Особенности возведения высотных зданий

 

2.2.1 Технология монолитного бетона

 

Со временем появилось понимание, что потенциал монолитного бетона как замечательного конструкционного материала, позволяющего возводить яркие и выразительные сооружения, используется не в полной мере. Очевидно, что расширению области его применения в высотном строительстве будут способствовать освоение новых технологий, создание и внедрение современных опалубочных систем, систем комплексной механизации технологических процессов приготовления, доставки, подачи и укладки бетонной смеси, ускоренных методов твердения при круглогодичном производстве работ.

Основу процесса возведения монолитных высотных зданий составляет комплекс технологических и организационных мероприятий, направленных на оптимизацию сроков производства работ, снижение их трудоемкости и обеспечение требуемого качества конструкций.

Требования к бетону как конструкционному материалу для данного вида строительства становятся особенно жесткими. И без современных технологий модификации монолитного бетона, обеспечивающих необходимую морозо-, огне-, ударостойкость и долговечность при агрессивных воздействиях, в высотном строительстве не обойтись.

Важным требованием является непрерывное производство бетона в больших количествах и подача его на большие расстояния как по горизонтали, так и по вертикали без изменения реологических свойств. Все технологические переделы, начиная от приготовления бетонной смеси и до ее укладки, подлежат тщательному контролю. Применяют в основном две технологические схемы доставки бетонной смеси:

1. в автобетоносмесителях от централизованного бетонного узла;
2. с автоматизированного бетонного узла, обеспечивающего приготовление модифицированных смесей прямо на объекте.

Второй вариант предпочтительней, поскольку позволяет оперативно управлять процессом корректировки состава бетонной смеси и сводит к минимуму изменение ее реологических свойств во времени – от начала приготовления до укладки в опалубку.

Строительство современных высотных зданий связано с применением мощных бетононасосных установок (автобетононасосов и стационарных бетононасосов). Автобетононасосы с распределительной стрелой в основном подают бетонную смесь при возведении подземной части и первых этажей сооружений. Стационарный бетононасос с переналаживаемым бетоноводом обеспечивает ее бесперебойное поступление на всю высоту здания. Распределение и подачу смеси в конструкции выполняют гидравлической распределительной стрелой, которая монтируется на технологической захватке на ранее возведенных монолитных конструкциях. Башенным кранам отводится роль вспомогательного средства для доставки бетонной смеси в бадьях на высоту здания.

 

2.3 Опалубочные системы

 

Опалубочные системы и опалубочные технологии в основном определяют темпы строительства и трудоемкость операций на бетонных работах. Следует учитывать, что на высоте более 100 м из-за ветров и туманов краны не всегда могут полноценно работать и использовать их можно максимум 4–5 дней в неделю, а строить за это время нужно не менее 1 этажа. В этих условиях наиболее целесообразны самоподъемные на гидравлическом приводе опалубочные системы. Для строительства зданий высотой от 20 до 30 этажей разработаны опалубочные технологии возведения монолитного каркаса с применением традиционных опалубочных систем.

Они, однако, не могут обеспечивать темпов строительства, превышающих 3–4 этажа в месяц, и потребуют разработки специальных технологий по опалубочным работам и обеспечению безопасных условий труда. Использование традиционных опалубочных технологий возведения монолитного каркаса практикуют в Украине.

При строительстве наружных стен зданий выше 30 этажей необходимо применять переставные самоподъемные опалубки с гидравлическим приводом, которые представляют собой совокупность модуля опалубки, состоящего из наружной и внутренней опалубочной панели, несущих рабочих подмостей и анкеров для крепления опалубки к зданию.

Эффективность переставной опалубки, конструкция которой дает возможность безопасно перемещать весь блок краном, заключается и в снижении трудоемкости опалубочных работ, увеличении темпов и качества строительства.

Самоподъемные опалубки в комплексе решают вопросы опалубливания и механической распалубки конструкций, механического перемещения опалубки по высоте, обеспечения безопасных условий производства работ и максимальной защиты от ветра. Опалубка носит индивидуальный характер, проектируется и изготавливается под конкретный объект. Для особо сложных высотных зданий разрабатывают специальные проекты с увязкой перемещения по высоте опалубки, гидравлической распределительной стрелы и индивидуальных кранов, размещаемых на строящемся каркасе.

 

2.4 Подъемно-транспортное и вспомогательное оборудование для высотного строительства

 

Традиционные башенные краны целесообразны при возведении зданий не выше 70–80 м. При большей высоте соотношение основных параметров крана (грузоподъемность, масса поднимаемого груза, безопасность и стоимость работ) становится неоптимальным. Для ведения работ на высоте до 130–140 м следует использовать приставные башенные краны, которые прикрепляются к возведенным конструкциям строящегося здания. При этом рекомендуется следующая технологическая схема: конструкции на высоте 60 м и менее возводятся с помощью традиционного башенного крана, на высоте 130 м и менее – приставного, оптимальность использования которого на данной отметке и исчерпывается. Для строительства сооружений большей высоты необходимы самоподъемные краны, не имеющие ограничений по высоте подъема груза. Монтажные краны подобного типа крепятся к ядру жесткости здания и обеспечивают производство работ на ярусе высотой от 30 до 4.

После окончания работ самоподъемные краны, как правило, демонтируют и по частям опускают вниз с помощью лебедок. Однако за рубежом их нередко консервируют и оставляют на кровле с целью последующего использования, например, при текущем или капитальном ремонте здания.

При высотном строительстве к традиционной проблеме подъема мелких грузов на стадии отделочных работ добавляется вопрос безопасного подъема рабочих. Для этих целей используют специальные грузопассажирские подъемники грузоподъемностью до 3 т и вместимостью до 20 человек. Рекомендуемая средняя рабочая высота подъема зависит от конструктивных особенностей строящегося здания. Количество и тип подъемников определяют исходя из конфигурации здания и требований по организации работ на объекте. Подъемники устанавливают после возведения 5–10 этажей надземной части.

Очень важен вопрос темпов строительства высоток – не ниже 4–5 этажей в месяц, что, образно говоря, уже дело техники и технологии. При этом максимально задействуют совмещенные технологии возведения каркаса и фасадных систем, применяют высокопроизводительное оборудование и современные опалубочные системы. Разрыв между устройством каркаса здания и навешиванием его фасада может достигать 5–7 этажей.

Сравнительно самостоятельными техническими элементами являются средства обеспечения работ по устройству ограждающих конструкций наружных стен или отделке фасада. Имеются в виду рабочие площадки, предназначенные для размещения рабочих и специализированного оборудования по внешнему контуру здания (рис. 10). При его высоте менее 75 м традиционно используют леса или навесные подмости разных типов. Но для безопасного ведения работ на фасадах более высоких сооружений целесообразны специальные фасадные платформы.

Серьезное воздействие на безопасность монтажных работ на высоте оказывает постоянная ветровая нагрузка. Проведенные исследования свидетельствуют, что на высоте более 50 м на боковой поверхности строящегося здания возникают локальные, случайно направленные вертикальные ветровые потоки, а в уровне верхнего обреза здания – локальные горизонтальные ветровые потоки значительной силы. Они существенно осложняют монтаж элементов большой площади (опалубочные панели и пр.) и оказывают негативное физиологическое воздействие на рабочих. В зимнее время ситуация усугубляется низкими температурами воздуха. Поэтому безопасность и приемлемые климатические условия ведения наружных строительных работ следует обеспечивать с помощью дополнительных технических средств – ветровых ограждений и защитных укрытий.

При этом необходимо предусмотреть следующие мероприятия:

– установку ветрозащитных ограждений рабочей зоны, в том числе и при ведении наружных отделочных работ;

– формирование на фасаде здания в зоне производства работ тепляков, конструктивно совмещенных со средствами подмащивания и обеспечивающих приемлемые условия труда. При устройстве теплоизоляционного ограждения следует использовать сетки специального назначения, тканевые завесы и пр.

Обеспечению безопасности труда в высотном строительстве следует уделять особое внимание. Анализ существующих в настоящий момент систем коллективной безопасности при работе на высоте в зависимости от конструктивных особенностей позволяет выделить следующие их типы: защитно-улавливающая система; универсальная улавливающая система; улавливающая система; ограждения предохранительные; сетчатое ограждение; защитные козырьки.

Разработаны две технологические системы устройства защиты наружного контура. Защитно-улавливающая система (ЗУС) состоит из закрепленных по контуру перекрытий кронштейнов, по которым навешиваются улавливающие сетки (рис. 14), и является дополнительным средством защиты работающего в случае его падения с высоты 6–7 м непосредственно на сетку, а также от падающих строительных отходов в процессе возведения каркаса здания.

Предохранительные ограждения металлические (ПОМ) предназначены для создания безопасных условий труда при возведении монолитных каркасов высоток и оснащены сетчатыми экранами. ПОМ решают следующие задачи: 

• предохранение от падения за наружный край перекрытия работников, выполняющих монтаж опалубки перекрытия и работы по армированию и бетонированию перекрытия на вышележащем этаже; устройству колонн, внутренних стен и диафрагм за исключением наружных стен (необходимо применение наружных консольных подвесных подмостей);
• демонтаж опалубки перекрытия и приведение в соответствие бетонных поверхностей на нижележащем этаже;
• предотвращение от падения в опасную зону строящегося здания инструмента, элементов опалубки, строительных материалов, отходов.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5 Конструктивные схемы высотных зданий

 

 

1. Конструктивные схемы  высотных зданий:

а - рамно-каркасная;

б - каркасная с диафрагмами жесткости;

в - каркасно-ствольная;

г - коробчато-ствольная;

д - коробчатая (оболочковая);

е - ствольная;

ж - бескаркасная с поперечными несущими стенами;

2. Конструктивные решения  с ядром жесткости и консольными  перекрытиями.

Здания высотой до 200–250 м возводят преимущественно с несущим каркасом (рамный каркас, каркас с диафрагмами жесткости). При строительстве жилых домов и гостиниц применяют и перекрестностеновую систему, которая благодаря высокой жесткости наиболее эффективна в зданиях высотой до 150 м.

В целях повышения жесткости высотного здания и обеспечения свободной планировки применяют ствольные и каркасно-ствольные системы.

Стволы (ядра) изготовляют из железобетона, стали или их комбинаций. Стволы выполняют роль жестких вертикально расположенных консолей, защемленных в земле и воспринимающих горизонтальные нагрузки. Поскольку поперечное сечение лестнично-лифтовых узлов ограничено, жесткость стволов также ограничена, в связи с чем они могут обеспечивать необходимую жесткость здания в определенных пределах.

Для повышения изгибной жесткости высотных зданий применяют коробчатые или оболочковые системы, в которых повышение жесткости достигается за счет включения в работу на поперечный изгиб наружных ограждений, выполняемых в этом случае несущими. Поперечное сечение жесткого ядра увеличивается до размеров наружной оболочки здания. Размеры здания в плане при этом имеют ограничения по условию обеспечения требуемого естественного освещения.

 

2.6 Несущие элементы конструктивных систем высотных зданий

 

2.6.1 Колонны

 

Стойки каркасных систем – колонны, пилоны и другие аналогичные элементы возводят с применением так называемого высокопрочного и высококачественного бетона, прочность на сжатие которого достигает 100 МПа и более.

В современных небоскребах крайне редко можно встретить “чисто” стальные или железобетонные в традиционном понимании (с обычным процентом армирования) конструкции. Габаритные размеры колонн и количество рабочей арматуры определяются целым рядом факторов и зависят от тех конкретных требований, которые инженер предъявляет к несущей системе здания. Варьируя прочность бетона и количество продольного армирования, можно добиться оптимизации конструктивных решений и минимизации их стоимости без снижения надежности, что для высотных зданий весьма и весьма актуально. При недостаточной несущей способности, жесткости или продольной устойчивости стоек каркаса применяют сталебетонные колонны с внешней стальной оболочкой либо с внутренней жесткой арматурой. Такие решения позволяют также повысить и огнестойкость конструкций.

Конструкция колонн, расположенных по периметру здания со ствольной несущей системой, в значительной мере определяет его способность к сопротивлению действующим нагрузкам. Для гашения ускорений и уменьшения амплитуды колебаний верхних этажей в этих местах устраивают колонны с демпфирующими свойствами, которые способствуют ограничению раскачивания строения.