7569

10

древесностружечные плиты, древесноволокнистые плиты (ДВП), стеклопластики, полиметилметакрилат, винипласт, пенопласты, полимербетоны.

Пластмассы состоят из связующего (основной компонент), отвердителя, пластификатора, наполнителя, заполнителя, пигментов (красители), газо - и водововлекающие добавки, антистатики.

Для конструкций и изделий строительного назначения применяют полиэфирные, фенолформальдегидные, эпоксидные, мочевино - и меламиноформальдегидные и кремнийорганические смолы.

Наполнители уменьшают расход связующего (снижают стоимость изделия), предотвращают усадку при отверждении, придают высокую механическую прочность. В качестве наполнителей применяют непрерывное и рубленое стекловолокно, стеклоткань, асбестовое волокно, древесную стружку, опилки, тальк.

Пластификаторы снижают хрупкость пластмасс, увеличивают гибкость, морозостойкость, эластичность и относительное удлинение.

Антистатики уменьшают электризацию полимерных материалов.

Особенности научных исследований металлических конструкций. Тонкостенные пространственные конструкции покрытий и перекрытий.

Рассматриваются вопросы применения стальных конструкций в высотном и большепролетном строительстве. Особенности применения высокопрочных сталей. Особые задачи устойчивости формы металлических конструкций. Разновидности тонкостенных пространственных покрытий. Понятие об оболочках и складках, образующих тонкостенные системы покрытий. Конструктивные решения железобетонных оболочек и контурных конструкций. Схема напряженного состояния и особенности расчета длинных и средних цилиндрических оболочек.

Практическое занятие 3

Разбираются задачи устойчивости формы металлических конструкций. Методики расчета тонкостенных конструкций.

ЛЕКЦИЯ 4 Уникальные здания и сооружения.

Мировая история развития высотного домостроения (США, Западная Европа, Россия, Азия, Австралия, Ближний Восток). Опыт строительства уникальных сооружений: небоскребов, крытых большепролетных спортивных и общественных зданий, большепролетных мостов, туннелей, телебашен. Опыт строительства уникальных сооружений: небоскребов, крытых большепролетных спортивных и общественных зданий, большепролетных мостов, туннелей, телебашен.

11

Современные методы строительства активно используются специалистами в области проектирования во всем мире. Они ориентируются на применение инновационных технологий и материалов, оптимизацию конструкций, а также решений по обустройству наружных и внутренний коммуникационных сетей. Различные виды и способы внедрения современных методов в строительство. Наиболее важные факторы, которые могут продемонстрировать важность применения современных методов строительства в ходе работы над проектами:

1. Экономичность

Выбор строительных и монтажных материалов, которые влияют на основную статью расходов. Среди них распространены сегодня:

древесина;

кирпич;

керамзитобетон и газобетон;

пеноблок и газоблок;

SIP-панели;

пeнoпoлиcтиpoльные блоки.

Каждый материал имеет достоинства и недостатки. Например, пеноблок обладает низкой стоимостью, однако прослужит сравнительно недолго.

2. Экологичность

При массовой застройке экологичность не является приоритетом. Наиболее доступным решением становится конструкция из дерева. Однако здесь имеются значительные недостатки – высокая степень пожароопасности и дорогое строительство. В отрасль пришел новый способ: используют готовые заводские комплекты-каркасы, выполненные из деревянного массива. В таком случае значительно ускоряется процесс возведения дома, и снижается его стоимость.

3. Скорость

Решение - использование уже готовых каркасов, на которые затем устанавливают другие блочные конструкции. Отечественные компании активно перенимают опыт зарубежных коллег, используя металлические основания и уверенно сокращая время строительства домов.

4. Прочность

Важными параметрами при строительстве дома обязательно являются продолжительная эксплуатация и прочность при различных погодных условиях. Внедрена новая улучшенная технология по сооружению фундамента, которая может выстоять смену климата, – Технология Индивидуального Строительства и Экологии. Данный метод относится к свайно-ленточному типу. Соорудить конструкцию можно быстро и надежно,

аглавное дешево.

Сразвитием строительной отрасли были усовершенствованы и программы, помогающие при проектировании объектов. 3D-технологии , информационное моделирование зданий (сокращенно BIM) позволяет контролировать полный цикл работ, обрабатывая технологические, архитектурные и прочие сведения. Важно, что она дает представление об объекте строительства как о едином целом: если изменить мельчайший параметр, то автоматически будут адаптированы чертежи, системы и спецификации с учетом данной корректировки. Информационная модель охватывает процесс возведения объекта, оснащение инженерными системами. Здесь также учитывают возможный ремонт,

12

реконструкцию или снос. Таким образом любой элемент, который причастен к эксплуатации, будет учтен и внесен в общую модель.

Специалисты, использующие BIM-технологию, имеют возможность:

1.оперативно вносить изменения;

2.быстро определять неполадки и проблемы;

3.переделывать смету;

4.рассчитывать количество материалов;

5.прогнозировать непредвиденные ситуации, связанные с конструкцией;

6.предвосхищать достоинства созданного объекта;

7.контролировать процесс на всех этапах;

8.предоставления доступа к информационной модели всем членам команды. Также BIM позволяет уменьшить:

1.количество проблем в процессе строительства;

2.объем финансовых затрат;

3.сроки работ.

Рассмотрены уникальные конструкции.

Купольные дома без гвоздей, Владивосток, Россия

Создатели современных деревянных построек пошли по стопам русских мастеров. При строительстве куполообразного дома не требуются гвозди. Такое возможно благодаря уникальному креплению деталей между собой, что позволяет создать сферическое жилище. Также задействуют треугольные элементы и балочные стойки.

Дальневосточные ученые прославились на всю страну. Такой деревянный дом можно собрать быстро и дешево. При этом постройка будет надежной и теплой. Развитие куполообразных домов стало понемногу заменять классическую кубическую форму. Каждое звено при строительстве стыкуется друг с другом, что позволяет исключить появление сквозняка. Более того, каркас выдерживает нагрузку разной степени. Точность мастеров позволяет собрать дом как конструктор. Однако возможно создание купольного дома самостоятельно – достаточно иметь инструкцию и необходимые материалы.

На строительство купольной конструкции требуется на 35-40 % меньше материалов. Отапливать такое жилье намного выгоднее.

Многоэтажные здания из дерева, Лондон, Великобритания

В 2008 году в Лондоне было построено первое абсолютно деревянное здание, включая лестничные клетки и шахту лифта. Конструкция напоминает улей, в котором каждая стена является несущей. Здание имеет офисы, расположенные внизу, и 29 квартир. Всего в 30метровом доме 9 этажей.

Дома из мусора будут печатать на 3D-принтере, Наньтун, провинция Цзянсу, КНР.

Главным устройством в данном случае становится мощный 3D-принтер, способный напечатать целое здание. Китайские архитекторы будут создавать дома из промышленных и строительных отходов.

Данное изобретение позволит специалистам решить несколько важных проблем в стране. Помимо улучшения экологической ситуации с массовой переработкой мусора, жители также получат возможность приобрести доступное и надежное жилье. Главным «строителем» выступает огромный принтер. Он создает наружные стены, которые строители затем превращают в полноценную конструкцию. Производительность устройства велика, так что ежедневно можно печатать около 10 жилых объектов. При

13

этом стоимость затрат на производство одного дома не превышает 5-6 тыс. долларов. Как говорят архитекторы компании WinSun, теперь на площадке задействовано на 50% меньше работников, а время на строительство сокращается до 70%.

Дом печатают из биопластика, Амстердам, Голландия

Благодаря особому принтеру KarmaMaker, предназначенному для промышленной работы, теперь можно создавать пластиковые стены. В целом постройка дома от голландской компании Dus Architects напоминает игру в конструктор «Лего». Стены собирают в комнату, а затем в полноценные жилые строения. Важным достоинством домов из биопластика является возможность менять и переставлять детали, если одна из них не подойдет.

Немецкие разработчики создали особый состав из микрофибры и растительного масла, который потребуется при создании объекта. В качестве основы дома был выбран легкий бетон. Для печати требуется около трех лет. В итоге облик города можно значительно измениться, поскольку строительная сфера получила огромные возможности. В дальнейшем планируется менять пластиковые стены на другие материалы в зависимости от пожеланий.

Перспективные материалы.

композиционных материалов считают появление железобетона и стеклопластиков. Железобетон состоит из стальной арматуры и бетона, отлично воспринимающего сжимающие нагрузки и очень плохо сопротивляющегося растягивающим напряжениям. При сочетании бетона и металла в виде стальных прутков, определенным образом расположенных в изделии и хорошо воспринимающих растягивающие нагрузки, получается железобетон, соединяющий достоинства обоих компонентов.

Практическое занятие 3, 4

Рассматриваются различные особенности расчета уникальных зданий.

ЛЕКЦИЯ 5 Высотные здания и сооружения.

Понятие «Высотное здание» Высотное здание - здание, высота которого больше регламентированной СНиП

для жилых многоквартирных, а также многоэтажных общественных и многофункциональных зданий и проектирование, которого в соответствии с требованиями

14

Градостроительного кодекса, СНиП и других нормативных документов осуществляется на основе Специальных технических условий на проектирование.

Здания высотой, как правило, более 26 этажей называется высотным.

Высотный комплекс - группа зданий, в числе которых есть высотное здание (или несколько высотных зданий), объединенных между собой общим архитектурнопланировочным и архитектурно-художественным решением.

Типы высотных зданий Высотные здания могут быть разделены на два основных типа: многофункциональные

испециализированные.

Высотная застройка имеет массу негативных - в первую очередь это усложнение

архитектурно-строительных и конструктивных решений, большое потребление энергии, сложные инженерные системы и оборудование, трудности эвакуации людей из высотного здания, влияние на экологическую обстановку района строительства. Острыми вопросами высотного строительства стали превышение плотности застройки и населения, транспортного обслуживания, сохранения исторических центров городов. Типы, номенклатура, требования к безопасности и правила проектирования для каждого из этих помещений в отдельности уже выявлены и регламентированы соответствующими строительными нормами и правилами: СНиП 31-01-2003, СНиП 2.08.02-89*, СНиП 31-05-

2003, СНиП 21-02-99*.

площадей их помещений. С учетом этого в п. 4.4. указаны требования к размещению указанных видов высотных комплексов на различных по назначению городских территориях.

нормативным требованиям -эвакуации, пожарной безопасности, раздельной доступности, освещенности и вентиляции т.п., что в свою очередь влияет на архитектурнопланировочные и объемно-пространственные решения высотных зданий. При формировании функционально-планировочных решений для многофункциональных зданий в отличие от специализированных необходимо уделять особое внимание взаимному расположению функционально-образующих элементов, чтобы избежать перемешивания потоков работающего персонала, посетителей и гостей, разместив "густонаселенные" офисы с посетителями на нижнем уровне, а проживающих и гостей в более комфортных условиях на верхних этажах.

Целесообразны также исследования по учету в типологии высотных зданий факторов природно-климатических воздействий, в том числе ветровых и сейсмических. Как известно, для восприятия высотным зданием ветровых нагрузок принимаются определенные конструктивные системы, и объемно-пространственные решения, выбор

ограничения в объемно-планировочном решении по высоте. "Многочисленные подсчеты

15

высотного строительства), экономическая целесообразность высотных жилых зданий как массового продукта заканчивается на высоте 25-30 этажей. Именно этой цифрой и ограничивается подавляющее большинство высотных жилых зданий во всем мире, ведь дальнейшее повышение этажности требует специальных мер для реализации и контроля конструктивной и пожарной безопасности, специальных решений для водо-, тепло - и электроснабжения, особых, сложных и дорогостоящих систем вентиляции, канализации и даже мусороудаления"

Огромная высота небоскреба приводит к значительно превосходящей типичную для среднеэтажной застройки степени воздействия природных факторов, таких как солнечная радиация и ветровая нагрузка, зачастую превышающая суммарный вес сооружения. Влияние оказывают и общая геологическая ситуация (качество подстилающих грунтов, сейсмическая опасность региона, наличие карстовых разломов), и ряд техногенных факторов (вибрации, шумы, аварии, пожары, диверсионные акты, локальные разрушения). Проектирование высотных зданий – это решение комплекса градостроительных, природно-климатических, геологических, архитектурно-планировочных, конструктивных задач.

Должны быть решены и инженерные вопросы (вентиляция, отопление, водоснабжение, канализация, электрика и системы их управления), вопросы комплексной безопасности проживания, управления и мониторинга конструкций, а также меры, направленные на снижение негативного психологического воздействия на человека.

Грунты

Решение о строительстве высотного здания во многом зависит от качества грунта на участке и его несущей способности. Основной фактор риска в строительстве высоток – оценка несущей способности грунта.

Аэродинамика

Для высотных зданий влияние климата, ветра, изменение атмосферного давления являются экстремальными. Изучение воздействия ветра возможно с помощью физического или математического моделирования. Методики учета аэродинамики.

Рациональные объемно-пространственные решения

Наилучший - является круглый план. Отсутствие выступов позволяет воздуху обтекать объем, не создавая при этом завихрений, появляющихся на углах прямоугольных в плане построек.

Второе место принадлежит планам в форме, производной от круглой, – овальной, в форме линзы или капли.

На третьем месте – квадратные или ромбовидные планы.

На четвертом месте – высотки, спаренные конструктивно или композиционно. На пятом – здания в виде пластины, дуги или волны.

Рациональные планировочные решения

Рациональное распределение площадей каждого этажа зависит от ветровой нагрузки, форм высоток. В планировке нужно максимально экономно и компактно разместить лестнично-лифтовые узлы, также предстоит расположить несущие конструкции с учетом оптимального использования площади, по возможности освободив периметр от массивных элементов. Конфигурация сооружения, расположение его центрального ядра и соотношение размеров ядра и здания – это базовые параметры в

16

проектировании высотных зданий. Надежность и безопасность высотного здания зависит от принятых решений по сложнейшей системе, состоящей из подземной (фундаментов, отвечающих за восприятие и передачу суммарных нагрузок от здания на грунтовое основание) и наземной частей.

Всоответствии с используемой в современном строительстве теорией

инженерных расчетов и на основании результатов экспериментальных исследований моделей высотных зданий в аэродинамической трубе, действующие на здания ветровые нагрузки заметно возрастают по величине с удалением от поверхности земли. С высотой существенно возрастает не только ветровая статическая нагрузка на высотное здание, но и ее динамическая, пульсационная составляющая. Анализ результатов сбора нагрузок на высотные здания для их пространственного расчета численными методами позволяет констатировать, что для большинства из них горизонтальные (главным образом ветровые) нагрузки превалируют над вертикальными нагрузками.

Разнообразие средств, приемов и методов обеспечения требуемой прочности, устойчивости и надежности конструкций высотных зданий при действии

Конструктивные решения

Высотное здание – это вертикальная консоль, жестко закрепленная в фундаменте, поэтомуего надежность гарантирует устойчивость всего сооружения. Основным правилом для высотных зданий является соблюдение симметричной центрированной нагрузки на фундамент.

Ввысотном строительстве большое распространение получили следующие фундаменты:

плитный фундамент ;

свайный фундамент;

свайно-плитный фундамент.

Несущие конструкции наземной части

основные конструктивные схемы высоток: каркасная, каркасно-ствольная и бескаркасная с параллельными несущими стенами, каркасная с диафрагмами жесткости, рамно-каркасная, бескаркасная с перекрестно-несущими стенами, ствольная, коробчатая (оболочковая), ствольно-коробчатая («труба в трубе» или «труба в ферме»).

Материалы

В строительстве высоток применяют преимущественно сталь и бетон.

Ограждающие конструкции

Каркасная система, ставшая базовой при строительстве высоток, изменила и принципиальное решение наружных ограждающих конструкций.

Фасады высоток должны быть воздухо- и паронепроницаемыми, погодостойкими, огнестойкими, технологичными, шумоизоляционными, долговечными и надежными в эксплуатации, ремонтопригодными, а также обладать хорошими теплоизоляционными свойствами, низким коэффициентом температурного расширения и небольшой массой.

17

Фасадные системы постоянно совершенствуются, разрабатываются новые технологии изготовления и монтажа конструкций, материалы (керамика в комбинации с боросиликатным стеклом, панели из металлической пены, нанокомпозиты, стеклянные панели с супергидрофобным самоочищающимся слоем и т.д.).

Совершенствуются и стыковые соединения, узлы крепления и внешний дизайн. Особую роль в истории высотного строительства сыграли светопрозрачные ограждающие конструкции.

ЛЕКЦИЯ 6 Большепролетные конструкции зданий и сооружений.

Стремление строителей во все времена к перекрытию больших пролетов прослеживается с древних времен и до настоящего времени. Развитие технического прогресса, использование современных материалов и технологий позволяет перекрывать значительные пролеты без внутренних, промежуточных опор для зданий самого различного назначения. Совершенствуются конструктивные системы и схемы зданий. Прорыв в применении большепролетных конструкций дал развитие железобетонным конструкциям, металлическим конструкциям, тросовым системам и комбинированным покрытиям. Существенное развитие получили методы расчета конструкций, углубление знания свойств различных материалов, технология возведения таких конструкций.

Плоскостные несущие конструкции.

Работа этих конструкций основана на использовании внутренних физикомеханических свойств материала и передаче усилий в теле конструкции непосредственно на опоры.

Балки

Балки изготавливаются из стальных профилей, железобетонными (сборными и монолитными), деревянными (на клею или на гвоздях).

Ферма – сквозная решетчатая конструкция, состоящая из отдельных прямолинейных стержней, соединенных между собой в узлах. Эта система геометрически не изменяема даже в том случае, если все реальные узловые соединения заменены идеаль ными шарнирами. Фермы, как и балки, могут изготавливаться из металла, железобетона и дерева. Стальные фермы в отличие от металлических балок за счет решетчатой конструкции требуют меньше металла. Фермы выполняют, как правило, из стальных профилей, а пространственные трехгранныефермы – из стальных труб.

Фермы с параллельными поясами проектируют под рулонную кровлю. Их достоинство – однотипность узлов и размеров элементов, оптимальные (45–600) углы между раскосами и поясами.

Трапециевидные, полигональные и сегментные фермы относятся к наиболее рациональным по расходу материалов и широко используются в современном строительстве. В общественных зданиях находят применение линзообразные и вспарушенные фермы, а в промышленных зданиях – фермы с параллельными поясами и опиранием в узлах верхнего пояса и др.

Безраскосные фермы применяют в междуэтажных перекрытиях, когда межферменное пространство используется в качестве эксплуатируемого этажа. Такая ферма лишена свойства геометрической неизменяемости и может существовать при условии замены ее шарнирных узлов жесткими, т.е. превращением ее в раму. К недостаткам этих ферм

18

относится возникновение значительных изгибающих моментов в поясах и стойках, которые приводят к усилению их сечений и необходимости делать узлы более жесткими, а следовательно, к повышенному' расходу стали.

Оптимальная высота фермы из условия минимальной массы и требуемой жесткости

получается при отношении ее высоты к пролету: h/l = 1/4–1/5 (относительная высота фермы). Чем она больше, тем меньше усилия в поясах. Однако в этом случае фермы, имея значительную высоту, неудобны в транспортировке и монтаже, завышают объемы здания. Поэтому рекомендуемые высоты ферм меньше оптимальных, При одинаковой высоте наибольшую жесткость имеет ферма с параллельными поясами, наименьшую – треугольная. Рекомендуются рациональные соотношения h/l для ферм различных очертаний: с параллельными поясами – 1/8–1/12; полигональных и сегментных – 1/6–1/10; треугольных – 1/4–1/6.

Арки

Арка – плоский изогнутый стержень, с неподвижными опорами по концам. Арки, как и рамы, являются плоскостными распорными конструкциями. Они еще более чувствительны к неравномерным осадкам, чем рамы. Очертание оси арки может быть параболическим, круговым, эллиптическим. Встречаются арки коробовые (многоцентровые), «ползучие» (опоры расположены на разных уровнях), а также треугольные распорные системы.

Плиты-настилы

В настоящее время применяют два типа подобных плит: с опиранием на основные несущие конструкции (т. е. на стропильные балки, фермы) или же сразу перекрывающие основной пролет здания (плиты «на пролет» или так называемый большепролетный настил).

Практическое занятие 5

Рассматриваются основы расчета строительных конструкций по отечественным нормам и по объединенным международным техническим нормам.

ЛЕКЦИЯ 7 Теория динамических расчетов зданий и сооружений.

Собственные колебания зданий и сооружений. Динамика сооружений. Общие сведения Динамика сооружений. Более сложная система с несколькими степенями свободы необходима для анализа высотного здания. Проектирование многоэтажных зданий невозможно без учета динамических воздействий. Целью расчета многоэтажных зданий на динамическую нагрузку является обеспечение несущей способности конструкций при совместном действии статических и динамических нагрузок и ограничениями уровня колебаний конструкций пределами, которые исключают возможность вредного их влияния на людей.

При расчете многоэтажных зданий на динамическое воздействие очень важно правильно выбрать расчетную схему, чтобы она могла наиболее точно отразить горизонтальные смещения здания при минимальном числе условий.

Обычно в уровне каждого этажа многоэтажных зданий создается жесткий диск и при плоских боковых деформациях здания перемещение всех масс, расположенных в уровне

19

одного перекрытия, будут одинаковыми. Поэтому их можно заменить перемещением одной массы, представляющей сумму всех масс этого уровня.

При определении частотных характеристик следует считаться с реальной статической схемой здания, которая непосредственно зависит от его расчетной схемы (каркасная, бескаркасная, смешанная и т.д.).

Для зданий и сооружений необходимо учитывать следующие воздействия ветра:

-основной тип ветровой нагрузки (в дальнейшем - "основная ветровая нагрузка");

-пиковые значения ветровой нагрузки, действующие на конструктивные элементы ограждения и элементы их крепления (в дальнейшем - "пиковая ветровая нагрузка");

-резонансное вихревое возбуждение;

-аэродинамически неустойчивые колебания типа галопирования, дивергенции и флаттера.

При проектировании сейсмостойких зданий и сооружений и при усилении зданий существующей застройки следует:

-принимать объемно-планировочные и конструктивные решения, обеспечивающие, как правило, симметричность и регулярность распределения в плане и по высоте здания масс, жесткостей и нагрузок на перекрытия;

-применять материалы, конструкции и конструктивные схемы, обеспечивающие наименьшие значения сейсмических нагрузок (легкие материалы, сейсмоизоляцию, другие системы динамического регулирования сейсмической нагрузки);

-создавать возможность развития в определенных элементах конструкций допустимых неупругих деформаций;

-выполнять расчеты металлических конструкций зданий и сооружений с учетом нелинейного деформирования конструкций;

-предусматривать конструктивные мероприятия, обеспечивающие устойчивость и геометрическую неизменяемость конструкций при развитии в элементах и соединениях между ними неупругих деформаций, а также исключающие возможность хрупкого их разрушения;

-располагать тяжелое оборудование на минимально возможном уровне по высоте здания.

Рассматриваются численные, нормативные и экспериментальные подходы.

Практическое занятие 6

Рассматриваются методы динамического расчета.

ЛЕКЦИЯ 8 Купольные конструкции покрытий.

Оболочками вращения называет такие пространственные конструкции, срединная поверхность которых образуется вращением плоской кривой или прямой линии (образующей) вокруг оси вращения, находящейся в плоскости образующей. Оболочки с вертикальной осью вращения называются куполами. Современные тонкостенные конструкции куполов принадлежат к наиболее экономичным пространственным конструкциям, которые позволяют перекрыть пролеты до 150 м при толщине оболочки в 1/600–1/800 пролета. В строительстве чаще всего применяются купола, срединная по-