30 Янв

ЭКОЛОГИЧНЫЕ ЗДАНИЯ НА СЛОЖНОМ РЕЛЬЕФЕ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Территории со сложным рельефом местности – это неудобные для застройки территории (неудобъя), считавшиеся ранее непригодными для строительства (рис. 1). В зависимости от инженерно-геологической характеристики грунтов площадки строительства, а также от угла наклона территории, возможны варианты конструктивных решений зданий: при небольших уклонах — до 10о — можно использовать обычные здания, применяемые для ровных участков; террасные здания разнообразных типов применяют при уклонах 20…50о, при более крутых уклонах возводят надземные здания на столбовых опорах [1-3].

Рис. 1. Основные виды территорий со сложным рельефом и типы зданий для этих условий: а – односторонний уклон местности; б – гористая местность; в – склон с оползнем; г, д — многосторонний уклон (лощины, возвышенности, и пр.); е – обрывистый берег водоема; ж, з – обычные и террасные здания на устойчивом склоне; и – здание на холме; к – здание, поднятое над гористым склоном у берега моря; л – здание – подпорная стена на крутом склоне; м, н – малоэтажные отдельно стоящие и террасные здания на оползнеопасном склоне; о – здание в лощине; п – здание на крутом морском берегу

Типы конструктивных вариантов зданий для застройки территорий со сложным рельефом не только разнообразны, но и позволяют получить визуально выразительные решения, удобные в эксплуатации в столь сложных условиях: например, в зданиях террасного типа каждая квартира имеет широкую удобную террасу с озеленением; в надземных зданиях, возводимых на гористых склонах, пустотелые опоры (столбы) служат коммуникационными шахтами с лифтами и лестницами; в зданиях – подпорных стенах для застройки крутых береговых склонов все помещения ориентированы своими лоджиями и окнами на водоем (море и пр.); отдельные типы зданий позволяют повысить устойчивость склонов против оползней, прижимая оползень к склону своим весом и не активизируя его; здания в лощинах дают возможность создать путем обратной засыпки ровные участки с их озеленением; здания в береговой зоне, совмещенные с берегоукрепительными сооружениями, позволяют повысить устойчивость береговых склонов, которые без этих мероприятий иногда склонны к оползанию и разрушению. Надземные здания в сложных условиях сохраняют естественный ландшафт, в том числе почвенно — растительный слой и рельеф; эти здания поднимают на колоннах на высоту 1-2 этажа над поверхностью земли, которая неудобна для застройки из-за наличия уклонов. Прибрежные здания, в том числе на шельфе, чаще всего строят как рекреационные.

В то же время в зданиях на территориях со сложным рельефом местности некоторые условия эксплуатации осложняются по сравнению со зданиями на ровном рельефе, что требует новых и иногда оригинальных решений. Например, осложняется доступ жителей в некоторые здания на склонах, так как нужно устраивать новые типы наклонных лифтов; иногда необходимо возведение специальных коммуникационных зданий для склонов; усложняются системы канализации. Но все эти проблемы могут быть решены.

Одним из важных вопросов проектирования является подрезка склонов, осуществляемая с целью создания условий для опирания фундаментов. Эта подрезка может привести к активизации оползня. Поэтому представляют интерес здания, устраиваемые без подрезки склона. Например, перекрестные ленты фундаментов, на которые опираются стены или колонны, могут лежать на плоско спланированном склоне, при этом система перекрестных лент передает на основание только нормальную силу, а наклонная составляющая воспринимается специальным упором в нижней части склона. Упор выполняют в виде свайного ростверка из буронабивных свай диаметром до 1 м, или в виде подземного эксплуатируемого удерживающего сооружения (рис. 2). Уникально по конструктивному решению здание профилактория на крутом склоне в 320  [1]).

Рис. 2. Здания на склоне: отдельно стоящие (а — в): террасные (г, д); 1 – свайный ростверк; 2 — фундаментные балки на склоне; 3 – диски перекрытий; 4 — вертикальные диафрагмы; 5 – внутренние дворики; 6 — подземная удерживающая конструкция; 7 – колонны

К плоской фундаментной решетке прикреплены плиты перекрытий, имеющие высокую жесткость в горизонтальном направлении (по сути дела это — жесткие горизонтальные диафрагмы, прикрепленные к фундаментам и заменяющие обычные вертикальные диафрагмы). Горизонтальные, в том числе сейсмические, усилия воспринимаются не вертикальными диафрагмами, как в обычных железобетонных зданиях, а горизонтальными, прикрепленными также к фундаментам. Это практически исключает действие горизонтальных нагрузок на вертикальные элементы (колонны), что позволяет выполнить их достаточно тонкими, а узлы – нежесткими. Можно строить здания без подрезки склона при прочных грунтах основания и отсутствии оползней, при этом фундаменты выполняют в виде железобетонных лент с уступами, ориентируя их в направлении уклона. Выше фундаментов располагают продольные железобетонные стены в виде наклонных диафрагм, к которым крепят поперечные вертикальные диафрагмы и плиты перекрытий, причем поперечные диафрагмы и перекрытия расположены выше поверхности откоса, находящегося в естественном состоянии.

Высокоплотная малоэтажная застройка выполняется в ви­де отдельно стоящих зданий, форма которых в плане близка к квадрату. Здания точечного типа, близкие в плане к квадрату, имеют высоту не более 2…4 этажей, поэтому их можно размещать на небольших расстояниях. Основной несущей кон­струкцией, воспринимающей вертикальные и горизонтальные  (в том числе сейсмические) нагрузки, является железобетонное ядро жесткости крестообразного сечения в плане, к которому крепят пере­крытия. Дома блокируют по четыре штуки с образованием внутренних двориков. При такой планировке важно решить вопрос использования наклонной поверхности грунта внутри двориков: внутренние дворики террасируют с устройством подпорных стен высотой 0,5…1м,

В условиях лощин, уступов, русел бывших рек (или глубоких лощин с руслами ручьев) рационально строительство зданий, позволяющих одновременно переводить часть территории в разряд используемых для рекреационного назначения путем отсыпки горизонтальных участков на месте лощин (рис. 3). Для этого проектируют откосоудерживающие здания, которые представляют собой пространственную систему в виде коробчатой арки, опирающейся на прочный грунт боковых склонов лощины. Конструкция может быть выполнена прямоугольной в плане (в пределах высоты откоса вписана железобетонная арка, соединенная вертикальными диафрагмами с наружными стенами); арочной формы в плане, как коробчатая арка с диафрагмами-стенами; арочно-террасной формы, когда лощина имеет крутой уклон, и здания располагаются близко друг к другу.

Рис. 3. Основные типы зданий в лощинах: а — арочные откосоудерживающие здания  высотой до верха откоса;  б — то же,  высокие здания;  в, г — многоволновые арочные и складчатые  здания;  д —  террасные  здания  по склонам лощины;  е — то же, с пропуском ручья; 1 — стена здания; 2 — арка; 3 — склон лощины; 4 — насыпной грунт; 5 — многоэтажное здание; 6 — упор (жесткое ядро);  7 — гидроизоляция;  8 — солнечные  коллекторы;  9 — перекрестные ленты на склоне; 10 — террасное здание; 11 — водопропускная труба

Для застройки особо сложного рельефа, например, склонов гор, крутых обрывов, рекомендуются надземные здания, поднятые над землей на столбах. Они подняты над поверхностью земли на высоту более 6…10 м,  достаточную для прохода (проезда) под ними и высаживания кустарников. Столбовая опора (одна для точечного здания, несколько — для здания большой длины или площади) служит также для размещения лестницы, шахты лифта и различных сетей. Она же является железобетонным ядром, воспринимающим вертикальные и горизонтальные нагрузки. Столбовые опоры могут быть вертикальными или наклонными, постоянного или переменного сечения по высоте, сплошными или пустотелыми. Известны разнообразные типы зданий на столбовых опорах.

В круг зданий для застройки неудобий входят прибрежные здания, располагаемые на крутых и обрывистых берегах, в том числе на шельфе. Могут быть рекомендованы такие сооружения в прибрежной зоне моря и на неглубоком шельфе: спортивные объекты (для подводного плавания); лечебные для размещения климатопавильонов или корпусов санаториев с климатолечением; познавательного характера (морские аквариумы, подводные гостиницы и др.), научно — исследовательского назначения (подводные лаборатории и др.); требующие больших или протяженных территорий (например, аэропорты).

Вследствие необычного основания конструкции зданий на сложном рельефе отличаются особенностями работы по сравнению с традиционными типами зданий. Так, интересные особенности характерны для новых типов зданий на склонах, с фундаментами, представляющими собой плоские железобетонные решетки, свободно лежащие на плоско спланированном склоне и упирающиеся в основании склона в свайный ростверк, либо в подземную эксплуатируемую конструкцию. Такие склоны распространены в гористых районах, характеризующихся возможными сейсмическими воздействиями. Для обоснования проекта строительства принципиально нового типа здания, перед его проектированием и строительством, нами совместно с аспирантами [2] были проведены динамические и статические испытания моделей конструкции здания, Испытания при сейсмических воздействиях в более опасном поперечном направлении проводили для модели при жестком креплении дисков перекрытий к горизонтальным балкам фундамента. Модель здания выполняли в масштабе 1:10 с четырьмя — пятью пролетами в направлении уклона основания и двумя про­летами поперек склона. Выбор параметров модели и моделирование динами­ческих характеристик землетрясения проводили по общепринятой методике. Динамическая нагрузка на грунт склона передавалась вибромашиной с двигателем мощностью 100 кВт и регулируемыми эксцентриками, размещенными на валу. Статические испытания проводили в силовом железобетонном грунтовом лотке с прикреплен­ной к нему силовой рамой. Железобетонные образцы фундамента укладыва­ли на склон, образованный в лотке, и упирали в удерживающую конструкцию. Вертикальную нагрузку создавали гидравлическими домкратами, упирающимися в силовую раму. В процессе испытаний измеряли контактные давления грунта; ширину раскрытия трещин на поверхности фундаментных балок; прогибы; деформации бетона сжатой зоны; деформации арматуры. На ос­новании проведенных экспериментов было установлено следующее: вертикальная нагрузка раскладывается на две составляющие: одна направлена перпендикулярно склону (нормальная составляющая), а другая параллельно ему (сдвиговая составляющая). Сдвиговая составляющая нагрузки создает в наклонных балках фундамента продольную сжимающую силу. Поэтому продольные балки работают на изгиб с распором от нормальной составляющей внешней нагрузки, и на сжатие — от продольного усилия H, то есть находятся в состоянии внецентренного сжатия. Поперечные балки фундамента работают на изгиб с распором. Наклонные усилия H, передающиеся на наклонные балки фундаментной решетки, нарастают по направлению к удерживающей конструкции, в которую упирается решетка. Это обстоятельство нужно учитывать, например, повышением класса бетона в балках, расположенных ниже по склону, или ростом высоты их сечения.

Для придания большей жесткости фундаментной решетке на плоско спланированном склоне необходимо устраивать в ней наклонные железобетонные связи. Особое внимание нужно уделить снижению сил трения между подошвами фундаментных балок и грунтом основания (чтобы от фундаментной решетки передавались на грунт склона минимальные горизонтальные усилия, не активизирующие возможный оползень). Для этого под балки укладывают песчаную подготовку толщиной 50-100 мм. Необходимо также выполнить надежный стык торцов балок фундаментной решетки с упорной конструкцией (например, с плитой свайного ростверка).

Особенности расчета надземных зданий, поднятых над поверхностью с особо сложным рельефом (скалы, гористые склоны, трудно поддающиеся выравниванию и разработке) состоят в учете различной жесткости вертикальных конструкций (полых столбов, коммуникационных опор) при действии горизонтальных нагрузок (ветровых, сейсмических). Здания – подпорные стены на территориях с резким падением склона конструируют и рассчитывают как подпорные стены сложной формы (рис. 4). Возможны две конструктивные и расчетные схемы такого здания: первая схема – арочная, здание работает на действие активного давления грунта как горизонтальная арка, упирающаяся в жесткие опоры (стены, ядра жесткости, и пр.); вторая схема – расчетная схема массивной подпорной стены, воспринимающей давление грунта (см. рис. 4). В обеих схемах стена здания, обращенная к грунту, воспринимает активное давление грунта, и работает как многопролетная конструкция между опорами – поперечными стенами; в первой схеме она работает в составе всего здания как часть коробчатой арки (балки). Многопролетные плиты между вертикальными стенами – опорами рассчитывают на действие активного давления грунта, причем для экономии стали рекомендуется разделять стенки на горизонтальные полосы высотой 1 м, в пределах которых принимать равномерно распределенное давление грунта p. Для большей технологичности армирования и бетонирования можно арку заменить ломаной плитой с плоскими участками

Рис. 4. Расчетные схемы здания – подпорной стены: а, б – арочная схема; в – схема массивной подпорной стены; г – разбивка здания по высоте на отдельные блоки со ступенчатой эпюрой активного давления грунта; д — армирование

литературы

  1. Тетиор А. Н., Рубель А.А., Лехно А.М. Материало- и природосберегающие конструкция зданий и сооружений для застройки Крыма. МПП Минвуза УССР, Киев, 1989. — 198 с.
  2. Тетиор А. Н. Железобетонные и каменные конструкции в экологичном строительстве — М.: МГУП, 2009. — 497 с.
  3. Градостроительство на склонах./ В.Р. Крогиус, Д. Эбборт, Н. Поллит и др./ — М.: Стройиздат, 1988. — 328 с.
    ЭКОЛОГИЧНЫЕ ЗДАНИЯ НА СЛОЖНОМ РЕЛЬЕФЕ
    Территории со сложным рельефом местности – это неудобные для за-стройки территории (неудобъя), считавшиеся ранее непригодными для строительства (лощины, крутые и неровные склоны гор и холмов, овраги, крутые берега водоемов, отвалы, неглубокий шельф, и пр.). Экологичность застройки территорий со сложным рельефом состоит в том, что при этом можно сохранить от застройки более ровные участки, на которых создают различного типа озелененные территории – парки, сады, и пр. В зависимости от инженерно-геологической характеристики грунтов площадки строительства, а также от угла наклона территории, предлагаются варианты конструктивных решений зданий, отмеченные патентами на изобретения.
    Written by: Тетиор Александр Никанорович
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 05/26/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.01.2015_01(10)
    Available in: Ebook