Республиканский научно-технический семинар "Монолитные каркасные здания, высотное строительство: проектирование и возведение"
Республиканский научно-технический семинар по теме "Монолитные каркасные здания, высотное строительство: проектирование и возведение" был подготовлен и проведен РУП "Институт БелНИИС".
Открывая семинар, в своем докладе директор РУП "Институт БелНИИС" Марковский М. Ф. рассказал о мировом опыте строительства высотных зданий. По мнению М.Ф. Марковского, "законодателями моды" в этом виде строительства являются Соединенные Штаты Америки, которые считаются родиной небоскребов. В Европе высотное строительство началось с отставанием от США на полвека — только в конце 50-60-х годов прошлого столетия, а в последние десятилетия – страны Юго-Восточной Азии и арабские страны Персидского залива. Докладчик отметил: в мире существует негласное правило – страны, строящие высотки собственными силами, входят в своеобразный клуб, членство в котором весьма престижно. К строительной элите сегодня активно "подтягиваются" наши соседи — Россия, Украина и Казахстан. Достаточно сказать, что, например, в Киеве запланировано возвести порядка 100 небоскребов.
Марковский М.Ф. обратил внимание слушателей на то, что планы отечественных строителей "неожиданно" выявили полное отсутствие соответствующей нормативной базы. Многие нормативы, расчетные схемы оснований и каркасов зданий высотой более 75 м, пожарные требования оказались "чистым листом" не только для проектировщиков, но и для строительной науки. В связи с этим по заданию Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь РУП "Институт БелНИИС" было поручено создать рабочие группы из наиболее квалифицированных ученых и специалистов ведущих организаций и в кратчайшие сроки разработать два нормативных документа — по проектированию и строительству высотных зданий.
Между тем, как отметил М.Ф. Марковский, даже разработчики нормативов, чем больше вникали в тематику этого вида строительства, тем больше выявляли проблемы, как в научных исследованиях, так и в проектных решениях для высотного строительства. Однако, несмотря на сравнительно небольшой отечественный опыт по проектированию и строительству высотных и уникальных зданий и сооружений не только в нашей республике, но и у ближайших соседей (Россия и Украина), за счет консолидации усилий научных, проектных, изыскательских и других организаций в сжатые сроки были разработаны, согласованы и утверждены два нормативных документа по высотному строительству:
ТКП 45-3.02-108-2008 (02250) Высотные здания. Строительные нормы проектирования;
ТКП 45-1.03-109-2008 (02250) Высотные здания из монолитного железобетона. Правила возведения.
В своем докладе "Особенности проектирования и мониторинга каркасных высотных зданий" заместитель директора РУП "Институт БелНИИС", канд. техн. наук Лешкевич О. Н. отметил, что за последние десятилетия в связи с возросшими угрозами (в виде климатических, террористических и техногенных воздействий) требования к надежности объектов повышенной ответственности, к которым относятся и высотные здания, существенно возросли. При возрастающей высоте и сложности зданий стало зачастую невозможным выполнять несущие конструкции с большими запасами по прочности, поэтому важная роль отводится системам предупреждения о возможной либо наступающей чрезвычайной ситуации. Таким образом, системы мониторинга несущих конструкций зданий появились в результате необходимости увеличения безопасности на фоне все возрастающей ответственности строительных объектов.
Докладчик обратил внимание слушателей на то, что целью использования системы мониторинга в высотных зданиях является снижение уровня риска разрушения объекта в процессе строительства и последующей эксплуатации за счет обнаружения отклонений параметров объекта от проектных значений на ранней стадии их возникновения.
Назначение системы мониторинга:
обеспечение безопасности людей и объекта строительства;
обеспечение надёжности возводимых конструкций на основе анализа данных мониторинга;
учёт всех возможных техногенных и климатических воздействий или других чрезвычайных ситуаций.
В результате функционирования системы мониторинга выполняется ряд задач:
анализ результатов мониторинга в сопоставлении с данными по контролю качества строительства;
составление прогноза состояния объекта строительства (или отдельных его конструкций) с учётом всех возможных видов воздействий;
составление прогнозов состояния зданий и сооружений, находящихся в зоне влияния строительства, изменения локальных геологических и климатических факторов, как результата строительной деятельности;
разработка оптимальных технических и технологических решений, участие в принятии проектных решений по вопросам, возникающим в процессе строительства, а также по вопросам, не нашедшим отражения в проектной документации;
разработка оперативных решений (расчетов, проектов усиления, ППР и т.д.) по ликвидации отклонений, выявленных в результате мониторинга;
разработка рекомендаций (при необходимости), не входящих в действующие нормативно-технические документы и (или) регламентирующих повышенные требования по изготовлению, возведению, монтажу, приёмке конструкций и методам их контроля, на основе установленных показателей качества.
В своем докладе "Разработка специальных технических условий (СТУ) о противопожарной защите высотных зданий" начальник отдела организационно-управленческих и экономических исследований НИИ ПБ и ЧС МЧС РБ Невдах Д.А. подчеркнул, что строительство сложных и уникальных зданий и сооружений уже стало атрибутом динамичного развития современного города, а новые архитектурные решения вносят свежие ноты в городской пейзаж. Д.А.Невдах отметил, что вопрос обеспечения противопожарной безопасности на этих объектах по-прежнему не теряет своей актуальности. Он ознакомил участников семинара с принципами построения системы противопожарной защиты многофункциональных, высотных и производственно-складских комплексов с учетом действующих в Республике Беларусь ТНПА.
Заведующий лабораторией РУП "Институт БелНИИС", кандидат технических наук Щербач А. В докладе "Конструктивные системы высотных зданий"на примере ряда высотных зданий рассказал об общих конструктивных особенностях, характерных для этого вида строительства. В частности, он обратил внимание слушателей на систему для восприятия ветровых нагрузок, использующую диафрагмы-аутриггеры. Назначение данного конструктивного решения заключается в уменьшении деформаций изгиба здания в целом, и изгибных напряжений в сечении ядра здания, что позволяет минимизировать некоторые отрицательные черты, свойственные традиционным аутриггерным системам (в т. ч. уменьшение полезного пространства помещений). Данная схема позволяет располагать аутриггеры вдоль всей ширины здания вдали от ядра по наружным стенам. Значительным преимуществом выносной системы аутриггеров, по мнению А. В. Щербача, является то, что она позволяет с помощью диафрагм-аутриггеров объединить колонны, расположенные по периметру здания, при этом разность продольных деформаций ядра и колонн не имеет особого значения.
Далее Александр Валерьевич, на примере здания "Ворлд Тауэр", рассказал об использовании в качестве элементов стабилизирующей системы железобетонных стен-аутриггеров, толщиной 400 мм, которые соединяют ядро (центральная лифтовая шахта) с колоннами по периметру здания, включая их в работу. В данном случае стены-аутриггеры были выполнены в виде двух стен высотой на 8 этажей, формой напоминающей алмаз. Принятая форма стен-аутриггеров обеспечила отсутствие препятствий при перемещении по зданию по вертикали без ухудшений условий работы аутригеров, как конструктивных элементов здания. В результате внедрения усовершенствованной системы аутриггеров была значительным образом увеличена жесткость здания, что позволило проектировщикам отказаться от применения демпферных систем в здании, являющегося неизбежным при таком высоком показателе гибкости здания.
Доклад заведующего лабораторией, кандидата технических наук Кравцова В. Н. "Особенности проектирования оснований и фундаментов высотных зданий" был посвящен конструктивным особенностям оснований и фундаментов высотных зданий с учетом требований, предъявляемых ТКП 45-3.02-108-2008 (02250) «Высотные здания. Строительные нормы проектирования».
В частности, докладчик отметил, что конструктивно-технологические решения фундаментов высотных зданий принимаются на основании оценки геотехнической опасности территории строительства по ТКП 45-3.02-108 и технико-экономического сравнения возможных вариантов по СНБ 5.01.01, что обеспечивает наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов и физико-механических свойств материалов фундаментов и подземных конструкций. Геотехнические особенности высотных зданий обуславливают следующие основные типы фундаментов для них:
массивные плитные на естественном или укрепленном основании. Для высотного строительства предпочтительно использовать массивные плитные фундаменты повышенной жесткости (в т. ч. коробчатые с развитой подземной частью);
свайные. Для высотного строительства предпочтительно использовать глубокие опоры;
комбинированные, в т.ч. свайно-плитные (СПФ), плитно-анкерные, щелевые.
Владимир Николаевич отметил, что согласно ТКП 45-3.02-108 проектирование оснований высотных зданий ведется по тем же принципам и нормам, что и обычных зданий и сооружений (в т. ч. СНБ 5.01.01, 5.03.01, СНиП 2.01.07, ГОСТ 27751 и пр.), но с учетом геотехнических особенностей высотных зданий, обусловливающих дополнительные повышенные требования к их проектированию:
расчет по первой группе предельных состояний, который в отличие от проектирования обычных зданий обязателен во всех случаях;
расчет по второй группе предельных состояний, определенных в результате “экспертных оценок” и наблюдений за тысячами объектов, отличается тем, что допустимые деформации назначаются, исходя из архитектурных или эксплуатационных требований – жесткости сооружения и допустимого крена фундамента, а также архитектурных или эксплуатационных требований (для конструкций фасада, отделки, лестниц, эскалаторов, лифтов, специального инженерного оборудования и др.), приведенных в ТЗ на проектирование;
расчет на основное и особое сочетание нагрузок с понижающим коэффициентом условий работы для определения деформативных характеристик грунта и повышенным коэффициентом надежности по ответственности.
Значительный интерес у специалистов вызвал доклад канд. техн. наук Хлыстова Сергея Григорьевича, технического директора фирмы "АККЕ Finlandia OY" – руководителя департамента мониторинга фирмы "Tieto-Oskari OY" (Финляндия) "Современные методы мониторинга в строительстве". Сергей Григорьевич обратил внимание на то, что основой мониторинга становится инженерное обследование технического состояния конструкций объекта, осуществляемое квалифицированными специалистами. В результате инженерного обследования объективно выявляются происходящие в конструкциях изменения за счет визуального и инструментального контроля на подготовительном этапе мониторинга.
Исходя из своего практического опыта, Сергей Григорьевич отметил, что традиционно контроль деформаций объекта осуществляют путем определения развития в основном вертикальных осадок по контуру самого объекта в уровне основания с помощью геометрического нивелирования. При этом, по мнению С.Г.Хлыстова, учет только вертикальных осадок в уровне основания не отражает реальной картины пространственной деформации всего объекта и изменения напряженно-деформированного состояния его конструкций, и ошибки могут быть особенно велики при значительных габаритах и большой этажности зданий и сооружений, когда невозможен доступ к необходимому количеству точек для геометрического нивелирования в нужном объеме.
Далее Сергей Григорьевич отметил, что при сложном пространственном очертании объекта неравномерные деформации основания, вызывая пространственные деформации всего здания, сопровождаются повреждениями элементов его несущих конструкций по всему объему. В подобных случаях полностью выявить характер деформирования основания инструментально практически невозможно, так же как и численно оценить его влияние на напряженно-деформированное состояние несущих конструкций. В такой ситуации непосредственный контроль пространственных деформаций сооружения позволит, напрямую оценивать в ходе мониторинга изменение напряженно-деформированного состояния конструктивных элементов сооружения. Таким образом, при неравномерных деформациях основания объекта основными параметрами, которые должны контролироваться в ходе мониторинга, являются пространственные деформации сооружения – взаимные перемещения массива его характерных точек в нескольких уровнях по высоте и периметру объекта, которые он испытывает в результате деформационного воздействия со стороны основания и внешних факторов. Наиболее эффективным способом решения данной проблемы является пространственно-координатный мониторинг положения характерных точек объекта с помощью современной аппаратуры, которая в настоящее время способна обеспечить необходимую точность и скорость измерений.
В ходе семинара была организована поездка специалистов строительной отрасли Республики Беларусь на строительную площадку, на которой в настоящее время возводится одна из первых "высоток" Минска (пр. Победителей, 7). Именно на этом объекте была смонтирована пока первая в нашей стране система автоматического мониторинга АККЕ (производитель фирма "Tieto-Oskari OY", Финляндия). Работа по формированию базы данных в ходе возведения этого объекта выполняется совместно со специалистами РУП "Институт БелНИИС".
Во время посещения объекта Сергей Григорьевич Хлыстов рассказал о практическом опыте использования стационарной автоматизированной станции мониторинга, которую установили непосредственно на объекте, отметив, что подобное решение в настоящее время является наиболее оптимальным, позволяющим уже на ранней стадии фиксировать и локализовать изменение напряженно-деформированного состояния несущих конструкций. Подобное комплексное решение экономически оправдано и обеспечивает требуемую достоверность получаемой информации, а также позволяет формировать на ее основе базы данных на весь период строительства и эксплуатации объекта. По мнению Сергея Григорьевича именно стационарная автоматизированная станция мониторинга повышает безопасность эксплуатации строящегося и эксплуатируемого здания и сохраняет самое ценное – человеческую жизнь.
Сергей Григорьевич отметил, что ведущая роль мониторинга за напряженно-деформированным состоянием конструкций сложных и уникальных объектов, как на стадии строительства, так и при эксплуатации очевидна: установка стационарных автоматизированных станций мониторинга позволит обеспечить безопасность и постоянный контроль состояния несущих конструкций в течение всего срока эксплуатации, а также недопущение аварийных ситуаций.
Благодарим "Строительную газету" за предоставленный материал посвященный итогам семинара.
Некоторые особенности высотного строительства за рубежом
Развитие высотного строительства в Беларуси
Система мониторинга несущих конструкций высотных зданий
Решение проблем безопасности работ на высоте
Предотвратить аварии в высотном строительстве поможет мониторинг
