RU2350717C1 - Tall building - Google Patents
Tall building Download PDFInfo
- Publication number
- RU2350717C1 RU2350717C1 RU2007123786/03A RU2007123786A RU2350717C1 RU 2350717 C1 RU2350717 C1 RU 2350717C1 RU 2007123786/03 A RU2007123786/03 A RU 2007123786/03A RU 2007123786 A RU2007123786 A RU 2007123786A RU 2350717 C1 RU2350717 C1 RU 2350717C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- concrete
- reinforced concrete
- construction
- columns
- walls
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к строительству высотных, многоэтажных жилых и общественных зданий с повышенной эксплуатационной надежностью и устойчивостью к сейсмическим, техногенным и несанкционированным воздействиям.The present invention relates to the construction of high-rise, multi-story residential and public buildings with increased operational reliability and resistance to seismic, man-made and unauthorized influences.
Известны высотные здания, которые уже построены и строятся за рубежом, в г.Москве, других городах РФ, конструктивная часть которых возводится с применением стальных или железобетонных конструкций в виде несущих стен, колонн или монолитных оболочек [1]. Однако известные высотные здания имеют ряд недостатков. Так, стальные конструкции в каркасах высотных зданий после событий 2001 года в г.Нью-Йорке, когда обрушились 2 высотные башни Международного торгового центра, стали применяться с гораздо большей осторожностью и повышенными требованиями к защите от огневого воздействия.Known high-rise buildings that have already been built and are being built abroad, in Moscow, other cities of the Russian Federation, the structural part of which is being constructed using steel or reinforced concrete structures in the form of load-bearing walls, columns or monolithic shells [1]. However, well-known high-rise buildings have several disadvantages. Thus, steel structures in the skeletons of high-rise buildings after the events of 2001 in New York, when 2 high-rise towers of the International Trade Center collapsed, began to be used with much greater caution and increased requirements for protection against fire.
Высотные здания из железобетона отличаются значительной массой, которая вызывает значительные нагрузки на грунт и удорожает строительство таких зданий. Железобетонные конструкции в виде колонн имеют более высокую огнестойкость, однако, они, как и стальные, в условиях предельных нагрузок подвержены практически мгновенному обрушению. В связи с опасениями по достаточной безопасности первые высотки в г.Москве - по программе «Новое кольцо Москвы -«Эдельвейс» (построена), «Вертикаль», «Континенталь» (строятся) - спроектированы с толстостенными монолитными железобетонными оболочками, так, что толщина многослойных наружных стен достигает почти метровой толщины, а масса зданий превышает 100 тыс.т, значительно усложняя требования к фундаментам зданий и увеличивая себестоимость строительства.High-rise buildings made of reinforced concrete have a significant mass, which causes significant loads on the soil and increases the cost of construction of such buildings. Reinforced concrete structures in the form of columns have a higher fire resistance, however, they, like steel, are subject to almost instantaneous collapse under extreme loads. Due to concerns about adequate safety, the first skyscrapers in Moscow - under the program “New Ring of Moscow - Edelweiss” (built), “Vertical”, “Continental” (under construction) - are designed with thick-walled monolithic reinforced concrete shells, so that the thickness multilayer external walls reaches almost a meter thickness, and the mass of buildings exceeds 100 thousand tons, significantly complicating the requirements for the foundations of buildings and increasing the cost of construction.
Наиболее близким к предлагаемому является техническое решение по Евразийскому патенту №007114 «Высотное здание» [2].Closest to the proposed is a technical solution for the Eurasian patent No. 007114 "High-rise building" [2].
По указанному решению в высотном здании, включающем фундаментную конструкцию, центральный ствол жесткости и двойную конструктивную несущую стену, 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.According to the indicated decision, in a high-rise building, including a foundation structure, a central stiffness barrel and a double structural load-bearing wall, the primary load-bearing structure of which is in the form of a spatial multi-tiered frame with extreme columns partially or completely removed from the outside walls of the building, made with crossbars placed in tiers the height of the building within the technical floors, on the crossbars of the frames between the technical floors, multi-storey secondary supporting structures equipped with a building envelope are supported and.
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 опорной 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.At the same time, the crossbars of the frame of the primary supporting structure within each technical floor are rigidly combined into a single support platform, which is rigidly connected to the central stiffness barrel of the building, multi-story secondary structures in the lower and each average height of the building tier are made in the form of a separate secondary supporting frame, including columns , stiffness diaphragms, overlap and coating, supported in the lower tier on the foundation structure, and in the middle tiers supported on the support platform, each secondary supporting frame within the lower and middle tiers, there is a gap between the inner edges of its floors and the central stiffness barrel, as well as between the coating of the secondary frame and the supporting platform located above it, with dimensions that provide free linear and angular movements of the secondary frame of the lower and each middle tier relative to the stiffness barrel and frames of the primary supporting structure, and within the upper tier of the building, the secondary supporting frame, supported on the supporting platform, is rigidly connected to all central floors stiffness barrel, the columns of the extreme rows of the secondary frame of the upper tier are made combined with the columns of the frames of the primary supporting structure and placed within the volume of the building.
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.In this case, each supporting platform is made in the form of a flat monolithic reinforced concrete slab of box section, the crossbars of which in plan form a cross reinforced concrete frame closed along the perimeter and made integral with the central stiffener, in the nodes of the crossbars of the frame on top the columns of the secondary frame and the column of the upper tier are rigidly embedded the primary structure, and from the bottom at the intersection of the crossbars of the frame around the perimeter with the supporting platform, the columns of the lower tier of the primary structure are rigidly coupled.
Кроме того, 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.In addition, the extension columns of each tier of the primary supporting structure are made of constant cross section to the entire height of the tier, equipped with through longitudinal reinforcement, anchored at the ends in adjacent upper and lower platforms or in the foundation structure.
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.At the same time, the coating of each secondary frame in the lower and middle tiers of the building is made with thermal protection in the form of a continuous layer of thermal insulation, the supporting platforms from below are equipped with a thermal insulation layer, and the gaps between the floors of the secondary frame and the central stiffener are provided with elastic inserts of fire-resistant materials at the level of each floor.
Известное высотное здание позволяет решить задачу обеспечения требуемой надежности и безопасности при техногенном воздействии, а также минимализации материалоемкости высотного здания.The well-known high-rise building allows us to solve the problem of ensuring the required reliability and safety during anthropogenic impact, as well as minimizing the material consumption of the high-rise building.
Однако реализация известного решения имеет определенные недостатки, связанные, в первую очередь с необходимостью применения железобетонных колонн, диафрагм жесткости и плит перекрытий между этажами, выполненных в весьма трудоемком монолите и подверженных усадке и ползучести. Кроме того, несущие железобетонные колонны, в случае несанкционированных воздействий при экстремальных нагрузках теряют несущую способность практически мгновенно, что может негативно повлиять на состояние опорных платформ и устойчивость высотного здания в целом.However, the implementation of the known solution has certain drawbacks, associated primarily with the need for reinforced concrete columns, stiffness diaphragms and floor slabs between floors, made in a very laborious monolith and subject to shrinkage and creep. In addition, bearing reinforced concrete columns, in the event of unauthorized actions at extreme loads, lose their bearing capacity almost instantly, which can negatively affect the condition of the supporting platforms and the stability of the high-rise building as a whole.
Применение железобетонных колонн согласно прототипу ограничивает и возможную высоту здания, не превышающую 80-90 этажей. Тем более авторы Евразийского патента 007114 рекомендуют выполнение всех несущих конструкций в монолитном железобетоне, возведение которых требует значительных трудовых и материальных затрат.The use of reinforced concrete columns according to the prototype also limits the possible height of the building, not exceeding 80-90 floors. Moreover, the authors of Eurasian patent 007114 recommend the implementation of all load-bearing structures in monolithic reinforced concrete, the construction of which requires significant labor and material costs.
Так, в строящемся в настоящее время в г.Москве высотном здании Совета Федерации в Сити высотой в 89 этажей несущие конструкции выполнены в центральной части из длинномерных железобетонных монолитных стен с сечением до (20×4) м, а по периферии - из 23 железобетонных монолитных прямоугольных колонн сечением (4,0×1,4) м и 3-х круглых колонн диаметром около 3 м, при этом несущие конструкции весьма серьезно армированы.So, in the high-rise building of the Federation Council in the city of 89 floors high currently under construction in Moscow, the load-bearing structures are made in the central part of long reinforced concrete monolithic walls with a section up to (20 × 4) m, and on the periphery, of 23 reinforced concrete monolithic rectangular columns with a cross section of (4.0 × 1.4) m and 3 round columns with a diameter of about 3 m, while the supporting structures are very seriously reinforced.
Все построенные и строящиеся в Москве высотки имеют одну общую черту [3]: несущие конструктивные элементы (колонны, стены) выполнены из монолитного железобетона. Применение железобетона в качестве строительного материала сопряжено с необходимостью увеличения геометрии (сечений) элементов строительных конструкций, что сопровождается потерей полезных площадей, коэффициент «выхода» которых составляет порядка 70%. По мере роста этажности и высоты он будет снижаться, что крайне невыгодно для участков застройки с ограниченными площадями. Следует иметь в виду и прогрессирующее увеличение веса конструкций высотных зданий, что также немаловажно для проектирования и надежности конструкций «нулевого цикла», особенно на участках с изменяющейся геологической средой. Необходимость применения в современном высотном строительстве высокопрочных бетонов класса В60-В100, производство и поставка которых на строительные площадки Москвы пока проблематичны, также, по всей видимости, уже в ближайшие годы станет фактором, ограничивающим возможности применения железобетона в несущих конструкциях высотных зданий. С ростом этажности зданий этот фактор будет проявляться все в большей степени.All the skyscrapers built and under construction in Moscow have one thing in common [3]: the bearing structural elements (columns, walls) are made of monolithic reinforced concrete. The use of reinforced concrete as a building material is associated with the need to increase the geometry (cross-sections) of elements of building structures, which is accompanied by the loss of usable areas, the “exit” coefficient of which is about 70%. As the number of storeys and the height increases, it will decrease, which is extremely disadvantageous for building plots with limited areas. It should be borne in mind the progressive increase in the weight of structures of high-rise buildings, which is also important for the design and reliability of “zero cycle” structures, especially in areas with a changing geological environment. The need to use high-strength concrete of class B60-B100 in modern high-rise construction, whose production and delivery to construction sites in Moscow is still problematic, is also likely to become a factor limiting the possibility of using reinforced concrete in the supporting structures of high-rise buildings in the coming years. With an increase in the number of storeys of buildings, this factor will manifest itself to an ever greater extent.
Целью предлагаемого технического решения является ускорение строительства, возможность повышения этажности, надежности и безопасности высотного здания при сейсмических или несанкционированных воздействиях, снижение значительных трудозатрат на возведение несущих конструкций и перекрытий, уменьшение удельной стоимости строительства.The purpose of the proposed technical solution is to accelerate the construction, the possibility of increasing the number of storeys, reliability and safety of a high-rise building during seismic or unauthorized influences, reducing significant labor costs for the construction of load-bearing structures and ceilings, and reducing the unit cost of construction.
Поставленная в предлагаемом решении цель достигается тем, что в высотном здании, включающем основание - фундаментную конструкцию, центральный несущий ствол жесткости из монолитного железобетона, трубобетона, сталебетона или их сочетания, связанную с ним конструктивную каркасную систему - многоярусные рамы с опорными платформами в виде этажных конструкций коробчатого сечения из монолитных железобетонных плит, соединенных прямоугольными простенками, опертыми на несущие колонны, расположенные на периферии вокруг центрального ствола, с узлами сопряжения с дисками перекрытий и вертикально ориентированными диафрагмами жесткости из монолитного железобетона, снабженную ограждающими конструкциями, опирающимися на перекрытия, несущие колонны выполнены из трубобетона, расположены между монолитными железобетонными плитами опорных платформ, распределены вокруг ствола жесткости и соединены узлами сопряжения друг с другом и дисками перекрытий в виде пакетов, собранных на строительной площадке из железобетонных преднапряженных плит, предпочтительней пустотных, в том числе, с усиленными по-ярусно, например, через три этажа перекрытиями из преднапряженных железобетонных плит, стянутых стальными канатами, концы которых снабжены анкерами, закрепленными по-ярусно, в стенках ствола жесткости и противоположных стальных ригелях, соединяющих трубобетонные колонны, а монолитные железобетонные плиты этажных конструкций коробчатого сечения опорных платформ выполнены с напряжением на бетон армирующих стальных канатов между внешним контуром опорных платформ и стенками центрального ствола жесткости.The goal set in the proposed solution is achieved by the fact that in a high-rise building that includes a base — a foundation structure, a central bearing stiffness barrel made of monolithic reinforced concrete, pipe concrete, steel concrete, or a combination thereof, a structural frame system connected with it — multilevel frames with supporting platforms in the form of floor structures box-section of monolithic reinforced concrete slabs connected by rectangular piers supported on supporting columns located on the periphery around the central trunk, with mating nodes with floor disks and vertically oriented stiffness diaphragms made of reinforced concrete, equipped with enclosing structures based on floors, load-bearing columns made of concrete, located between monolithic reinforced concrete slabs of support platforms, distributed around the stiffness barrel and connected by mating nodes with each other and floor disks in the form of packages collected at a construction site from reinforced concrete prestressed slabs, preferably hollow, including , with tiers reinforced in tiers, for example, through three floors of prestressed reinforced concrete slabs tightened with steel ropes, the ends of which are equipped with tiers anchored in tiers in the walls of the stiffness barrel and opposite steel crossbars connecting the concrete pipes, and monolithic reinforced concrete floor slabs The box-section structures of the supporting platforms are made with concrete reinforcing steel ropes tensioned between the external contour of the supporting platforms and the walls of the central stiffness barrel.
При этом с целью повышения этажности, вертикальные диафрагмы жесткости выполнены в виде перекрестно-несущих монолитных, напряженных в построечных условиях железобетонных стен, располагаемых между опорными платформами и примыкающих одной боковой стороной к центральному стволу жесткости, а другой - к трубобетонным колоннам.At the same time, in order to increase the number of storeys, the vertical stiffness diaphragms are made in the form of cross-bearing monolithic reinforced concrete walls tensed under construction conditions, located between the supporting platforms and adjacent one side to the central stiffness barrel and the other to pipe-concrete columns.
Кроме того, с целью облегчения наружных стен, снижения трудоемкости, обеспечения индустриализации их возведения, повышения пожаробезопасности здания за счет исключения применения горючих и недолговечных утеплителей наружных стен, экологической чистоты и интенсивного воздухообмена внутреннего объема с окружающей средой, ограждающие конструкции выполнены однослойными из легкого заполнителя, например, керамзитового гравия, капсулированного и омоноличенного цементным молоком в межпалубном пространстве, созданном несъемной опалубкой, закрепленной между перекрытиями на металлическом сетчатом каркасе: с наружной стороны - в виде тонкомерных декоративных бетонных, каменных или керамических плит, а с внутренней стороны - в виде листовых материалов - гипсоволокнистых, цементно-стружечных и других отделочных плит. Также ограждающие конструкции могут быть выполнены из ячеистого бетона, уложенного в несъемную опалубку по технологии монолита.In addition, in order to facilitate the external walls, reduce the complexity, ensure the industrialization of their construction, increase the fire safety of the building by eliminating the use of combustible and short-lived insulation of the external walls, environmental cleanliness and intensive air exchange of the internal volume with the environment, the enclosing structures are made single-layer of lightweight aggregate, for example, expanded clay gravel encapsulated and monolithic with cement milk in the interdeck created by fixed formwork fixed between the ceilings on a metal mesh frame: on the outside - in the form of fine decorative concrete, stone or ceramic plates, and on the inside - in the form of sheet materials - gypsum-fiber, cement-bonded and other finishing plates. Also, walling can be made of cellular concrete, laid in a fixed formwork using monolith technology.
Существо предлагаемого решения поясняется чертежами. На фиг.1 показан вертикальный разрез 66 - этажного здания, прямоугольного в плане, вдоль осей передних трубобетонных колонн; на фиг.2 - выделенный пунктиром на фиг.1 фрагмент предлагаемого высотного здания (21-28 этажи), вид А (в изометрии); на фиг.3 - вертикальный разрез фрагмента здания по оси трубобетонных колонн с фасада здания, разрез А-А на фиг.2, (этажи обведены кружками, например, 21); на фиг.4 - верхняя плита опорной платформы, разрез Б-Б на фиг.3 (выделены жирной точкой узлы сопряжения трубобетонных колонн); на фиг.5 - усиленное межэтажное перекрытие с диафрагмами жесткости, разрез В-В на фиг.3; на фиг.6 - разрезы оптимальных ограждающих стен для высотных зданий:The essence of the proposed solution is illustrated by drawings. Figure 1 shows a vertical section of a 66-story building, rectangular in plan, along the axes of the front pipe-concrete columns; in Fig.2 is a fragment of the proposed high-rise building (floors 21-28) highlighted by the dotted line in Fig. 1, view A (in isometry); figure 3 is a vertical section of a fragment of the building along the axis of the concrete columns from the facade of the building, section aa in figure 2, (floors are circled, for example, 21); in Fig.4 - the upper plate of the supporting platform, section B-B in Fig.3 (nodes of the coupling of pipe-concrete columns are highlighted with a bold point); figure 5 - reinforced floors with diaphragms stiffness, section bb in figure 3; figure 6 - sections of the optimal enclosing walls for high-rise buildings:
а) 1 - декоративные крупноразмерные плиты из литого искусственного камня; 2 - монолитная стена из капсулированного керамзитового гравия; 3 - древесно-стружечная плита;a) 1 - decorative large-sized plates made of cast artificial stone; 2 - monolithic wall of encapsulated expanded clay gravel; 3 - wood chipboard;
б) 1 - декоративные крупноразмерные плиты из керамогранита; 2 - монолитная стена из капсулированного керамзитового гравия; 3 - гипсоволокнистая плита.b) 1 - decorative large-sized slabs of porcelain; 2 - monolithic wall of encapsulated expanded clay gravel; 3 - gypsum board.
Высотное здание (фиг.1-5) включает основание - фундаментную конструкцию 1, размещенный на ней центральный ствол жесткости 2 с периодически расположенными по высоте здания опорными платформами 3 в виде этажной конструкции коробчатого сечения с монолитными железобетонными плитами 4 и прямоугольными простенками 5; между опорными платформами 3, а также между платформой 3 и основанием здания 1 расположены межэтажные ярусы 6, разделенные перекрытиями 7 с ригелями 8; между собой ярусы 6 разделены усиленными межэтажными перекрытиями 9 и соединены трубобетонными колоннами: наружными 10 и внутренними 11, размещенными по поверхности опорных платформ 3 и основания здания 1; кроме того, опорные платформы 3 могут опираться на вертикальные диафрагмы жесткости 12 в виде монолитных напряженных железобетонных стен, а ограждающие конструкции - наружные стены 13 возведены на межэтажных перекрытиях 7 из железобетонных плит и усиленных, по-ярусно, перекрытиях 9 (фиг.3) из пакетов напряженных плит 14, стянутых стальными канатами 15, закрепленными анкерами 16 (фиг.4).The high-rise building (Figs. 1–5) includes a base — a
Для примера на фиг.1-6 приведено высотное здание, состоящее из 3-х частей, опирающихся: нижняя - на основание - фундаментную конструкцию 1, средняя и верхние части опираются на опорные платформы 3. Каждая часть здания состоит из семи ярусов 6, каждый - по 3 этажа, таким образом, общая высотность примера высотного здания - 66 этажей (включая три технических этажа). В основании фундаментные конструкции выполнены в виде подземного паркинга из монолитных железобетонных конструкций.For example, Figs. 1-6 show a high-rise building, consisting of 3 parts, supported by: lower - on the base -
Несущие трубобетонные колонны - наружные 10 и внутренние 11 по предлагаемому решению жестко закрепляются между опорными платформами 3 и основанием 1. Прочность и несущая способность плит основания и опорных платформ 3 повышаются за счет напряжения монолитных железобетонных плит 4 в межэтажной конструкции коробчатого сечения. Плиты 4 конструктивно связаны друг с другом и с центральным стволом жесткости 2 и выполняются с напряжением армирующих стальных канатов на бетон плит таким образом, что анкеры 16 стальных канатов 15 распределены и закреплены, с одной стороны, в стенках железобетонного ствола 2, а, с другой стороны, на внешнем железобетонном контуре плит 4 опорных платформ 3 высотного здания (фиг.4, 5).Bearing pipe-concrete columns - external 10 and internal 11, according to the proposed solution, are rigidly fixed between the supporting
Применение трубобетонных колонн совместно с напряженными железобетонными плитами в этажной конструкции коробчатого сечения препятствует прогрессирующему обрушению, позволяет реализовать более широкий пролет между несущими колоннами, дает возможность свободной планировки при обеспечении высокой надежности каркаса высотного здания.The use of pipe concrete columns together with stressed reinforced concrete slabs in a box-shaped floor structure prevents progressive collapse, allows for a wider span between the bearing columns, makes it possible to freely plan while ensuring high reliability of the skeleton of a high-rise building.
Опорные платформы 3 целесообразно монтировать через каждые 15-25 этажей высотного здания, ограничивая части здания по высоте, при этом через каждые 3-5 этажей, ярусы 6 (на приведенных чертежах - через 3 этажа), неразрезные (в пределах яруса) трубобетонные колонны 10 и 11 стыкуют друг с другом по вертикали, опирая на платформы 3, а по горизонтали соединяют перекрытия 7 и усиленные диски перекрытий 9 с центральным стволом жесткости 2 высотного здания, что обеспечивает прочный, устойчивый каркас части здания из нескольких (например, семи) ярусов, размещенных между опорными платформами здания (фиг.1, 2, 3).It is advisable to mount the supporting
Монолитные железобетонные плиты 4 опорных платформ 3 выполняют с напряжением на бетон после его затвердевания с помощью стальных канатов 15 и анкеров 16, соединяющих ствол жесткости 2 с узлами посадки трубобетонных колонн 10, 11 (фиг.3, 4). Монолитные железобетонные плиты 4 соединены прямоугольными простенками 5, образуя конструкцию коробчатого сечения (фиг.5).Monolithic reinforced
Омоноличивание трубобетонных колонн бетоном осуществляется по мере их наращивания с учетом соединения колонн стыковочными узлами, оптимально, по-ярусно, через каждые 3 этажа, сопрягая с помощью стыковочных узлов трубобетонные колонны с дисками перекрытий из пакетов железобетонных плит 14 с напряжением на бетон пакетов стальных канатов 15, закрепленных в ригелях 8 с помощью анкеров 16. Это позволяет упростить и ускорить соединение перекрытий этажей с трубобетонными колоннами стыковочными узлами. Между ярусами диски усиленных перекрытий 9 собираются индустриально в виде пакетов из напряженных плит, стянутых стальными канатами 15, укрепленных в ригели 8 (фиг.5).Monolithic of concrete columns with concrete is carried out as they are built up, taking into account the connection of the columns by the docking nodes, optimally, in tiers, every 3 floors, by connecting with the help of the docking nodes the concrete columns with floor disks from the packages of reinforced
Межэтажные перекрытия 6 выставляют между опорными платформами 3 высотного здания, собирая диски перекрытий, предпочтительней с напряжением, в виде пакетов из отдельных плит или выполняя их в монолите, со съемной или несъемной опалубкой (фиг.5). Соединение дисками перекрытий каждого этажа ствола жесткости с трубобетонными колоннами повышает устойчивость и надежность каркаса высотного здания.
Для строительства высотных зданий с повышенной этажностью предлагаемое техническое решение предусматривает возможность возведения вертикальных диафрагм жесткости 12 в виде железобетонных монолитных стен, расположенных между опорными платформами, наружной частью центрального ствола жесткости 2 и периферийными колоннами из трубобетона. Такие стены целесообразно с целью снижения их массы возводить с напряженными армирующими стальными канатами, анкера которых размещают для горизонтальных канатов в стенах центрального ствола и трубобетонных колоннах, а для вертикальных канатов анкера располагают в стальных закладных элементах опорных платформ.For the construction of high-rise buildings with increased number of storeys, the proposed technical solution provides for the possibility of erecting vertical diaphragms of
Таким образом, каркас высотного здания можно представить состоящим из центрального ствола с частями здания, ограниченного по вертикали опорными платформами через каждые 15-25 этажей, при этом периферийная часть опорных платформ опирается на колонны из трубобетона, образующие рамный каркас с перекрытиями, часть которых, в частности, по предлагаемому примеру через каждые 3 этажа, усилена стальными канатами, напряженными на бетон перекрытий. Такие перекрытия образуют совместно с трубобетонными колоннами устойчивые конструкции, которые дополнительно стабилизируются вертикально ориентированными диафрагмами жесткости 12. Перекрытия, располагающиеся между усиленными межэтажными перекрытиями, также опираются на трубобетонные колонны и примыкают к центральному стволу жесткости.Thus, the skeleton of a high-rise building can be represented as consisting of a central trunk with parts of the building, vertically bounded by supporting platforms every 15-25 floors, while the peripheral part of the supporting platforms is supported by columns made of concrete made up of a frame frame with ceilings, some of which in particular, according to the proposed example, every 3 floors, reinforced with steel ropes, tensioned on concrete floors. Such ceilings together with pipe concrete columns form stable structures, which are additionally stabilized by vertically
Опорные платформы 3 являются объемными конструкциями, жестко соединенными с центральным стволом жесткости 2, опирающимися на трубобетонные колонны, а для зданий большой этажности - на вертикально ориентированные диафрагмы 14 в виде перекрестно-несущих стен из монолитного железобетона.The supporting
Для высотных зданий серьезное значение приобретают цикличные ветровые горизонтальные нагрузки. При воздействии таких нагрузок, имеющих динамический характер, каркас по предлагаемому решению позволяет предотвратить раскачивание высотного здания. Действующие изгибающие нагрузки гасятся за счет значительной демпфирующей способности конструктивной системы: центральный ствол - опорные платформы - вертикальные диафрагмы жесткости - трубобетонные колонны.For high-rise buildings, cyclic horizontal wind loads are of great importance. When exposed to such dynamic loads, the frame according to the proposed solution can prevent the swing of a high-rise building. Existing bending loads are absorbed due to the significant damping ability of the structural system: the central trunk - supporting platforms - vertical stiffness diaphragms - pipe-concrete columns.
Для высотных зданий горизонтальные (ветровые) нагрузки могут иметь превалирующее значение над вертикальными. Поэтому для железобетонных колонн и монолитных стен - обычно сжатых конструкций - могут возникнуть опасные растягивающие усилия. Трубобетонным колоннам, тем более усиленным вертикальными диафрагмами жесткости, такие растягивающие нагрузки не опасны.For high-rise buildings, horizontal (wind) loads can prevail over vertical ones. Therefore, for tensile reinforced concrete columns and monolithic walls — typically compressed structures — dangerous tensile forces can occur. Pipe-concrete columns, especially reinforced by vertical stiffness diaphragms, such tensile loads are not dangerous.
Опорные платформы выполняют в заявляемом высотном здании комплекс функций: как основной конструктивный элемент каркаса, как технический этаж, на котором могут быть размещены различное инженерное оборудование, противопожарные системы и т.п., как эвакуационное помещение в экстремальных ситуациях, например, при пожаре, а в обычное время - помещение для спортивных занятий, оранжерей, кинозалов и т.п.Supporting platforms perform a complex of functions in the claimed high-rise building: as the main structural element of the frame, as a technical floor, on which various engineering equipment, fire systems, etc. can be placed, as an evacuation room in extreme situations, for example, in case of fire, and at normal times - a room for sports, greenhouses, cinemas, etc.
Сочетание опорных платформ с центральным стволом жесткости, вертикальными диафрагмами и трубобетонными колоннами с поярусными узлами сопряжения с напряженными дисками перекрытий позволяет получить единую конструктивную систему, максимально устойчивую в экстремальных условиях и сейсмичных воздействиях.The combination of support platforms with a central stiffness barrel, vertical diaphragms and pipe-concrete columns with tiered interface units with stressed floor disks allows to obtain a single structural system that is most stable under extreme conditions and seismic influences.
Добавление к такой системе периферийных колонн в виде одного или двух контуров из трубобетона еще больше повышает его устойчивость в связи со способностями трубобетонных колонн не подвергаться обвальному обрушению, практически при любых воздействиях, в отличие от стальных или железобетонных колонн, способных обрушаться при предельных нагрузках практически мгновенно. Предложенное сочетание конструктивных элементов существенно увеличивает безопасность высотных зданий и исключает прогрессирующее обрушение.Adding to this system of peripheral columns in the form of one or two contours of pipe concrete further enhances its stability due to the ability of pipe concrete columns not to undergo collapse under almost any impact, unlike steel or reinforced concrete columns that can collapse at maximum loads almost instantly . The proposed combination of structural elements significantly increases the safety of high-rise buildings and eliminates progressive collapse.
Даже если представить повреждение части трубобетонных колонн самолетом или вертолетом, предлагаемое высотное здание не обрушится, так как опорные платформы, закрепленные на центральном стволе жесткости, и остальные трубобетонные колонны способны выдержать значительные изгибающие и растягивающие нагрузки, а огнестойкость трубобетонных колонн диаметром более 40 см превышает 2 часа без какой-либо специальной огнезащиты [4], а с достаточно простым оштукатуриванием поверхности трубобетона по сетке огнестойкость повышается до 4-6 часов.Even if one imagines damage to part of the concrete columns by an airplane or helicopter, the proposed high-rise building will not collapse, since the supporting platforms mounted on the central stiffness barrel and the rest of the concrete columns can withstand significant bending and tensile loads, and the fire resistance of concrete pipes with a diameter of more than 40 cm exceeds 2 hours without any special fire protection [4], and with a fairly simple plastering of the surface of the concrete on the grid, fire resistance increases to 4-6 hours.
Кроме того, расположение трубобетонных колонн вокруг центрального ствола здания защищает здание и от каких-либо внешних воздействий при возможных террористических актах. С этим согласуется и известная высокая сейсмостойкость трубобетонных конструкций.In addition, the location of pipe-concrete columns around the central trunk of the building protects the building from any external influences during possible terrorist attacks. The well-known high seismic resistance of pipe-concrete structures is also consistent with this.
Председатель сейсмологов России проф. Айзенберг В.Р. отмечает [5]: «Трубобетонные несущие каркасы позволяют достичь высокой сейсмостойкости; в последнее время все более ясной для ученых становится картина разрушений сооружений при сильном землетрясении. Разрушения происходят не столько от горизонтальных сейсмических сил, как это считалось прежде и до сих пор записано в нормах проектирования, разрушения в действительности происходят от гравитационных сил, т.е. от веса сооружения плюс вертикальная составляющая землетрясения, действующих на сооружение, уже имеющее сейсмические повреждения и горизонтальные перемещения».Chairman of Russian Seismologists prof. Eisenberg V.R. notes [5]: “Pipe-concrete bearing frames allow to achieve high seismic resistance; Recently, the picture of the destruction of structures during a strong earthquake has become increasingly clear to scientists. The destruction does not occur so much from horizontal seismic forces as it was previously thought and is still written down in the design standards, the destruction actually comes from gravitational forces, i.e. "from the weight of the structure plus the vertical component of the earthquake acting on the structure already having seismic damage and horizontal displacement."
Достоинством трубобетонных колонн является их способность к большим сейсмическим горизонтальным и вертикальным перемещениям без разрушения, причем не только в упругой области, но и в пластическом состоянии. При землетрясении такой дом, наподобие эластичного и пластичного хлыста, может совершать весьма значительные поперечные колебания, оставаясь невредимым. Такие каркасные системы можно использовать и в качестве сейсмоизоляции, располагая их в нижних частях домов. На этом пути, после проведения необходимых исследований и при правильном проектировании, можно получить оптимальные решения, т.е. одновременно сейсмически надежные, безопасные для населения и экономически эффективные.The advantage of pipe concrete columns is their ability to large seismic horizontal and vertical movements without destruction, not only in the elastic region, but also in the plastic state. In an earthquake, such a house, like an elastic and plastic whip, can make very significant transverse vibrations, remaining unscathed. Such frame systems can also be used as seismic isolation, placing them in the lower parts of houses. On this path, after conducting the necessary research and with proper design, it is possible to obtain optimal solutions, i.e. simultaneously seismically reliable, safe for the population and cost-effective.
Учитывая, что пока еще никто в мире не умеет делать краткосрочные прогнозы сильных землетрясений, единственным способом защитить население от сейсмических бедствий - это научиться встречать их во всеоружии. Строительство зданий и сооружений с каркасами из трубобетона - один из наиболее эффективных шагов на этом пути.Given that so far no one in the world can make short-term forecasts of strong earthquakes, the only way to protect the population from seismic disasters is to learn how to fully meet them. The construction of buildings and structures with pipe concrete frames is one of the most effective steps on this path.
Известные катастрофы городов и поселков, стертых с лица земли вследствие землетрясений и принесших огромные человеческие жертвы, должны предостеречь строителей от возведения недостаточно сейсмостойких домов.The well-known disasters of cities and towns, wiped off the face of the earth as a result of earthquakes and brought huge human casualties, should warn builders from the construction of insufficiently earthquake-resistant houses.
Это подтверждается практикой строителей Японии, КНР [6, 7] и, в частности, интенсивно наблюдающимся развитием технологии трубобетона в республике Казахстан. Так, в июне 2005 года испытания в жилом комплексе «Almaty Towers» показали, что трубобетонные каркасы выдержали воздействия, соответствующие землетрясению в 8,7 баллов. В настоящее время реализуется проектирование и строительство жилья в г.Алма-Ата, район «Manhattan Kazakhstan», в объеме 2,9 млн.м2 по технологии трубобетона.This is confirmed by the practice of builders of Japan, China [6, 7] and, in particular, by the intensively observed development of pipe concrete technology in the Republic of Kazakhstan. So, in June 2005, tests in the Almaty Towers residential complex showed that pipe concrete frames withstood impacts corresponding to an earthquake of 8.7 points. Currently, the design and construction of housing is being implemented in Alma-Ata, the Manhattan Kazakhstan region, in the amount of 2.9 million m 2 using pipe concrete technology.
При возведении наружных стен высотных зданий строителей привлекает желательная максимальная индустриальность возведения ограждающих конструкций, определяющая, во многом, стоимость и темп работ по строительству зданий.When erecting the outer walls of high-rise buildings, builders are attracted by the desirable maximum industrialism of erecting enclosing structures, which determines, in many respects, the cost and pace of building work.
За рубежом при строительстве высотных зданий распространение получило применение ограждающих конструкций в виде навесных (на каркасы зданий) панелей двух типов - железобетонных, многослойных и стеклянных - из вакууммированных стеклопакетов в металлических рамах.During the construction of high-rise buildings abroad, the use of enclosing structures in the form of hinged (on building frames) panels of two types - reinforced concrete, multilayer and glass - from vacuum-packed double-glazed windows in metal frames, has spread.
Основная часть высотных зданий за рубежом построена в районах с более теплым климатом и предназначается для служебных и общественных целей, в связи с чем стеклянные покрытия на фасадах таких зданий преобладают.The main part of high-rise buildings abroad was built in areas with a warmer climate and is intended for official and public purposes, in connection with which glass coatings on the facades of such buildings prevail.
Остекленные ограждающие конструкции высотных зданий в условиях Москвы должны иметь сопротивление теплопередаче не менее 0,56 (м2. 0С/Вт) - для окон и 0,65 для витрин, витражей и навесных светопрозрачных конструкций, что существенно ниже нормативных требований к наружным стенам.The glazed enclosing structures of high-rise buildings in Moscow should have a heat transfer resistance of at least 0.56 (m 2. 0 C / W) - for windows and 0.65 for showcases, stained-glass windows and curtain translucent structures, which is significantly lower than the normative requirements for external walls .
К сожалению, все светопрозрачные ограждающие конструкции не являются энергосберегающими. В этой связи согласно временным Московским строительным нормам «Многофункциональные высотные здания и комплексы» величина остекления фасадов зданий должна составлять не более 18%, в общественной части допускается до 25%. Тем не менее, панели из вакуумированных стеклопакетов начали широко применяться в г.Москве и других городах России и, конечно, могут применяться по предлагаемому техническому решению в зависимости от предназначения зданий.Unfortunately, all translucent walling is not energy efficient. In this regard, according to the interim Moscow building regulations “Multifunctional high-rise buildings and complexes”, the glazing of building facades should be no more than 18%, up to 25% is allowed in the public part. However, evacuated glass panels began to be widely used in Moscow and other Russian cities and, of course, can be applied according to the proposed technical solution, depending on the purpose of the buildings.
Отечественные энергосберегающие трехслойные бетонные панели большей частью имеют значительную массу и применяются в настоящее время весьма ограниченно отдельными крупными строительными фирмами («Крост», «Донстрой», «ПИК»), что связано с индивидуальностью видов панелей и соответственно необходимостью новой оснастки для их изготовления практически для каждого нового высотного здания.Domestic energy-saving three-layer concrete panels for the most part have a significant mass and are currently used very limitedly by individual large construction companies (Krost, Donstroy, PIK), which is associated with the individuality of the types of panels and, accordingly, the need for new equipment for their manufacture for every new high-rise building.
Идеология приготовления энергосберегающих панелей при возведении высоток с несущими каркасами практически едина: наружный слой изготавливается из высокопрочного архитектурного бетона с повышенной выразительностью и долговечностью, промежуточный - теплоизоляционный слой приготавливается обычно из плитного утеплителя, а внутренний слой - также из железобетона с применением гибких связей конструктивных слоев в виде прутков из нержавеющей проволоки или базальтового волокна. Масса таких панелей, производимых в Москве, составляет: несущих 700-800 кг/м2, навесных 400-500 кг/м2. Ограничения на применение в высотном строительстве таких панелей связано кроме веса с использованием в качестве плитного утеплителя обычно пенополистирольных плит, не обладающих достаточной долговечностью.The ideology of preparing energy-saving panels when building skyscrapers with load-bearing frames is practically the same: the outer layer is made of high-strength architectural concrete with increased expressiveness and durability, the intermediate layer is usually made of insulating boards, and the inner layer is also made of reinforced concrete using flexible connections of structural layers in in the form of bars of stainless wire or basalt fiber. The mass of such panels produced in Moscow is: bearing 700-800 kg / m 2 , mounted 400-500 kg / m 2 . Restrictions on the use of such panels in high-rise construction are associated, in addition to weight, with the use of usually polystyrene foam plates, which do not have sufficient durability, as a plate insulation.
Кроме того, опыт применения в Москве для строительства зданий железобетонных панелей показал, что практически все изделия, подвергнутые тепловой обработке по общепринятому регламенту на ЖБК и ДСК, содержат массу дефектов в виде трещин, которые значительно снижают долговечность изделий и ставят под вопрос их применение при строительстве высотных зданий.In addition, the experience of using reinforced concrete panels in Moscow for the construction of buildings showed that almost all products subjected to heat treatment according to the generally accepted regulations for reinforced concrete and DSCs contain a lot of defects in the form of cracks, which significantly reduce the durability of the products and call into question their use in construction high-rise buildings.
В развитых странах, в частности, в США в качестве ограждающих конструкций высотных зданий из железобетонных конструкций применяются исключительно крупногабаритные (30-35 м2) навесные и несущие панели только из высокопрочных бетонов, твердеющих в нормальных условиях без тепловой обработки.In developed countries, in particular, in the USA, only large-sized (30-35 m 2 ) wall-mounted and load-bearing panels made of only high-strength concrete that harden under normal conditions without heat treatment are used as the enclosing structures of high-rise buildings of reinforced concrete structures.
Выразительность таких панелей обеспечивается отделкой лицевого слоя или под природный камень, или под кирпич, или керамическими крупноразмерными плитами, омоноличенного бетоном наружного слоя панели.The expressiveness of such panels is ensured by finishing the front layer either under natural stone, or under a brick, or ceramic large-sized plates, monolithic with concrete, the outer layer of the panel.
Строители Европы, США, Канады, Японии все в большей мере отказываются от недолговечных и вредных утеплителей, имеющих полимерную природу (пенополистирол, пенопласт) или включающих опасные связующие - фенолы (минеральные и базальтовые волокнистые плиты), переходя на пенокерамику в виде керамзитового гравия, зольного гравия, вспученных шлаков, пористых стекол в объемах миллионов куб. м для производства легких бетонов, утепления и облегчения зданий.The builders of Europe, the USA, Canada, Japan are increasingly abandoning short-lived and harmful heat insulators that have a polymer nature (expanded polystyrene, polystyrene) or include dangerous binders - phenols (mineral and basalt fiber boards), switching to ceramic foam in the form of expanded clay gravel, ash gravel, expanded slags, porous glasses in volumes of millions of cubic meters. m for the production of lightweight concrete, insulation and lightening of buildings.
В России, однако, широкое распространение при строительстве высотных зданий получили ограждающие конструкции зданий, представляющие собой многослойные композиции, составленные из несущих стен-оболочек из монолитного железобетона и теплоизоляционных слоев, что существенно влияет на стоимость строительства. Доля затрат на возведение ограждающих конструкций в общей стоимости строительства высотных зданий весьма значительна.In Russia, however, the building envelopes, which are multi-layered compositions composed of load-bearing shell walls of monolithic reinforced concrete and heat-insulating layers, are widely used in the construction of high-rise buildings, which significantly affects the cost of construction. The share of the cost of building walling in the total cost of building high-rise buildings is very significant.
Так, возведение первых высотных зданий по программе «Новое кольцо Москвы» реализовано в сугубо российском варианте: ограждающая конструкция, например, первой высотки «Эдельвейс» выполнена многослойной с несущей оболочкой из монолитного тяжелого железобетона, к такой «скорлупе» дома закреплена теплоизоляция в виде минераловолокнистых плит, затем выложена кирпичная кладка, на которой смонтирован вентилируемый фасад с закреплением на специальных кронштейнах керамогранитных плит. Такие ограждающие конструкции не индустриальны, материалоемки, тяжелы и требуют значительных затрат ручного труда, суммарная толщина ограждающей конструкции на высотке составляет более 800 мм.So, the construction of the first high-rise buildings under the “New Ring of Moscow” program was implemented in a purely Russian version: the enclosing structure, for example, of the first high-rise building “Edelweiss” was made multilayer with a bearing shell made of monolithic heavy reinforced concrete, thermal insulation in the form of mineral fiber was fixed to such a “shell” of the house slabs, then brickwork is laid out, on which a ventilated facade is mounted with fastening on special brackets of ceramic granite slabs. Such enclosing structures are not industrial, material-intensive, heavy and require significant manual labor, the total thickness of the enclosing structure at a height of more than 800 mm.
При этом монтаж, например, теплоизоляционных плит типа Sturadur обычно предусматривает разбежку по швам и ступенчатые кромки для более плотной укладки плит встык. Такая (ювелирная) работа по теплоизоляции, связанная с необходимостью исключения мостиков холода, требует весьма высокой квалификации исполнителя, а также дополнительных затрат на крепежные дюбели.At the same time, installation, for example, of heat-insulating plates of the Sturadur type usually involves a run at the seams and stepped edges for a more dense laying of the plates end-to-end. Such (jewelry) work on thermal insulation associated with the need to exclude cold bridges requires a very high qualification of the contractor, as well as additional costs for fixing dowels.
Фактическая масса здания «Эдельвейс» составила около 115 тыс.т, а сроки возведения коробки превышали 3 года. Наши расчеты показали, что при возведении такого здания по предлагаемому техническому решению его массу можно снизить в 2-2,5 раза, как и сроки возведения коробки высотки.The actual mass of the Edelweiss building was about 115 thousand tons, and the construction time of the box exceeded 3 years. Our calculations showed that during the construction of such a building according to the proposed technical solution, its mass can be reduced by 2-2.5 times, as well as the timing of the construction of the skyscraper box.
При эксплуатации зданий с монолитными несущими оболочками из железобетона возрастают проблемы с конденсацией в зимний период паров воды на более холодных поверхностях бетона, вызывающих увлажнение стен, что обусловливает необходимость устройств пароизоляции, а также обязательного принудительного проветривания помещений для воздухообмена, при котором теряется то самое тепло, ради экономии которого делается современная теплоизоляция ограждающих конструкций.During the operation of buildings with monolithic reinforced concrete bearing shells, problems arise in the winter with the condensation of water vapor on cooler concrete surfaces, causing the walls to become wet, which necessitates vapor barrier devices, as well as mandatory forced ventilation of rooms for air exchange, in which the very heat is lost, for the sake of which modern thermal insulation of enclosing structures is done.
Высокая трудоемкость, стоимость и неиндустриальность таких работ вызвали наблюдающееся в Москве падение интереса инвесторов к строительству высотных зданий.The high labor intensity, cost and non-industrial nature of such work caused the drop in investor interest in the construction of high-rise buildings in Moscow.
Важным при этом является не учитываемый, в частности, строителями высоток, нормативный срок службы теплоизоляционных слоев из пенопластов, минеральной ваты, составляющий по международной практике и европейским нормам 10-15 лет, после чего необходима полная замена теплоизоляционного слоя. Существующий опыт эксплуатации зданий, построенных с такими теплоизоляционными слоями показал, что со временем происходит частичное оседание утеплителей, изменение структуры материалов и ухудшение теплоизоляционных характеристик в 1,5-2 раза. Трудно представить себе реализацию замены теплоизоляционных слоев в строящихся высотках в Москве и других городах как по трудозатратам, так и по необходимым средствам.Important in this case is the normative life of heat-insulating layers of foam plastic, mineral wool, which is not considered, in particular by builders of high-rise buildings, which is 10-15 years according to international practice and European standards, after which a complete replacement of the heat-insulating layer is necessary. The existing experience in the operation of buildings built with such heat-insulating layers showed that over time there is a partial subsidence of heaters, a change in the structure of materials and a deterioration in thermal insulation characteristics by 1.5-2 times. It is difficult to imagine the implementation of the replacement of heat-insulating layers in high-rise buildings under construction in Moscow and other cities, both in terms of labor costs and necessary means.
Радикальным путем снижения стоимости возведения ограждающих конструкций и, соответственно, стоимости строительства является возврат к однослойным конструкциям стен и отказ от всех видов дорогостоящих, горючих, экологически вредных и недолговечных полимерсодержащих теплоизоляционных материалов [8, 9].A radical way to reduce the cost of erecting building envelopes and, accordingly, the cost of construction is to return to single-layer wall structures and reject all types of expensive, combustible, environmentally harmful and short-lived polymer-containing heat-insulating materials [8, 9].
Это особенно важно в связи с повышением требований по огнестойкости, долговечности и экологической чистоте материалов и конструкций для высотных зданий, тем более, что новый СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита» открывает путь для возведения однослойных дешевых, долговечных и экологически чистых, негорючих ограждающих конструкций с объемной массой 400-600 кг/м3, позволяет отказаться от неоправданно завышенных нормативных требований, радикально повлиявших в негативном плане на строительство ограждающих конструкций зданий.This is especially important due to the increasing requirements for fire resistance, durability and environmental friendliness of materials and structures for high-rise buildings, especially since the new SNiP 23-02-2003 “Thermal Protection” opens the way for the construction of single-layer cheap, durable and environmentally friendly, non-combustible building envelopes with a bulk weight of 400-600 kg / m 3 , allows you to abandon unnecessarily high regulatory requirements that have radically negatively affected the construction of building envelopes.
Согласно рассматриваемому техническому решению для индустриального возведения ограждающих конструкций высотных зданий с декоративными долговечными фасадами в виде несъемной опалубки без применения «эффективных» полимерсодержащих утеплителей нами предлагаются монолитные однослойные конструкции стен из легких пористых заполнителей по новой технологии «КАПСИМЭТ» [10] за счет омоноличивания в массиве зерен керамзитового гравия цементным молоком. Такие стены могут выполняться и из ячеистых бетонов при условии получения в построечных условиях однородного монолитного массива с объемной массой 450-550 кг/м3.According to the technical solution under consideration, for the industrial construction of the building envelopes of tall buildings with decorative durable facades in the form of fixed formwork without the use of “effective” polymer-containing insulation, we propose monolithic single-layer wall structures made of lightweight porous aggregates using the new KAPSIMET technology [10] due to monolithing in the massif expanded clay grains with cement milk. Such walls can also be made of cellular concrete, provided that under construction conditions a homogeneous monolithic massif with a bulk density of 450-550 kg / m 3 is obtained.
На фиг.6 приведены разрезы предлагаемой в заявляемом высотном здании ограждающей стены из нового материала, полученного капсуляцией цементным молочком керамзитового гравия и его укладкой в межпалубное пространство, образованное несъемной опалубкой, закрепленной между перекрытиями на металлическом сетчатом каркасе: с наружной стороны - в виде тонкомерных декоративных бетонных, каменных или керамических плит, а с внутренней стороны - в виде листовых материалов - гипсоволокнистых, цементно-стружечных и других отделочных плит. Толщина таких стен для климатических условий Москвы составляет около 400-450 мм, при объемной массе 450-550 кг/м3 и термическом сопротивлении (R0) в пределах 3,5-3,7 м2 °С/Вт, что полностью удовлетворяет требованиям по теплозащите наружных стен высотных зданий по МГСН 4.19- 5.Figure 6 shows the sections of the enclosing wall proposed in the claimed high-rise building from new material, obtained by capsulation of expanded clay gravel with milk and its laying in the interdeck, formed by a fixed formwork, fixed between the ceilings on a metal mesh frame: from the outside - in the form of fine decorative concrete, stone or ceramic plates, and on the inside - in the form of sheet materials - gypsum-fiber, cement-bonded and other finishing plates. The thickness of such walls for the climatic conditions of Moscow is about 400-450 mm, with a bulk density of 450-550 kg / m 3 and thermal resistance (R 0 ) in the range of 3.5-3.7 m 2 ° C / W, which fully satisfies requirements for thermal protection of the outer walls of high-rise buildings according to MGSN 4.19-5.
В качестве несъемной опалубки на приводимом примере (фиг.6) служат: а)плиты из архитектурного бетона 1 и цементно-стружечные плиты 3, и б) плиты из керамогранита 1 и гипсоволокнистые плиты 3. Пространство между несъемной опалубкой 2 в обоих вариантах заполняется «КАПСИМЭТом» на основе керамзитового гравия, капсулированного и омоноличенного цементным молоком.As a non-removable formwork in the given example (Fig.6), there are: a) slabs of
Наиболее важные достоинства «КАПСИМЭТ» - максимально эффективное использование легкого заполнителя непосредственно в ограждающей конструкции и низкая сорбционная способность (материал поглощает не более 1-1,5% влаги), хорошая паропроницаемость. Так, материал «КАПСИМЭТ» на основе керамзитового гравия имеет коэффициент паропроницаемости 0,14-0,20 мг/м·ч·Па. Значения коэффициента паропроницаемости для наиболее распространенных материалов: пенополистирол 0,03-0,05, железобетон 0,03, керамзитобетон 0,09-0,14, кирпич обыкновенный глиняный 0,11, кирпич керамический пустотелый 0,14, бетон ячеистый (М 300) 0,14-0,25 единиц.The most important advantages of KAPSIMET are the most efficient use of lightweight aggregate directly in the building envelope and low sorption capacity (the material absorbs no more than 1-1.5% moisture), good vapor permeability. So, the KAPSIMET material based on expanded clay gravel has a vapor permeability coefficient of 0.14-0.20 mg / m · h · Pa. Vapor permeability coefficient values for the most common materials: expanded polystyrene 0.03-0.05, reinforced concrete 0.03, expanded clay concrete 0.09-0.14, ordinary clay brick 0.11, ceramic hollow brick 0.14, cellular concrete (M 300 ) 0.14-0.25 units.
Морозостойкость материала не менее 50 циклов, огнестойкость не менее 6 часов, он не горит и экологически абсолютно чист, с течением времени наблюдается карбонизация цементной оболочки материала стен, повышающая их прочность. Одним из главнейших свойств материала для строительства стен домов является воздухопроницаемость, определяющая комфортность жизни в помещениях. Если бетон имеет сопротивление воздухопроницанию около 20000 м·2ч·Па/кг, то «КАПСИМЭТ» по этому параметру соответствует известняку-ракушечнику с Rи~6-10 м·2ч·Па/кг. Этим объясняется тот факт, что в домах со стенами из «КАПСИМЭТа» прекрасно дышится, сохраняется сухой микроклимат, дерево в домах не гниет, такие стены - решение проблемы недостатка кислорода в жилье. Применение «КАПСИМЭТа» исключает и проблемы паропроницаемости. Коэффициент комфортности наружных стен, построенных по технологии «КАПСИМЭТ», составляет 1,4. Следует обратить внимание на тот факт, что использование капсуляции легких заполнителей, выступающих в «КАПСИМЭТе» не пассивными, а сотообразующими, т.е. основными элементами структуры, позволяет эффективно решать не только проблему утепления, но и звукоизоляции зданий, индекс звукоизоляции «КАПСИМЭТ» Rw>60 дБ.The frost resistance of the material is at least 50 cycles, the fire resistance is at least 6 hours, it does not burn and is environmentally friendly, over time, carbonization of the cement sheath of the wall material is observed, increasing their strength. One of the most important properties of the material for building walls of houses is breathability, which determines the comfort of living in rooms. If concrete has an air permeability resistance of about 20,000 m · 2 h · Pa / kg, then “KAPSIMET” in this parameter corresponds to limestone-shell rock with R and ~ 6-10 m · 2 h · Pa / kg. This explains the fact that in houses with walls from KAPSIMET it breathes very well, a dry microclimate is preserved, the wood in the houses does not rot, such walls are a solution to the problem of lack of oxygen in the housing. The use of KAPSIMET eliminates the problem of vapor permeability. The comfort factor of the external walls built using the CAPSIMET technology is 1.4. Attention should be paid to the fact that the use of capsulation of light aggregates acting in KAPSIMET is not passive, but cell-forming, i.e. the main structural elements, allows you to effectively solve not only the problem of insulation, but also the sound insulation of buildings, the sound insulation index "KAPSIMET" R w > 60 dB.
Ограждающие стены в заявляемом высотном здании могут быть также выполнены из ячеистого бетона, прежде всего, из неавтоклавного пенобетона, уложенного в несъемную опалубку по технологии монолита. Пенобетон сочетает хорошую механическую прочность с низкой термической проводимостью и простотой изготовления и применения. Он может иметь различную плотность (от 200 кг/м3 до 1200 кг/м3) и соответственно различные свойства (например, прочность при сжатии от 0,3 МПа до 10,0 МПа), изготавливаться в больших объемах на строительной площадке с подачей к месту укладки с помощью бетононасоса, что является большим преимуществом неавтоклавного пенобетона. Из него можно изготавливать любые объемы строительных конструкций: в процессе строительства пенобетонная смесь заливается в предварительно смонтированную опалубку, где впоследствии она затвердевает, образуя долговечную, экологически чистую и пожаробезопасную стену. Несущие конструкции стен, сделанные из пенобетона толщиной 15 см, сохраняют огнестойкость в течение более 7 часов.The enclosing walls in the claimed high-rise building can also be made of cellular concrete, especially non-autoclaved foam concrete laid in fixed formwork using monolith technology. Foam concrete combines good mechanical strength with low thermal conductivity and ease of manufacture and use. It can have a different density (from 200 kg / m 3 to 1200 kg / m 3 ) and accordingly various properties (for example, compressive strength from 0.3 MPa to 10.0 MPa), can be produced in large volumes at a construction site with a feed to the installation site using a concrete pump, which is a great advantage of non-autoclaved foam concrete. Any volume of building structures can be made from it: during the construction process, the foam concrete mixture is poured into a pre-mounted formwork, where it subsequently hardens, forming a durable, environmentally friendly and fireproof wall. Bearing wall structures made of foam concrete with a thickness of 15 cm, retain fire resistance for more than 7 hours.
Выполненная оценка строительства высотного здания по предлагаемому техническому решению позволяет считать возможной существенное облегчение массы и уменьшение сроков возведения коробок зданий, со снижением себестоимости строительства коробок зданий на 25%.An assessment of the construction of a high-rise building according to the proposed technical solution allows us to consider it possible to significantly alleviate the mass and reduce the construction time of building boxes, with a 25% reduction in the cost of constructing building boxes.
Многоэтажные здания до 30-40 этажей могут проектироваться и строиться без вертикальных диафрагм жесткости, а, начиная с 40-45 этажей, с диафрагмами жесткости, повышающими устойчивость высотных зданий и этажность до 150-200 этажей.Multi-storey buildings up to 30-40 floors can be designed and built without vertical stiffness diaphragms, and, starting from 40-45 floors, with stiffness diaphragms that increase the stability of high-rise buildings and number of storeys up to 150-200 floors.
Оценка удельных затрат основных материалов на приведенном примере показала, что для строительства 66-этажного здания с учетом фундамента достаточно 0,35 м3 тяжелого бетона, 0,15 м3 легкого бетона («КАПСИМЭТ») и 55 кг металла на 1 м2 площади здания.An assessment of the unit costs of the basic materials in the above example showed that for the construction of a 66-story building, taking into account the foundation, 0.35 m 3 of heavy concrete, 0.15 m 3 of light concrete (KAPSIMET) and 55 kg of metal per 1 m 2 are enough building.
Приведенные расчеты подтверждают достижение поставленной цели предлагаемого технического решения, так как материалоемкость зданий, строящихся в настоящее время, существенно выше: так, средние затраты в Москве при строительстве высотных зданий составляют: тяжелого бетона 1,0-1,2 м3, а металла 70-80 кг на 1 м2 площади здания.The above calculations confirm the achievement of the goal of the proposed technical solution, since the material consumption of buildings currently under construction is much higher: for example, the average costs in Moscow for the construction of high-rise buildings are: heavy concrete 1.0-1.2 m 3 , and metal 70 -80 kg per 1 m2 of the building area.
Значительно меньший расход соответственно определяет и снижение сроков строительства, уменьшение стоимости возведения коробки высотного здания по заявляемому решению.Significantly lower consumption, respectively, determines the reduction in construction time, the decrease in the cost of erecting a box of a high-rise building by the claimed solution.
Предлагаемое техническое решение может радикально упростить проектирование конструктивов зданий и сооружений, позволяя их типизировать и стать технологической основой для массового и высотного строительства в г.Москве и других городах. Оно позволяет обеспечивать не только свободную планировку помещений по горизонтали с шагом 7,2×7,2 м и больше, по вертикали - в пределах ярусов, при необходимости нестандартных высот в помещениях, но и дать возможность жителям внутренней периодической перепланировки квартир по желанию владельцев без ущерба строительно-техническим и эксплуатационным характеристикам зданий.The proposed technical solution can radically simplify the design of building structures and structures, allowing them to be typed and become the technological basis for mass and high-rise construction in Moscow and other cities. It allows you to provide not only the free layout of the rooms horizontally with a step of 7.2 × 7.2 m or more, vertically - within tiers, if necessary, non-standard heights in the premises, but also allow residents of the internal periodic redevelopment of apartments at the request of the owners without damage to the construction, technical and operational characteristics of buildings.
Архитекторы, создающие массовое жилье, получат возможность реализации самых дерзких творческих замыслов: формирование не только свободной планировки внутри зданий, но и любых фасадов, закругленных стен и т.п. Практическое освоение предлагаемого технического решения может внести существенный вклад в реализацию важнейшего национального проекта - «Доступное и комфортное жилье - гражданам России».Architects creating mass housing will have the opportunity to realize the most daring creative ideas: the formation of not only a free layout inside buildings, but also any facades, rounded walls, etc. The practical development of the proposed technical solution can make a significant contribution to the implementation of the most important national project - “Affordable and Comfortable Housing - for Russian Citizens”.
Источники информацииInformation sources
1. С.В.Николаев. Безопасность и надежность высотных зданий - это комплекс высокопрофессиональных решений. - В сб. «Уникальные и специальные технологии в строительстве. Высотное домостроение. Мировой и отечественный опыт». - 2004, №1, с.8-18.1. S.V. Nikolayev. Safety and reliability of high-rise buildings is a complex of highly professional solutions. - On Sat “Unique and special technologies in construction. High-rise housing construction. World and domestic experience. ” - 2004, No. 1, pp. 8-18.
2. Евразийский патент №007114 «Высотное здание».2. Eurasian patent No. 007114 "High-rise building."
3. Е Мерзлякова, Конструктивные элементы МДК. - журнал Высотные здания. - 2007, №1, С.99-103.3. E Merzlyakova, Structural elements of the MDK. - magazine High-rise buildings. - 2007, No. 1, S.99-103.
4. Б.Н. Нурадинов. Огнестойкость сталебетонных колонн. - дисс.канд., - Москва., МГОУ, 1984, - 201 с.4. B.N. Nuradinov. Fire resistance of steel concrete columns. - Diss. Cand., - Moscow., MGOU, 1984, - 201 p.
5. Новости НТС. Высокоэффективные строительные технологии. - журнал Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2006 г., №7, с.56-57.5. News of the NTS. Highly effective construction technologies. - magazine Building materials, equipment, technology of the XXI century. - 2006, No. 7, p. 56-57.
6. Cais - M. Modern Street Tube Confined Concrete Structures, China, Communication Press, 2003, - 358 p.6. Cais - M. Modern Street Tube Confined Concrete Structures, China, Communication Press, 2003, - 358 p.
7. М.Я.Бикбау. Практика и перспектива применения трубобетона в строительстве высотных зданий. - II Международный симпозиум по строительным материалам КНАУФ для СНГ. «Современное высотное строительство. Эффективные технологии и материалы» (Сборник докладов). - Россия, Москва, МГСУ, 10-11 октября 2005 г.; с.45-56.7. M.Ya. Bikbau. Practice and prospect of using concrete in the construction of high-rise buildings. - II International Symposium on Building Materials KNAUF for the CIS. “Modern high-rise construction. Effective technologies and materials ”(Collection of reports). - Russia, Moscow, MGSU, October 10-11, 2005; p. 45-56.
8. Б.С.Баталин, И.А. Полетаев «Исследование свойств пенополистирола как утеплителя в панелях сборных жилых домов», Известия вузов. Строительство, 2003, №4, с.58-61.8. B.S. Batalin, I.A. Poletaev “Investigation of the properties of expanded polystyrene as a heater in panels of prefabricated houses”, University Bulletin. Construction, 2003, No. 4, p. 58-61.
9. В.Кондратенко. Теплозащита наружных стен: излишество или необходимость - журнал Строительная инженерия. - 2006, №8, с.65-69.9. V. Kondratenko. Thermal protection of external walls: excess or necessity - Journal of Construction Engineering. - 2006, No. 8, p. 65-69.
10. М.Я.Бикбау «КАПСИМЭТ». - Новая технология крупнопористого бетона. II Всероссийская (Международная) конференция «Бетон и железобетон, пути развития», т.4, Легкие и ячеистые бетоны, М., 2005, с.36-43.10. M.Ya. Bikbau "CAPSYMET". - New technology of porous concrete. II All-Russian (International) Conference “Concrete and Reinforced Concrete, Development Paths”, t.4, Light and cellular concrete, M., 2005, p.36-43.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007123786/03A RU2350717C1 (en) | 2007-06-26 | 2007-06-26 | Tall building |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007123786/03A RU2350717C1 (en) | 2007-06-26 | 2007-06-26 | Tall building |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007123786A RU2007123786A (en) | 2009-01-10 |
| RU2350717C1 true RU2350717C1 (en) | 2009-03-27 |
Family
ID=40373595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007123786/03A RU2350717C1 (en) | 2007-06-26 | 2007-06-26 | Tall building |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2350717C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2489553C1 (en) * | 2011-12-30 | 2013-08-10 | Государственное унитарное предприятие Владимирской области - Головной проектный институт "Владимиргражданпроект" | Fencing wall structure of 17-storey large-panel construction residential building with self-bearing external wall and suspended internal wall and method of its erection |
| RU175065U1 (en) * | 2017-01-30 | 2017-11-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Outrigger belt |
| RU2793496C1 (en) * | 2022-11-01 | 2023-04-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Восток капитал" | Building frame |
-
2007
- 2007-06-26 RU RU2007123786/03A patent/RU2350717C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2489553C1 (en) * | 2011-12-30 | 2013-08-10 | Государственное унитарное предприятие Владимирской области - Головной проектный институт "Владимиргражданпроект" | Fencing wall structure of 17-storey large-panel construction residential building with self-bearing external wall and suspended internal wall and method of its erection |
| RU175065U1 (en) * | 2017-01-30 | 2017-11-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Outrigger belt |
| RU2793496C1 (en) * | 2022-11-01 | 2023-04-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Восток капитал" | Building frame |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007123786A (en) | 2009-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2646632B1 (en) | A multi-storey apartment building and method of constructing such building | |
| CN203684460U (en) | Assembled wall | |
| EA000420B1 (en) | A lightweight structural element, especially for building construction, and construction technique thereon | |
| CN105089149B (en) | The edge-on plane system in aluminium alloy house | |
| CN111379354A (en) | Light steel mesh wall and building house body built by same | |
| CN102943572B (en) | Single-floor masonry residential building steel-frame canopy guard structure and construction method thereof | |
| CN105040813B (en) | The preceding facade system in aluminium alloy house | |
| RU2285093C1 (en) | Envelope wall structure | |
| RU2350717C1 (en) | Tall building | |
| US20120036795A1 (en) | Polyhedra Building System with Composite walls | |
| CN105040811B (en) | The rear facade system in aluminium alloy house | |
| CN111101594A (en) | Cold-formed thin-wall light steel structure building | |
| CN105089148B (en) | The lateral facade system in aluminium alloy house | |
| CN201050208Y (en) | Earthquake-resisting room with wall, floor and roof adopting EPS steel mesh sandwich panel | |
| CN211690738U (en) | Cold-formed thin-wall light steel structure building | |
| CN213038567U (en) | Fabricated steel structure anti-theft sound-insulation heat-insulation fireproof earthquake-resistant building | |
| CN209817736U (en) | Assembly type bay window and structure system thereof | |
| CN2506717Y (en) | Low floor height small beam dense column board type quick assembling room | |
| RU2489553C1 (en) | Fencing wall structure of 17-storey large-panel construction residential building with self-bearing external wall and suspended internal wall and method of its erection | |
| EP0940516A1 (en) | A structural panel | |
| RU2369707C1 (en) | Low rise building | |
| RU49046U1 (en) | FENCING WALL DESIGN | |
| CN216239150U (en) | Fire prevention and decoration structure of steel plate shear wall | |
| CN105089166A (en) | Self-supporting assembled light-weight heat insulation wall body | |
| CN210316191U (en) | Green's wallboard in building |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090627 |