Надежность строительства полносборных высотных зданий из модульных колонн, плит и ригелей заводского изготовления



В статье автор анализирует технологию высокоскоростного возведения зданий путём применения полносборных модульных конструкций.

Ключевые слова: плита (HOLEDECK), быстромонтируемые здания, полносборные конструкции.

Высотные дома, как правило, проектируются и возводятся по технологии монолитного домостроения. Такая технология, при всей своей практичности и эстетичности, достаточно трудоёмкая в производстве и занимающая много времени. Помимо массового выполнения рациональных высоток, отмечено появление еще одной тенденции. Это феномен возведения «знаковых» зданий, которые отличаются своей формой и масштабом. На основании информации, собранной в базе данных, а также глядя на вновь созданные многоэтажки, можно предположить, что следующее поколение высотных зданий будет строиться по новой надежной технологии. Анализ сроков строительства высотных зданий и сооружений показывает важность влияния сокращения сроков строительства небоскребов. Например, в Китае удалось возвести 30-ти этажное здание всего за 19 дней, и это пример показывает возможность уменьшения сроков строительства высотных зданий.

В современном мире растет популярность быстромонтируемых зданий из моделей заводского изготовления, которые сооружаются в короткие сроки. Задача при строительстве таких зданий — обеспечить скорость и качество работ, снизить трудоемкость и затраты на строительство.

Быстромонтируемые модульные здания — это сооружения, монтируемые из объёмных унифицированных элементов заводского изготовления, снабженных внутренним инженерным оборудованием и обеспечивающих надежность, безопасность, прочность, жесткость, неизменяемость геометрических размеров модулей при транспортировке, монтаже и эксплуатации.

В современном строительном мире существует много объектов, которые необходимо возводить в минимальные сроки, автор предлагает решить эту проблему современными технологиями строительства, путем монтажа надземной части зданий из моделей высокопрочных сталежелезобетонных плит, колонн и ригелей, которые соединяются высокопрочными болтами, соблюдая транспортные размеры, сокращая время на доставку продукции и повышаю при этом экономическую целесообразность.

Автором была разработана система сталежелезобетонных колонн с узлами, соединяющими колонны друг с другом с помощью высокопрочных болтов и имеющих место сопряжения колонн и ригелей.

Плита (HOLEDECK) заводского изготовления с выстроенными инженерными сетями, позволяющая экономить время и людские ресурсы, позволяет легко проводить инженерные сети, а также экономить высотное пространство (в сравнении с тривиальными технологиями прокладки коммуникаций поверх плит перекрытия).

Рис. 1. Концептуальный взгляд на строительство полносборных высотных зданий

Рис. 2. Высокотехнологичная и высокопрочная система для строительства полно-монтажных высотных зданий. 1 — ригель; 2 — сталежелезобетонная колонна; 3 — плита (HOLEDECK); 4 — узел соединения сталежелезобетонных колонн; 5 — инженерные сети; 6 — модель смонтированных сталежелезобетонных колонн; 7 — болтовые соединения

Рис. 3. Общий вид типового строительного модуля в собранном виде. 1 — пол; 2 — узел соединения колонн; 3 — сталежелезобетонная колонна; 4 — сталежелезобетонный ригель

Таблица 1

Параметры модулей полно-монтажных высотных зданий

№ п/п	Параметр	Горизонтальный модуль	Вертикальный модуль
1	Весь модуль, т	5	4
2	Геометрические размеры в проектном положении, мм:
	Длина	9000	3000
	Ширина	3000	1000–500
	высота	600	3600
3	Геометрические размеры в транспортном положении, мм:
	Длина	9000	3000
	Ширина	3000	1000–500
	Высота	600	3600
4	Расстояние между колоннами, мм	От 3 до 12	3000
5	Объем при транспортировке,	54	-
6	Площадь при транспортировке,	27	-
7	Строительный объем одного блока,	81
8	Количество площадок крепления на одном модуле, шт	12	0
9	Дополнительные крепления	8	0
10	Возможность крепление модулей по горизонтали	Есть	есть
11	Обеспечение жесткости
12	Время монтажа	1,2	0,5
13	Количество монтажников, чел.	4	4

Плита (HOLEDECK) заводского изготовления с выстроенными инженерными сетями, позволяющая экономить время и людские ресурсы, позволяет легко проводить инженерные сети, а также экономить высотное пространство (в сравнении с тривиальными технологиями прокладки коммуникаций поверх плит перекрытия).

Разработка усовершенствованной системы демпфирования была проанализирована на основе Японии, имеющей самую активную сейсмическую зону в мире, однако входящую в топ-3 стран в мире по количеству небоскрёбов. Важным аспектом проектирования высотных зданий является их динамическая реакция на землетрясения, а также способность здания к противодействию нагрузкам от ветровых вихрей. Кроме того, высотные здания чувствительны к вибрациям, вызываемым ветром. Воздействие таких вибраций становится критически важным для зданий свыше 200 метров. Под действием ветровых нагрузок сооружение не только отклоняется от своего вертикального положения в направлении действия ветра, но может также попадать в колебания, поперечные направлению ветра.

Спектр колебаний различен, нередко происходит так, что от нагрузок здание буквально «изгибается».

И хотя прочность строительных материалов (сталь, железобетон) за последние десятилетия увеличилась в разы, жесткость материалов остаётся на прежнем уровне. Изученные свойства материалов наталкивают на мысль о возможности частично «погашать» колебания самой конструкцией здания. Повышение устойчивости конструкции вызывает увеличение собственной частоты.

Легкая стальная конструкция, используемая в высотных зданиях, не имеет естественного демпфирования или естественного рассеивания энергии и поэтому чувствительна к опасным увеличениям напряжений в условиях резонансных колебаний. В таком случае динамическое воздействие нагрузок может быть уменьшено путем перераспределения жесткости во избежание резонанса или путем введения системы демпфирования в здании.

Демпфирующие устройства могут быть пассивными (не требующими дополнительного источника энергии) и активными (подавляющими реакции с помощью внешней энергии). Существуют также смешанные (гибридные) системы.

Рис. 4. Система гашения вибрации

Рис. 5. Система демпфирования

HOLEDECK — это запатентованная система, способная построить оптимальную железобетонную конструкцию. Система позволяет экономить до 20 % внутреннего полезного объёма здания. Благодаря своей модульности, система может быть разнообразной, состоящей из составных частей различных параметров и габаритов. Система также может быть адаптирована к традиционным формам и геометрии.

Энергетические потери здания снижаются до 20 %, сооружение становится более энергоэффективным. Кроме того, используя тепловую инерцию бетона, можно добиться создания теплового аккумулятора и, как следствие, снизить энергопотребление здания.

HOLEDECK совместим с биоклиматическими системами (геотермальная энергия, солнечная энергия, приточная вентиляция с рекуперацией)

Благодаря геометрии плиты, изделие имеет повышенную звукоизоляцию. Время реверберации сокращено до 20 % по отношению к обычной плоской бетонной плите.

Рис. 6. Диаграмма сравнения характеристик плиты HOLEDECK и обычной ж/б плиты

Заключение:

Основные преимущества технологии быстровозводимых полносборных высотных зданий состоят в уменьшении сроков строительства и экономии людских ресурсов.

Литература:

1. Vahedi, A. Nature as a Source of Inspiration of Architectural Conceptual Design. Master’s Thesis, Eastern Mediterranean University, Gazimagusa, Cyprus, 2009. ˆ
2. Nassery, F. Geometric forms of contemporary architecture. Czas. Tech. 2010, 107, 284–289. (In Polish) Buildings 2019, 9, 193
3. Kawecki, J.; Maslowski, R. Application of quasi-active and hybrid passive dampers to reduce seismic and paraseismic vibrations of buildings—Overview of solutions. Czasopismo Techniczne 2010, 1, 59–67. (In Polish)
4. Lago, A.; Wood, A.; Trabucco, D. Damping Technologies for Tall Buildings: New Trends in Comfort and Safety; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 2015.
5. Афанасьев А. А. и др. Технология возведения полносборных зданий. — Москва, 2007. — 358 с.
6. Афанасьев А. В., Афанасьев В. А. Организация строительства быстровозводимых зданий и сооружений. Быстровозводимые и мобильные здания и сооружения: перспективы использования в современных условиях. СПб, Стройиздат, 1998. — С. 226–230.
7. Асаул А. Н., Казаков Ю. Н., Быков B.Л, Князь И. П., Ерофеев П. Ю. Теория и практика использования быстровозводимых зданий. СПб, Гуманистика, 2004.-463 с.
8. Верстов В. В., Бадьин Г. М. Особенности проектирования и строительства зданий и сооружений в Санкт-Петербурге, Журнал «Вестник гражданских инженеров», № 1(22) 2010, С. 96–105.
9. Сычев С. А. Исследование изменения трудозатрат монтажа скоростного объемно-модульного строительства. /Сычев С. А. //Журнал «Промышленное и гражданское строительство», Москва, № 8(60) ноябрь 2015, С.78–81