Конфигурация объекта по высоте что это
КОНФИГУРАЦИЯ
В чем заключается вклад архитектора при проектировании сейсмостойких конструкций зданий и сооружений и почему часто результаты его творчества создают большие трудности для работы инженера?
Ответ следующий: архитектор создает и видоизменяет форму здания, т.е. разрабатывает его архитектурное решение, его конфигурацию, которая обычно определяется размерами и формой здания в плане.
Определяя конфигурацию здания, архитектор оказывает непосредственное влияние на выбор системы несущих элементов конструкции. При этом часто выход из строя отдельных конструктивных деталей, приводящий к серьезным повреждениям или потере устойчивости всего здания, может предопределяться его конфигурацией. Другими словами, неудачная конфигурация здания (как в целом, так и в сочетании отдельных объектов) при воздействии сейсмических нагрузок может привести к перегрузке некоторых конструктивных элементов или узлов и их разрушению. Говоря о значимости конфигурации здания, не имеется в виду умаление роли инженерного проектирования и технологий производства строительных работ; то и другое взаимосвязанные процессы одинаковой важности, обеспечивающие надежность и эффективность эксплуатации здания и сооружения. Поэтому за проектирование сейсмостойких конструкций в равной степени отвечают как инженер, так и архитектор.
Во время землетрясения сейсмическое воздействие поражает все здание, не делая различия в тех элементах, которые разработаны инженером и которые созданы архитектором. Форма здания, симметричное расположение его элементов и генеральный план должны создаваться на стадии концептуального проектирования. Это не менее важно, чем точное определение усилий в соответствии с предлагаемыми строительными нормами.
Проблема архитектора сводится к тому, следует ли проектировать здание исходя из требований функционального, социального и эстетического характера и затем эксплуатировать его в условиях полученной конструктивной надежности, или процесс проектирования для сейсмических районов должен изначально включать рассмотрение вопросов повышенной устойчивости и общей целостности здания, которые определяют параметры объемов, симметричность, массу элементов, модульную систему и другие факторы, оказывающие влияние на сейсмостойкость конструкций. При принятии второго пути не ясно, как архитекторы, инженеры и другие причастные лица могут создать общие концепции проектирования зданий и сооружений с учетом воздействия явления, которое повторяется в своей наиболее разрушительной форме через значительные периоды времени, в течение которых многие из принятых расчетных параметров могут измениться.
Рис 10.4.2. Изображение понятия «конструкции нерегулярной формы и рамные каркасы»:
Отсюда следует два важных вывода:
1. Для некоторых районов земного шара требуется пересмотр некоторых определяющих критериев, принятых за основу процесса проектирования сейсмостойких конструкций, в результате чего влияние редкого, но возможного сейсмического воздействия можно будет учитывать наряду с другими расчетными параметрами.
2. Решения, принимаемые в отношении конструктивных особенностей зданий, должны быть простыми с возможностью многократного повторения; элементы конструкций должны обладать максимальной, симметрией, прямолинейностью и неразрезностью.
Размеры зданий.Во время землетрясения в г. Анкоридж, 1964, небольшие дома, расположенные в районе оползней, в результате воздействия сильных толчков переместились на несколько метров в различных направлениях, но благодаря небольшой массе и размеру не были существенно повреждены, хотя их конструкция проектировалась без расчета на воздействие сейсмических нагрузок. Для малых зданий с деревянным каркасом влияние конфигурации на работу при сейсмическом воздействии может быть невелико. Причина в том, что малый дом с деревянным каркасом имеет небольшую массу, и возникающие ней силы инерции будут также небольшими. Кроме того, в таких домах размеры пролетов малы относительно площади пола; прилагаемая к конструкциям здания нагрузка распределяется среди большого количества стеновых элементов, а в случае необходимости, объемы ремонта будут невелики.
При сравнении конструкций зданий различных размеров выяснилось, что нарушение общих принципов и основ разработки объемно-планировочного решения неизменно вызывает существенное увеличение стоимости, а по мере роста воздействующих нагрузок работа конструкций ухудшается по сравнению с эквивалентным зданием с лучшей конфигурацией. При увеличении абсолютного размера сооружения количество возможных альтернатив его конструктивного решения уменьшается. Мост пролетом в 90 м можно построить в виде балочной, арочной, висячей конструкции и со сквозными фермами; а мост пролетом в 900 м может быть только подвесным. Нельзя изменить габариты сооружения и размер элементов и сохранить при этом прежнюю работу конструкции.
Высота здания.На первый взгляд увеличение высоты здания может показаться эквивалентным увеличению пролета консольной балки. Но это не так. С увеличением высоты здания обычно растет и значение периода собственных колебаний здания, а изменение периода колебаний означает изменение (в верхнем или нижнем уровне) ответных реакций здания и величины соответствующих усилий. Обычно землетрясения вызывают интенсивные перемещения грунта с высоким ускорением и периодом основных колебаний не более 0,5 с. Следовательно, здание высотой более 20 этажей с основным периодом колебаний более 1 с будет испытывать меньшее ускорение массы, чем здание высотой в 5-10 этажей с периодом колебаний 0,5 с.
Период собственных колебаний зданий является функцией не только высоты, но также гибкости, высоты этажей, типа конструктивной системы, используемого строительного материала, распределения масс. Поэтому изменение размера здания может одновременно вызвать изменение периодов собственных колебаний, что соответственно способствует увеличению или уменьшению величин сейсмических нагрузок.
Горизонтальные размеры.Кроме опрокидывающих усилий, возрастающих с увеличением высоты зданий и сооружений, при действии землетрясения отрицательно сказываются слишком большие размеры плана. Если план велик, даже если он симметричен и имеет простую форму, здание как единое целое не всегда может оказывать сопротивление воздействию сейсмических волн. При определении сейсмических воздействий обычно исходят из предположения, что сооружение колеблется как система, у которой на одном и том же уровне в любой момент времени все точки плана находятся в одинаковой фазе по перемещениям, скорости и ускорениям при их одинаковой амплитуде. В действительности, прохождение сейсмических волн не мгновенно, а происходит с определенной конечной скоростью, зависящей от плотности грунта и характеристик конструкции, различные участки основания по длине здания колеблются асинхронно с разными величинами ускорений, что вызывает в здании дополнительные продольные усилия сжатия-растяжения и горизонтального сдвига. При прочих равных других условиях эти усилия будут тем более существенны, чем большей будет длина сооружения.
Рис. 10.4.3. Симметрия в плане: а – симметрия относительно двух или более осей;
Симметрия.Здание или сооружение считается симметричным относительно двух осей в плане, если его геометрические параметры идентичны с каждой стороны рассматриваемой оси. Симметричность здания может быть по одной оси (рис. 12.4.3). Конструктивная симметрия означает совпадение местоположения центра тяжести и центра жесткостей.
Единственное указание, включенное во все нормативные документы по этому вопросу, заключается в выдерживании симметрии форм, асимметричность способствует возникновению эксцентриситета между центром тяжести и центром жесткости, в результате чего появляется кручение. Кручение может также возникнуть и по другим причинам, например, при неравномерном распределении массы в сооружении, симметричном в плане; однако асимметричность решения плана почти всегда ведет к кручению. Кроме того, несимметричность конструкций часто приводит к концентрации напряжений. Концентрация напряжений возникает у надрезов входящих углов зданий. Но решение плана здания с входящими углами не обязательно должно быть асимметричным (здание крестообразное в плане может иметь симметричную форму).
 | Рис. 10.4.4. Планы зданий |
Но «степень» выпуклости может быть разной (рис. 10.4.4). При слишком коротких крыльях зданий (план слева) указанная конфигурация стремится к аппроксимации простой симметричной формы квадрата. При слишком большой длине крыльев (план справа) входящие углы способствуют концентрации значительных напряжений и возникновению кручения. Поэтому при выборе в качестве критерия проектирования параметров надежности и экономичности рекомендуют использовать такие симметричные формы здания, которые не подвергаются воздействию кручения.
Симметрия определяется не только решением плана всего здания, но и отдельными элементами и узлами, создаваемыми в процессе проектирования и строительства. Изучение работы конструкций зданий в период предшествующих землетрясений указывает на сравнительно высокую их чувствительность к небольшим изменениям симметричности плана. В особенности это относится к конструктивным решениям, предусматривающим использование несущих диафрагм и стволов (ядер жесткости). Иногда основные конструктивные элементы, такие, как ядра жесткости, имеют несимметричное размещение в общей симметричной конфигурации здания. В этом случае можно применить термин «псевдосимметрия», который подчеркивает, что в понятие симметрии вкладывается не только симметрия геометрически формы плана и расположения наружных элементов, но и внутренняя компоновка несущих и ненесущих элементов конструкций зданий и сооружений. С другой стороны, для здания с несимметричным решением плана конструктивная система может быть спроектирована таким образом, что его динамическая реакция соответствует симметричному расположению элементов, а возможность появления кручения сведена до минимума. И если несимметричный план здания нельзя изменить на симметричный, то именно такое решение и должно применяться (рис. 10.4.5).
Конструктивные решения (плотность плана).Размер и количество несущих элементов в зданиях и сооружениях, построенных в предыдущие века, значительно превышают те, которые предусматриваются в современных архитектурно-планировочных решениях. Постоянное совершенствование основ конструктивного расчета, эстетические требования способствуют продолжению разработок по уменьшению размеров и количества несущих элементов. В зданиях повышенной этажности с большой гибкостью наблюдаются колебания, соответствующие более высоким тонам, и при этом максимальные усилия могут возникнуть там, где их появление казалось бы не очевидно, поскольку обычно наиболее значительные нагрузки при землетрясении действуют на уровне основания грунта. Конструкции нижнего этажа воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки, действующие в верхних уровнях. В то же время эстетические требования, предъявляемые к нижнему этажу, определяют максимальное освобождение планировочного пространства. В качестве хорошо известных примеров такого решения плана первого этажа следует привести следующие: консольно нависающая коробка здания, здание со свободным первым этажом (опирающееся на стойки), жилой дом или гостиница с просторным помещением гаража в нижнем этаже (с колоннами, расположенными на большом расстоянии друг от друга) и т.д.
 |   |  |
  |    |   |
Конструктивные решения таких зданий не отвечают требованиям оптимальной сейсмостойкости конфигурации, которая требует иметь в нижнем ярусе здания мощные вертикальные несущие элементы для восприятия сейсмических нагрузок. Критерии эстетического восприятия, таким образом, входят в противоречие с требованиями сейсмостойкого проектирования.
Интересной статистической оценкой конструктивно-планировочного решения нижнего этажа является плотность конструктивной схемы (плана), определяемая отношением полной площади вертикальных несущих элементов (колонн, стен, связей жесткости) к полной площади пола. В типовом современном здании величина этого отношения является минимальной для рамных каркасов даже с учетом огнезащиты колонн, если конструкции выполнены в металле. Например, типовое 10- или 20-этажное здание с несущим металлическим или железобетонным рамным каркасом контактирует с поверхностью грунта своими колоннами по площади, равной 1% или менее от площади перекрытия; в случае комбинированной конструкции со связевым каркасом площадь несущих элементов на уровне грунта составит не более 2%. Для многоэтажных административных зданий, конструкции которых включают большое количество стен-диафрагм, это отношение не превышает 3%. Плотность конструктивного плана оснований зданий, построенных в предшествующие столетия, существенно отличается от современной: так, например, для 16-этажного здания Монаднок Билдинг, стены которого выполнены из кирпича толщиной 1,83 м, это отношение равно 15% (рис. 10.4.8).
Специалисты, работающие в области реконструкции зданий, пострадавшихво время землетрясений, знают о том, что старые здания имеют большую прочность и в большинстве случаев остаются почти неповрежденными после воздействия сейсмических нагрузок. Основной фактор, обеспечивающий требуемую сейсмостойкость старых зданий относится, как правило, к ихархитектурно-планировочному решению (конфигурации). Основной объем строительного материалав таком здании находится в нижней части, а конструкции верхних ярусов обеспечивают наиболее рациональные траектории передачи нагрузки. Простые конструктивно логичные конфигурации часто способствуют сохранности во время землетрясений таких зданий, которые по прогнозам должны были бы разрушиться.
Понятием, аналогичным плотности конструктивной схемы, является количественный показатель протяженности стен здания (т.е. связь между длиной стен зданий каркасной системы и объемом повреждений от землетрясения). Выявлено:
— при объеме проемов в наружных стенах свыше 40% возникали повреждения стен;
— в каркасных конструкциях с небольшим количеством стен, воспринимающих сейсмическую нагрузку, объем повреждений зависит от количества стен (в самих стенах возникает много трещин от сдвига, но в колоннах и балках каркаса были только незначительные трещины).
Рис. 10.4.9. Отношение длины стенового заполнения к площади пола
Конфигурации зданий в плане
тип
Конфигурация зданий
Описание планировочной схемы
Здания представляют собой в плане прямоугольник или трапецию с сильно развитым фронтальным главным фасадом и скошенными торцами
Угловая схема плана состоящего из двух корпусов, примыкающих под углов (от тупого до острого)
Точечная схема плана (с коротким главным фасадом отличается глухими торцами от современных)
Здание состоит из трех корпусов (боковые меньшей протяженностью, примыкают к вытянутому по улице основному объемы – открытая схема)
П-образная, характеризуется развитыми боковыми корпусами и относительно короткой вставкой между ними
Замкнутая – создает обстроенный со всех сторон двор затемненный (атриум)
В большинстве городов центральной России в старой застройке использованы преимущественно первые 4 конфигурации, а в жилищном фонде С-П, последние 2 типа планировочной схемы здания, из-за высокой стоимости городской земли.
Рядовые, точечные, угловыеи открытые планирование схемы обеспечивают удовлетворением дневным светом и проветриваемых помещений. Дома с замкнутыми П-образными планами плохо проветриваются, а инсоляционный режим хуже с этажностью. Из-за небольшого расстояния между противоположными корпусами не обеспечивается условия зрительной изоляции помещений.
Архитектурно-планировочные схемы жилых зданий этого периода застройки отличаются широкими корпусами – шире 13м, в некоторых случаях до 12м. площадь одной секции может превышать 300м2, квартиры многокомнатные, здания построены до 1917г трудно поддаются реконструкции и могут быть приспособлены под жильё для экономически состоявшихся лиц.
Фонд постройки 1918-1941гг.
Для зданий этого периода характерны:
1. Преобладание первых трёх типов конфигурации
2. Этажность не выше 4-5 этажей в больших городах, до трёх а малых
3. Физический износ несменяемых элементов 35-45%
4. Секционная планировка при ширине до 12м и длине 14-18м
5. Характерно коммунальное и квартирное заселение
6. Наличие проходных комнат, отсутствие малых комнат до 7м2
7. Использование стен облегченной конструкции и балочных перекрытий
Период 45-50-х годов. Дома как правило построены по типовым проектам. Использованы простые конфигурации в плане (рядовая, Г-образная и открытая). Соблюдается правила ориентации зданий на местности, обеспечивающие инсоляцию помещений. Ширина корпуса от 11 до 13м, квартиры 2-4-х комнатные, раздельные с/у, кухни больше 7м2. Кирпичные стены сплошной кладки. Использованы многопустотные жб плиты.
1956-1965гг. Здания первого поколения полносборного домостроения. Характерна упрощенная рядовая конфигурация плана, высота помещений уменьшена до 2,50м, высота здания до 5 этажей, ширина корпуса 12м. количество комнат в квартире от 1 до 3, уменьшены размеры подсобных помещений (прихожих, кухонь – 5,20м2, с/у).
1976-1984гг. Дальнейшее развитие полносборного домостроения. Увеличена этажность – 9-12этажей, улучшена планировка квартир, но количество комнат в них не превышает трех. Квартиры достаточно комфортны для класса муниципального жилья и ближайшее время не потребуется модернизация.
Здания построенные с начала 90-х годов. На ряду с муниципальным появляется элитное жилье, для которого характерны многокомнатные квартиры площадью от 105 до 180м2. Строятся кухни-столовые 20-25м2, 2-3 с/у, зимние сады и прочее.
В последние годы на рынке жилья появляется все больше квартир свободной планировки (межкомнатные перегородки устанавливаются по согласованию с собственником после приобретения квартиры).
Лекция 8 – 09.11.12
Конструктивные схемы жилых зданий традиционной постройки
Можно выделить 5 типов конструктивных схем:
1. Двухпролетная схема с продольными несущими стенами
Рис 8.1
2. Многопролетная схема с поперечными несущими стенами
Рис 8.2
3. Однопролетная схема с наружными несущими стенами
Рис 8.3
4. Смешанная схема
Рис 8.4
5. Трехпролетная схема с наружными несущими стенами и 2 продольными внутренними стенами.
Характерной чертой рассматриваемых зданий является перекрытия с пролетом в свету более 5,5м, средний пролет постепенно уменьшается с 9м до сегодняшних 6м. прослеживается тенденция перехода от продольных несущих к поперечным несущим стенам.
Г, П и О- образные здания с полузамкнутыми и замкнутыми дворами легко можно адаптировать для создания хорошо контролируемых дворов, что очень высоко ценится во всем мире и связано с желанием проживающих иметь повышенный комфорт не только в квартире, но и в окружающем придомовом пространстве.
Общеизвестные отрицательные примеры по 5эт:
1. Низкая звукоизолирующая способность межквартирных и межкомнатных перегородок
2. Низкое качество сварных швов
3. Конапатка швов, не обеспечивающая водонепроницаемость и непромерзаемость стыков панелей
4. Малая поверхность сцепления между раствором и телом панели в расшивке шва, приводящая к разрушению и отслаиванию раствора (проникает вода и холодный воздух).
5. Проникает вода и холодный воздух
Цель переустройства полносборных зданий:
1. Совершенствование планировочной структуры квартир, функциональное зонирование помещений, увеличение площади кухонь, прихожих, с/у, ванных комнат
2. Оборудование зданий лифтами и мусоропроводами, установку современного инженерного оборудования
3. Устройство мансарды или теплой чердачной кровли, улучшение звукоизоляции внутренних стен и перекрытий и увеличение толщины межквартирных стен
4. Увеличение площади общих комнат до 22м2, в спальне на 1 человека – до 12м2, на двух – до 15м2.
Пятиэтажные жилые здания делятся при реконструкции на 3 группы:
1. Полносборные здания, имеющие частый шаг поперечных стен, перемещение вертикальных коммуникаций, требующее перебивки отверстий для вентиляционных каналов затруднено, увеличение размеров комнат возможно, но только за счет увеличения их длины.
2. Конструктивные особенности и техническое состояние в полносборных зданиях позволяют осуществить полную модернизацию (перепланировку), возможна прибивка новых дверных проемов при соблюдении расстояния между проемами на менее 1,5-2м.
3. При перепланировки можно убрать полностью поперечные межквартирные стены, кроме зон лестничных клеток, служащих элементами пространственной жесткости, возможно устройство дополнительных проемов наружных стен, а так же размещение вентиляционных каналов во внутренних стенах.
К элитным жилым зданиям относятся:
1. Расположение жилых комплексов в районе исторического центра или в экологически благополучной части города, где сохранились зеленые массивы, акватории рек, озер и иные объекты ландшафта
2. Создание в процкссе реконструкции дома или группы домов развитых и хорошо оборудованных общественных помещений для жильцов (зимнего сада, фитнес зала, сауна, бассейны, спорткомплексы с тренажерными, бильярдными, детских игровых комнат, кинозала, круглосуточно работающего врача, площадки для приготовления барбикю на крыше, прачечной, холодильника для хранения меховых изделий летом). Наличие подземных гаражей или охраняемой автостоянки с числом машиномест не менее числа квартир. Не выходя из дома можно заказать турпутевку, авиабилет, ужин в ресторане.
3. Общая идея, реализуемая переустройства жилья в элитное заключается в создании жилого пространства каждой квартиры в виде виллы, встроенной в объем многоэтажного дома.
Для переустройства элитного жилья нужно (конструктивно-планировочно):
1. наличие избыточного естественного освещения
2. Наличие подсобных помещений
3. Большое число с/у с естественным освещением
4. Возможность устройства квартиры в двух уровнях
5. Устройство двухсветной гостиной, обеспечивающей создание зонированного по вертикали пространства перед камином
6. Наличие двух входов в квартиру из общей лестничной клетки, расположенных на разных уровнях.
Допускается проектирование жилых комнат глубиной более 6м при условии устройства вытяжной вентиляции из зоны удаленной от оконного проема и обеспечения требуемого уровня естественной освещенности в этой зоне. Общая комната это композиционный центр квартиры и предназначена для пребывания всех членов семьи, для приема гостей и отдыха. Ее площадь не должна быть меньше 16м2, может использоваться и как столовая. В двухкомнатных квартирах общую комнату делают изолированной, в многокомнатных квартирах она может быть проходной, в престижных квартирах общую комнату часто совмещают с зимним садом и т.д. в процессе реконструкции спальни увеличивают до 25м2, при ней располагают гардеробную и санитарный узел.
Различают три вида планировочного решения кухни: — кухни-стоолвые, — рабочие кухни, — кухни-ниши. Кухни столовые должны иметь площадь не меньше 12м2. Рабочая кухня это изолированное помещение, предназначенное для приготовления пищи. Кухни-ниши оборудуются только электроплитами для квартир гостиничного типа.
В санитарный узел объединяют помещения, в которых устанавливают унитаз, биде, умывальник, ванну или душевой поддон, парную (сауну). В больших квартирах число с/у определяется исходя из числа спален.
Причинами деформации второй группы являются результаты человеческой деятельности:
1. Перепланировка и застройка участка памятника и т.д.
Признаки деформирования здания
Рис 9.1
1. В стадии просадки сплошной стены
2. Последовательная просадка средней части стены
3. Просадка угла и средней части здания
4. Просадка колонны арочно-стоечной системы
5. Просадка центрального модуля церкви крестово-купольной системы
6. Усадка раствора арочной перемычки
7. Подвижка пяты подпружной арки
8. Подвижка пяты свода междуэтажного перекрытия
9. Отслоение, выпучивание лицевой кладки при перегрузки пилона
Тип свода
Направление и внешний признак деформаций
Возможные причины деформации
Цилиндрический коробовый свод, «чистый» или с потолком
Усадка раствора, перегрузка свода, равномерная подвижка опор
Цилиндрический свод
Просадка или подвижка угловой части опорного контура
Цилиндрический свод
Просадка торцевой части опорного контура
Цилиндрический свод
Поперечный сдвиг части здания (при жесткой кладке свода)
Цилиндрический свод под центральной нагрузкой
Симметричная подвижки при перегрузке центральной зоны
Сомкнутый свод с центральной нагрузкой
Подвижка опорного контура, обрыв воздушных связей
Крестовый свод на столбчатых опорах
Просадка и подвижка опоры
Крестовый свод с замкнутым опорным контуром
Сдвиг части объема
Система крестовых сводов со столбчатыми опорами
Подвижка двух соседних столбчатых опор одного ряда
Система цилиндрических сводов, храмов крестово-купольной системой
Температурная деформация
Купол на барабане или опорном кольце
Разрыв кольцевой связи барабана, расползание опорного кольца при перегрузке
Парусный свод, купол на парусах