Основы проектирования высотных зданий (небоскребов)
Многоэтажные здания с этажностью 9-16 этажей относятся к 1й категории.
17-25 этажей – 2я категория
26-40 этажей – 3я категория
Более 40 этажей – высотные здания.
Здания высотой более 75 м относятся к небоскребам, т.к. требуют особого подхода к решению их пространственного объема и инженерно-технического обеспечаения.
Основы конструирования
Несущая конструкция работает в трех последующих фазах:
1. восприятие нагрузки
2. распределение нагрузки
3. передача нагрузки
Эти три этапа называются работой конструкции, что является основополагающей предпосылкой для ее проектирования, в особенности это важно для высотных зданий. Конструкции высотных зданий и сооружений требуют неразрывности элементов, которые передают нагрузку на основание и тем самым согласованности передачи нагрузок для каждого этажа. Поэтому распределение точек передачи нагрузок должно определяться соображениями не только статической целесообразности, но и рационального использования площадей.
Высотные конструкции для передачи вертикальных нагрузок нуждаются в значительных площадях поперечного сечения опорных частей, которые ограничивают полезную площадь этажа. В связи с необходимостью ограничения до минимума поперечного сечения элемента в передающих нагрузку для оптимального использования площадей все пространственные элементы, необходимые для высотного строения, являются потенциальными несущими конструкциями: шахты лифтов, санитарно-технические каналы, лестничные клетки.
Чтобы создать гибкую планировочную структуру этажей и возможности для последующих перепланировок помещений на каждом этаже проект несущих систем высотных зданий нацелен на максимально возможное уменьшение поперечного сечения элементов, а также уменьшения их числа.
По типу несущей конструкции высотные сооружения подразделяются:
- растровые высотные сооружения (рис.1)
- высотные сооружения с оболочкой (рис.2)
- ствольные высотные сооружения (рис.3)
- пролетные высотные сооружения – мостовые (рис.4)
Для понимания работы несущих систем конструкции высотных зданий необходимо рассмотреть три основных вида действующих нагрузок:
- система горизонтальных нагрузок на этажах
- система вертикальных нагрузок и их передача с этажей на основания
- система боковых горизонтальных нагрузок и повышение пространственной жесткости сооружения
Основная задача проектировщика состоит в том, чтобы интегрировать эти системы и создать такую конструктивную основу, которая бы взяла на себя все эти функции.
Ветровые нагрузки
Особую важность представляют по определению ветровых нагрузок и их воздействия на здания не только с точки зрения статической надежности, но и определения реакции здания на образование шумов от ветра, завихрений и т.д.
Задача проектировщика состоит в том, чтобы обеспечить такую работу здания, под воздействием ветровых нагрузок, которая отвечала бы требованиям надежности и пригодности к нормальной эксплуатации в течение всей его службы.
Воздействие ветра на высотные здания определяется рельефом, наличием зданий и сооружений на этой территории, а также объемно-пространственной структурой самого здания.
Общие сведения о ветре
В проектировании ветер рассматривается как кратковременная нагрузка и источник вибрации конструкции. Для большепролетных конструкций мостов и др. зданий четкое представление о структуре ветра, законах распространения, интенсивности, частоте, порывистости является обязательным условием проектирования, поскольку воздействие ветра определяет прочность и стоимость конструкции.
Движение масс воздуха относительно земной поверхности происходит под воздействием разности атмосферного давления, силы трения, отклоняющей силой вращения Земли и центробежной силы.
В следствии турбулентности воздушного потока скорость и направление ветра колеблются. Величину скорости определяют с помощью стационарных приборов (флюгер), а в свободной атмосфере – с помощью зондов. Скорость ветра измеряется в м/с, узлами (мили/час) или баллами. Трение частиц воздуха о поверхность Земли отклоняет направление ветра от прямолинейного. С ростом высоты над поверхностью Земли влияние силы трения уменьшается, что приводит к повышению скорости ветра.
Ветровые нагрузки согласно ДБН
Требования по ветровым нагрузкам, приведенные в ДБН, распространяются на здания и сооружения простой геометрической формы, высота которых не превышает 200 м. При определении ветровой нагрузки для зданий и сооружений сложной конструктивной формы, стальных решетчатых мачт и башен зданий и сооружений высотой более 200 м, следует выполнять специальные динамические расчеты для определения влияния пульсационной составляющей нагрузки, а в необходимых случаях – обдувку модели в аэродинамической трубе. Ветровая нагрузка является переменной, а устанавливается два расчетные значения – предельное расчетное и эксплуатационное расчетное.
Ветровые нагрузки на сооружения рассматриваются как совокупность:
А) нормального давления, приложенного к внешней поверхности сооружения или элемента
Б) сил трения, направленных по касательной к внешней поверхности и относительных к площади ее горизонтальной (волнистые покрытия и покрытия с фонарями) или вертикальной проекции (стены с лоджиями)
В) нормального давления, приложенного к внутренней поверхности здания с воздухопроницаемым ограждением.
Предельное расчетное значение ветровой нагрузки
Wm = fFm * W0 * C
Коэффициент надежности по предельному значению fFm = 1,14
W0 – характеристическое значение ветровой нагрузки (прил. Е)
С – коэффициент, определяемый по формуле
С = Сaer * Ch * Calt * Crel * Cdir * Cd
Ch – коэффициент высоты сооружения, зависящий от типа местности
1. – открытые водные поверхности, плоские равнины без препятствий действия ветра на участках не менее 3 м.
2. – сельская местность с небольшими сооружениями, домами и рельефами
3. – пригородные и промышленные районы
4. – городские территории
Calt – коэффициент географической высоты
Calt = 4Н – 1 (Н>0,5 км)
Calt = 1 (Н<0,5 км)
Crel – коэффициент рельефа местности
Этот коэффициент учитывает микрорельеф местности вблизи площадки строительства и принимается = 1, за исключением случая, когда объект расположен на холме или склоне.
Cdir – коэффициент направления, учитывающий неравномерность ветровой нагрузки, принимается = 1 во всех случаях, кроме проектирования на открытой равнинной местности при наличии достаточных статических данных.
Cd – коэффициент динамичности, учитывает влияние пульсационной составляющей ветровой нагрузки и пространственную корреляцию ветрового давления на сооружение, зависит от материала здания, конструктивного решения и размеров здания (0,95…1,2).
В случаях, когда Cd > 1,2, необходимо выполнить специальный динамический расчет для определения пульсационной составляющей ветровой нагрузки.
Сaer – аэродинамический коэффициент, который зависит от формы здания по высоте и в плане.
В определение ветровой нагрузки входит определение давления ветра активное с наветренной стороны и пассивное с противоположной подветренной стороны. В большинстве случаев значения этих ветровых нагрузок имеют одинаковую направленность (Се).
В зданиях и сооружениях сложных геометрических форм может возникнуть необходимость учета сил трения ветра (Сf), учета ветрового давления, приложенного перпендикулярно к внутренним поверхностям здания с открывающимися или с постоянно открывающимися проемами (Сі), коэффициент лобового сопротивления Сх для висячих, решетчатых и т.п. сорружений.
Помимо расчетов на снеговые и ветровые воздействия для некоторых типов сооружений решетчатые и висячие конструкции необходимо производить расчет на гололедную нагрузку.
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
Контроллер динамической памяти | | | НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ СКЛАДОВ |
Дата добавления: 2017-03-12; просмотров: 5732;