу платформы 3 под нижней плитой 7 снабжены слоем теплоизоляции 9.

- 4 007114

Многоэтажные вторичные несущие конструкции в пределах каждого яруса высотного здания включают пространственный каркас, образованный колоннами 10, дисками или плитами перекрытий 11 и вертикальными диафрагмами жесткости 12. Между кромками перекрытий 11 и центральным стволом жесткости 2 имеется зазор 13, в котором размещены сплошные упругие вставки 14 из огнестойких материалов для предотвращения распространения огня при пожаре вдоль ствола жесткости 2 по высоте здания, такой же зазор 13 имеется между центральным стволом жесткости 2 и диафрагмой жесткости 12 вторичного несущего каркаса. Зазор имеется также между боковыми гранями выносных колонн 4 и перекрытиями 11 вторичного несущего каркаса. Наличие указанных зазоров 13 обеспечивает свободные линейные и угловые перемещения вторичного каркаса под воздействием нагрузки и изменений температуры окружающей среды. С этой же целью выполнен зазор 13 между покрытием 11а вторичного несущего каркаса и низом опорных платформ 3. При этом покрытие 11а вторичного каркаса в каждом ярусе снабжено наверху слоем 15 теплоизоляции, обеспечивая требуемую тепловую защиту сверху помещений вторичного каркаса.

В нижнем и средних ярусах предлагаемого высотного здания каркасы вторичной несущей конструкции примерно на половине их высоты могут содержать перекрытие 16 увеличенной общей высоты, в пределах которой может быть размещена плоская монолитная железобетонная пластина 17, связывающая выносные колонны 4 между собой и с центральным стволом жесткости 2. Эта связь обеспечивает повышение устойчивости выносных колонн 4, отличающихся большой свободной длиной, равной высоте яруса, и не препятствует независимым перемещениям конструкций вторичного каркаса (колонн 10 и диафрагм жесткости 12) под нагрузкой благодаря наличию в плите 17 сквозных проемов 18. При достаточно больших размерах сечения выносных колонн 4 установка связей 17 на основании расчета может быть исключена.

В верхнем ярусе предлагаемого высотного здания первичные и вторичные конструкции несущей системы совмещены и обеспечена их совместная работа под нагрузкой при эксплуатации. Для этого выносные колонны 4 первичной несущей конструкции выполняют функции колонн 10 вторичной несущей конструкции, плиты перекрытия 11 жестко соединены с центральным стволом жесткости 2. Высотное здание завершается техническим этажом 19, чердачное перекрытие которого непосредственно опирается на колонны 4, 10 и центральный ствол жесткости 2. Объемы технического этажа 19, как и опорных платформ 3, предназначены также для размещения инженерного оборудования здания, включающего резервуары-накопители средств пожаротушения, устройство виброгашения колебаний зданий, вентиляционные, отопительные, лифтовые и др. требуемые устройства. Покрытие технического этажа и несущая конструкция здания должны быть способны воспринимать нагрузку, создаваемую при посадке на кровлю вертолета.

Высота ярусов предлагаемого здания может быть различной по величине и определяется высотой встраиваемого вторичного каркаса, а также местом размещения яруса. Так, меньшей она может быть в самом нижнем ярусе, в пределах которого вписывают вторичный каркас высотой до 15-17 этажей, в промежуточных средних ярусах высота вписываемого каркаса может достигать 20-25 этажей и завершающий верхний ярус может иметь высоту не более 20 этажей. Наибольшая полная высота предлагаемого высотного здания может достигать до 70-80 этажей полезного объема без учета технических этажей.

Для реализации предложенного технического решения все несущие конструкции здания могут быть выполнены из монолитного железобетона.

Вторичные конструкции могут быть выполнены из сборно-монолитного железобетона. В несущих сжатых элементах - выносных колоннах 4 возможно применение косвенной поперечной и жесткой продольной арматуры. Требуемая прочность бетона для различных элементов здания изменяется в достаточно широком диапазоне от 30 до 80 МПа. Наибольшие размеры сечений выносных колонн 4 изменяются в пределах от 3,5-5,0 м в нижнем ярусе, до 0,6-0,8 м в верхнем. Толщина стенки ствола жесткости 2 также меняется от 1,2-1,5 м у верха фундаментных конструкций 1 до 0,3-0,4 в верхнем ярусе. Размеры конструктивных элементов вторичных каркасов во всех ярусах по всей высоте здания одинаковы. Так размеры сечений колонн 10 не превышают 40x40 см, а толщина плит перекрытий 11 в этом каркасе определяется размерами сетки колонн 10.

Ограждающие конструкции в предлагаемом высотном здании предусмотрены в виде навесных панелей 20 с широким применением светопрозрачных конструкций на основе тонированных стекол. В уровнях низа опорных платформ 3 предусмотрено размещение горизонтальных температурных компенсаторов 21.

При эксплуатации несущие конструкции предлагаемого высотного здания испытывают воздействие вертикальных и горизонтальных нагрузок, изменений температуры воздуха окружающей среды, а также реакции на общие локальные деформации, вызываемые приложенными нагрузками и изменением температуры. Вертикальные нагрузки складываются из нагрузок, приложенных к вторичному каркасу и переданных в виде опорных реакций на опорные платформы 3. Далее опорными платформами 3, как изгибаемой коробчатой конструкцией, они перераспределяются на центральный ствол жесткости 2 и выносные колонны 4.

- 5 007114

Горизонтальная (ветровая) нагрузка, собранная с наружных стеновых поверхностей вторичного каркаса, сосредоточенно передается на центральный ствол жесткости 2 в уровнях опорных платформ 3 на всех нижних ярусах, а в верхнем ярусе по всем плитам перекрытий 11. Тем самым, при изгибе ствола 2 горизонтальной нагрузкой, на ее восприятие включаются платформы 3 и выносные (наружные) колонны 4. Таким образом, центральный ствол жесткости 2 оказывается снабженным опорными аутригерами из выносных колонн 4 и платформ 3, существенно разгружающим ствол жесткости 2 от изгибающих усилий и, соответственно, уменьшающих горизонтальную деформацию верха здания. Для дополнительного увеличения жесткости центрального ствола жесткости 2 его стенки могут быть продлены за наружный контур ствола 2, как это показано, например, на фиг. 4.

Для высотных зданий важным фактором является предотвращение его раскачивания при воздействии ветровой нагрузки, имеющей циклически динамический характер. Эта задача в предлагаемом здании решается применением опорных платформ 3, жестко соединенных в середине с центральным стволом жесткости 2, а по периметру - с выносными колоннами 4. Образовавшаяся аутригерная система является достаточно жесткой с большими демпфирующими способностями, существенно погашающими раскачивание здания. Кроме этого в качестве демпфирующих средств в предлагаемом здании представляются возможности устройства гидравлических виброгасителей в объемах опорных платформ 3 и технического этажа 19, а также назначением при проектировании здания частотно-жесткостных конструктивных параметров первичных и вторичных несущих конструкций, обеспечивающих вследствие запаздывания или наложения колебаний обратного цикла частичное погашение общих колебаний.

В соответствии со статической расчетной схемой деформации и перемещения элементов вторичной несущей системы на всех ярусах здания, кроме верхнего, завершающего здание, независимы от деформаций первичной несущей конструкции. Горизонтальные и вертикальные нагрузки воспринимаются рамно-связевым каркасом, включающим колонны 10, перекрытия 11 и диафрагмы жесткости 12. Они передаются в виде опорных реакций колонн 10 и диафрагм жесткости 12 на ригеля 5 и 6 опорных платформ 3 или на фундаментные конструкции 1 здания. Величина зазора 13 между перекрытиями 11 и центральным столбом жесткости 2 определяется по максимальной величине горизонтального смещения верха вторичного каркаса каждого яруса, исключив расчетом их контакт при расчетном напоре ветра. Упругие вставки 14 в зазоре 13, кроме огнепрерывающей функции, предназначены для дополнительной страховки и смягчения возможных контактных усилий между элементами первичной и вторичной конструкций.

Зазор 13 между низом платформ 3 и покрытием 11а вторичного каркаса в каждом ярусе учитывает разницу температурных деформаций выносных колонн 4, находящихся на открытом воздухе со значительным перепадом величины температуры, и вторичного каркаса яруса, а также центрального столба жесткости 2, находящихся в объеме со стационарным практически не изменяющимся температурным полем в пределах ограждающих конструкций. При этом величина зазора 13 по размерам также не должна препятствовать при действии горизонтальной нагрузке свободному повороту плоскости покрытия вторичного каркаса относительно низа опорной платформы 3.

В целом предложенное высотное здание по сравнению с прототипом [6] обеспечивает эффективную и надежную работу всех его несущих конструкций под нагрузкой, и всеми другими воздействиями. Конструкция здания легко моделируется существующими программными средствами, техникоэксплутационные и санитарные нормы в предлагаемом здании обеспечены. Конструкция высотного здания благодаря разделению несущей системы позволяет создать новые архитектурно-компоновочные формы, существенно отличающиеся от архитектуры известных высотных зданий, сблизить их с традиционными художественно-пластическими решениями, характерными для конкретных условий строительства. Четкая расчетная модель эффективного конструктивного решения, обозначает, что все элементы здания будут равнонагруженными и, следовательно, такое здание по сравнению с известным [6] будут обладать меньшей материалоемкостью и, соответственно, стоимостью.

Разделение несущих конструкций в представленном виде на первичные и вторичные позволяет обеспечить полную безопасность здания, уязвимого по габаритам даже для обычных авиационных средств. Так даже случайный пролетающий на низкой высоте самолет может «зацепить» такое здание в условиях плохой видимости. Устройство опорных платформ 3, жестко соединенных со стволом жесткости 2 и с выносными колоннами 4 по периметру платформы 3 позволяет даже в случае повреждения нескольких выносных колонн 4 обеспечить геометрическую неизменяемость положение платформы 3. В этом случае центральный ствол 2, оставшиеся целыми выносные колонны 4 со сквозной арматурой 8, включающейся в работу на восприятие растягивающих усилий и опорная платформа 3 должны выдержать без повреждений нагрузку от находящихся на ней как первичных, так и вторичных несущих конструкций здания до устранения повреждений. Несущие конструкции первичной несущей системы в силу размеров их сечений невозможно выключить из работы в нижнем ярусе при скрытой подготовке взрыва, а возможные повреждения одной или нескольких любых колонн выносных 4 на любом ярусе здания не может вызвать его обрушение. Таким образом, возможно локальное повреждение здания с обрушением части вторичных конструкций одного из ярусов, но в целом обрушение всего здания без длительной и

- 6 007114 целенаправленной подготовки невозможно. Совершенно очевидно, что здание после указанных локальных повреждений восстановимо в первоначальном виде.

Предложенные здания возводят в следующей последовательности. Устраивают заглубленные фундаментные конструкции, которые, как правило, представляют собой развитую в плане монолитную многоэтажную коробчатую плиту на свайных фундаментах. Фундаментную конструкцию 1 устраивают из монолитного бетона с предварительным фиксированием опалубочно-стоечных систем, укладкой арматурных изделий и с подачей бетонных смесей бетононасосами. На готовой фундаментной конструкции 1 из монолитного железобетона возводят центральный столб жесткости 2 и выносные колонны 4 на высоту до низа нижней опорной платформы 3. Затем распалубливают боковые поверхности столба 2 и колонн 4. Возводят вторичный каркас первого яруса. После завершения строительства вторичного каркаса над ним, используя его в качестве опоры для опалубки, бетонируют нижнюю плиту 7 опорной платформы 3. После набора бетоном нижней плиты 7 требуемой прочности устанавливают боковую опалубку и арматуру ригелей 5 и 6, а также столба 2 в пределах высоты платформы 3, и выполняют их бетонирование с подачей бетонных смесей бетононасосами. Через сутки производят распалубку ригелей 5 и 6, устанавливают над ними палубу верхней плиты 7 и завершают бетонирование верхней плиты 7. При этом на платформе 3 сверху устроены выпуски арматуры колонн 4, 10 и диафрагм жесткости 12 вторичного каркаса. После завершения строительства первого яруса, на втором и каждом последующем ярусе цикл полностью повторяется. При этом следует иметь в виду, что в процессе возведения по высоте здания на перекрытиях готового нижнего вторичного каркаса, а также над готовой платформой 3 устанавливают дополнительные насосы станций перекачки бетонной смеси.

В целом представленная технология возведения несущих конструкций сравнительно проста в исполнении и позволяет получить требуемую точность размеров и положения конструкций, требуемое качество материалов. Она отличается всепогодностью и высоким темпом строительства. Все это обеспечивается как конструктивным решением, представленным выше, так и возможностями по применению современных материалов и изделий. Предлагаемое техническое решение будет реализовано на практике с максимальным использованием современных эффективных и конструкционных бетонов с кубиковой прочностью до 80 МПа, с применением современных арматурных сталей и арматурных изделий, а также используя имеющиеся прогрессивные опалубочные системы, доступные для строительства.

Источники информации

1. ВНИИНТПИ. Экспресс-информация. Зарубежный и отечественный опыт в строительстве. Серия Строительные конструкции и материалы, вып.4, М. 2002, с. 1-5, рис.3.

2. Хайдуков Г.К., Богданова Е.Н. Железобетонные конструкции высотных зданий: Обзорная информация. Серия: Строительные конструкции и материалы, вып.4 - М: ВНИИНТПИ, 2001, вып.3/4, с.1-105, рис.27, 33, 35.

3. ВНИИНТПИ. Экспресс-информация. Серия: Строительные конструкции и материалы, вып.2, М: 2001, с.1-3. Конструктивное и архитектурно-планировочное решение высотного здания Ли Мао То\гсг (Китай).

4. Граник Ю.Г., Магай А.А. Архитектурно-конструктивные особенности высотных зданий за рубежом. Журнал «Уникальные и специальные технологии в строительстве». М.:2004, № 1, с.20-30, рис. 1в, г на с.27.

5. Николаев С.В. Безопасность и надежность высотных зданий - это комплекс высокопрофессиональных решений. - Журнал «Уникальные и специальные технологии в строительстве». М.: 2004, № 1, с.8-18, рис.13, на с.13.

6. Енделе М., Шейнога И. Высотные здания с диафрагмами и стволами жесткости: Пер. с чеш. - М.: Стройиздат, 1980. - 336 с, илл. (с.10-11, рис. 1.7- прототип).

Claims (4)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Высотное здание, включающее фундаментную конструкцию, центральный ствол жесткости и двойную конструктивную несущую систему, первичная несущая конструкция которой в виде пространственной многоярусной рамы с крайними колоннами, частично или полностью вынесенными за пределы наружных стен здания, выполнена с ригелями, размещенными поярусно по высоте здания в пределах технических этажей, на ригели рам между техническими этажами оперты многоэтажные вторичные несущие конструкции, снабженные ограждающими конструкциями, отличающееся тем, что ригели рамы первичной несущей конструкции в пределах каждого технического этажа жестко объединены в единую опорную платформу, которая жестко связана с центральным стволом жесткости здания, многоэтажные вторичные конструкции в нижнем и каждом среднем по высоте здания ярусе выполнены в виде отдельного вторичного несущего каркаса, включающего колонны, диафрагмы жесткости, перекрытия и покрытие, опертого в нижнем ярусе на фундаментную конструкцию, а в средних ярусах опертого на опорную платформу, каждый вторичный несущий каркас в пределах нижнего и средних ярусов выполнен с зазором между внутренними краями его перекрытий и центральным стволом жесткости, а также между покрытием вторичного каркаса и расположенной над ним опорной платформой с размерами, обеспечи

   - 7 007114 вающими свободные линейные и угловые перемещения вторичного каркаса нижнего и каждого среднего яруса относительно ствола жесткости и рам первичной несущей конструкции, а в пределах верхнего яруса здания вторичный несущий каркас, опертый на опорную платформу, жестко связан по всем перекрытиям с центральным стволом жесткости, колонны крайних рядов вторичного каркаса верхнего яруса выполнены совмещенными с колоннами рам первичной несущей конструкции и размещены в пределах объема здания.
2. 2. Здание по п.1, отличающееся тем, что каждая опорная платформа выполнена в виде плоской монолитной железобетонной плиты коробчатого сечения, ригели которой в плане образуют перекрестную железобетонную раму, замкнутую по периметру и выполненную заодно с центральным стволом жесткости, в узлах пересечения ригелей рамы сверху жестко заделаны колонны вторичного каркаса и колонны верхнего яруса первичной конструкции, а снизу в узлах пересечения ригелей рамы по периметру с опорной платформой жестко сопряжены колонны нижнего яруса первичной конструкции.
3. 3. Здание по пп.1 и 2, отличающееся тем, что выносные колонны каждого яруса первичной конструкции выполнены постоянного сечения на всю высоту яруса, снабжены сквозной продольной арматурой, заанкеренной по концам в соседних верхней и нижней платформах или в фундаментной конструкции.
4. 4. Здание по пп.1-3, отличающееся тем, что покрытие каждого вторичного каркаса в нижнем и средних ярусах здания выполнено с тепловой защитой в виде сплошного слоя теплоизоляции, опорные платформы снизу снабжены слоем теплоизоляции, а зазоры между перекрытиями вторичного каркаса и центральным стволом жесткости на уровне каждого перекрытия снабжены упругими вкладышами из огнестойких материалов.