Небоскреб проектирование и строительство

редактировать
Рабочий на каркасе Эмпайр-стейт-билдинг

проектирование и строительство небоскребов включает создание безопасных жилых помещений в очень высоких зданиях. Здания должны выдерживать их вес, противостоять ветру и землетрясениям, а также защищать людей от огня. Тем не менее, они также должны быть легко доступны, даже на верхних этажах, и обеспечивать коммунальные услуги и комфортный климат для жителей. Проблемы, возникающие при проектировании небоскребов, считаются одними из наиболее сложных, возникающих с учетом баланса, необходимого между экономикой, проектированием и управлением строительством.

Содержание

  • 1 Основные соображения по проектированию
  • 2 Подконструкция
  • 3 Нагрузка и вибрация
    • 3.1 Сдвиговые стенки
    • 3.2 Стальная рама
    • 3.3 Трубчатая рама
  • 4 Загадка лифта
  • 5 Другие трудности при строительстве небоскребов
  • 6 См. Также
  • 7 Ссылки
  • 8 Дополнительная литература
  • 9 Внешние ссылки

Основные соображения по проектированию

Хорошее структурное проектирование важно в большинстве зданий конструкции, но особенно для небоскребов, поскольку даже небольшая вероятность катастрофического отказа недопустима, учитывая высокие цены на строительство. Это представляет собой парадокс для инженеров-строителей: единственный способ убедиться в отсутствии отказа - это проверить все виды отказов как в лаборатории, так и в реальном мире. Но единственный способ узнать обо всех типах отказов - это извлечь уроки из предыдущих неудач. Таким образом, ни один инженер не может быть абсолютно уверен в том, что данная конструкция выдержит все нагрузки, которые могут вызвать отказ, но может иметь только достаточно большие запасы прочности, так что отказ является приемлемо маловероятным. Когда здания все же рушатся, инженеры задаются вопросом, был ли сбой виной какой-то недостаток предвидения или какой-то непонятный фактор.

Основание

Одной из многих особенностей небоскребов является их основание. Например, глубина котлована, в которой находится основание, должна доходить до коренной породы. Если коренная порода лежит близко к поверхности, почва на поверхности коренной породы удаляется, а поверхность коренной породы удаляется, чтобы сформировать гладкую платформу, на которой можно построить фундамент здания.

Нагрузка и вибрация

Тайбэй 101 выдерживает тайфун (2005)

Нагрузка, которую испытывает небоскреб, в значительной степени обусловлена ​​силой строительного материала. В большинстве строительных конструкций вес конструкции намного превышает вес материала, который она выдерживает сверх собственного веса. С технической точки зрения, статическая нагрузка, нагрузка на конструкцию, больше, чем временная нагрузка, вес вещей в конструкции (людей, мебели, транспортных средств и т. Д.). Таким образом, количество конструкционного материала, необходимого для нижних уровней небоскреба, будет намного больше, чем материала, необходимого для более высоких уровней. Это не всегда заметно визуально. Эмпайр-стейт-билдинг неудачи на самом деле являются результатом строительных норм в то время и не требовались конструктивно. С другой стороны, форма центра Джона Хэнкока является уникальным результатом того, как она поддерживает нагрузки. Вертикальные опоры бывают нескольких типов, среди которых наиболее распространенными для небоскребов являются стальные каркасы, бетонные стержни, конструкция трубы в трубе и стены со сдвигом.

Также следует учитывать ветровую нагрузку на небоскреб. Фактически, боковая ветровая нагрузка, накладываемая на сверхвысокие конструкции, обычно является определяющим фактором при проектировании конструкции. Давление ветра увеличивается с высотой, поэтому для очень высоких зданий нагрузки, связанные с ветром, больше, чем постоянные или временные нагрузки.

Другие факторы вертикальной и горизонтальной нагрузки возникают из различных непредсказуемых источников, таких как землетрясения.

Стены сдвига

Стены сдвига в его простейшем определении - это стена, в которой весь материал стены выдерживает как горизонтальные, так и вертикальные нагрузки. Типичный пример - стена из кирпича или шлакоблока. Поскольку материал стены используется для удержания веса, по мере увеличения размера стены она должна выдерживать значительно больший вес. Из-за особенностей стены со сдвигом приемлемо для небольших конструкций, таких как загородные дома или городские дома из коричневого камня, требующие низких материальных затрат и незначительного обслуживания. Таким образом, для этих конструкций используются стены со сдвигом, обычно в виде фанеры и каркаса, кирпича или шлакоблока. Что касается небоскребов, то с увеличением размера конструкции увеличивается и размер несущей стены. Большие сооружения, такие как замки и соборы, по своей сути решали эти проблемы из-за того, что большая стена была выгодна (замки) или могла быть спроектирована вокруг (соборы). Поскольку небоскребы стремятся максимизировать площадь пола за счет консолидации структурной опоры, стены со сдвигом, как правило, используются только в сочетании с другими опорными системами.

Стальной каркас

Классическая концепция небоскреба - это большая стальная коробка с множеством маленьких коробок внутри. За счет исключения неэффективной части поперечной стены, центральной части и консолидации опорных элементов из гораздо более прочного материала, стали, небоскреб может быть построен как с горизонтальными, так и с вертикальными опорами по всей поверхности. Этот метод, хотя и простой, имеет недостатки. Главный из них заключается в том, что по мере того, как должно поддерживаться большее количество материала (по мере увеличения высоты), расстояние между опорными элементами должно уменьшаться, что фактически, в свою очередь, увеличивает количество материала, который должен поддерживаться. Это становится неэффективным и нерентабельным для зданий высотой более 40 этажей, поскольку полезные площади пола уменьшаются для поддержки колонн и из-за большего использования стали.

Трубчатая рама

Willis Tower, показывающая Конструкция рамы из трубчатых пучков

В начале 1960-х годов была разработана новая конструктивная система с использованием труб в раме. Фазлур Хан и Дж. Рэнкин определили каркасную трубчатую конструкцию как "трехмерную пространственную структуру, состоящую из трех, четырех или, возможно, большего количества рам, скрепленных рам или стенок, соединенных на своих краях или рядом с ними, чтобы сформировать вертикальная трубчатая структурная система, способная противостоять боковым силам в любом направлении за счет консольного крепления к фундаменту ". Трубку образуют близко расположенные взаимосвязанные внешние колонны. Горизонтальные нагрузки (прежде всего ветер) воспринимаются конструкцией в целом. Около половины внешней поверхности отводится под окна. Обрамленные трубы позволяют использовать меньше внутренних колонн и, таким образом, создают более полезную площадь пола. Там, где требуются большие проемы, такие как гаражные ворота, трубная рама должна быть прервана с использованием передаточных балок для сохранения структурной целостности. Трубчатые конструкции сокращают расходы, в то же время позволяют зданиям достигать большей высоты. Конструкция трубчатого каркаса была впервые использована в многоквартирном доме ДеВитт-Честнат, спроектированном Ханом и завершенном в Чикаго в 1963 году. Вскоре после этого она использовалась для Центра Джона Хэнкока и в конструкция Всемирного торгового центра.

Разновидностью трубчатой ​​рамы является связанная труба, в которой используются несколько соединенных между собой трубчатых рам. Willis Tower в Чикаго использовал эту конструкцию, используя девять трубок разной высоты для достижения его отличительного внешнего вида. Конструкция пучка труб была не только высокоэффективной с экономической точки зрения, но и «новаторской по своему потенциалу для универсального оформления архитектурного пространства. Эффективным башням больше не нужно было иметь коробчатую форму; блоки трубок могли принимать различные формы и могут быть объединены в различные группы ». Связанная трубчатая конструкция означала, что «зданиям больше не нужно иметь коробчатый вид: они могут стать скульптурами». Города испытали огромный всплеск строительства небоскребов благодаря инновациям Хана, которые позволили построить экономические небоскребы.

трубчатые системы являются основой проектирования высотных зданий. В большинстве зданий более 40 этажей, построенных с 1960-х годов, теперь используется конструкция трубы, основанная на принципах структурной инженерии Хана, например, при строительстве Всемирного торгового центра, Aon Center, Petronas Towers, Здание Цзинь Мао и большинство других сверхвысоких небоскребов с 1960-х годов. Сильное влияние конструкции трубчатой ​​конструкции также проявляется в строительстве самого высокого небоскреба в настоящее время, Бурдж-Халифа.

Загадка лифта

Лифты в Эмпайр-стейт-билдинг

Изобретение лифт был предпосылкой для изобретения небоскребов, учитывая, что большинство людей не могли (или не могли) подниматься более чем на несколько лестничных пролетов одновременно. Лифты в небоскребе - это не просто необходимые коммунальные услуги, такие как водопровод и электричество, но на самом деле они тесно связаны с дизайном всей конструкции. Более высокое здание требует больше лифтов для обслуживания дополнительных этажей, но лифтовые шахты занимают ценную площадь. Если служебное ядро ​​ (которое содержит лифтовые шахты) становится слишком большим, это может снизить рентабельность здания. Поэтому архитекторы должны уравновесить ценность, полученную за счет увеличения высоты, и ценность, потерянную для расширяющегося сервисного ядра. Во многих высотных зданиях используются лифты нестандартной конфигурации, чтобы уменьшить занимаемую площадь. В зданиях, таких как бывшие Башни Всемирного торгового центра и Чикагский центр Джона Хэнкока, используются вестибюли, где экспресс-лифты доставляют пассажиров на верхние этажи, которые служат базой для местных лифтов. Это позволяет архитекторам и инженерам размещать лифтовые шахты друг над другом, экономя место. Небесные вестибюли и экспресс-лифты занимают много места и увеличивают время, затрачиваемое на перемещение между этажами. В других зданиях, таких как башни Петронас, используются двухэтажные лифты, позволяющие большему количеству людей поместиться в одном лифте и подняться на два этажа на каждой остановке. На лифте можно использовать даже более двух уровней, хотя это еще предстоит. Основная проблема двухэтажных лифтов заключается в том, что они заставляют всех пассажиров лифта останавливаться, когда только людям, находящимся на одном уровне, нужно выйти на данный этаж.

Другое решение, используемое Шанхайской башней и строящейся (2019) Башней Джидда, - это создание зданий для смешанного использования с размещением площади полов: офисные помещения собираются в нижнюю часть, а многоэтажные пентхаусы и атриумы - которые требуют небольшой площади поперечного сечения - вверх.

Другие трудности при строительстве небоскребов

Строительство небоскребов может быть затруднено из-за факторы помимо сложности и стоимости. Например, в европейских городах, таких как Париж, разница между внешним видом старой архитектуры и современными небоскребами может затруднить получение разрешения от местных властей на строительство новых небоскребов. Строительство небоскребов в старом и знаменитом городе может кардинально изменить облик города. В таких городах, как Лондон, Эдинбург, Портленд и Сан-Франциско, существует юридическое требование под названием защищенный вид, которое ограничивает высоту новых зданий в пределах или рядом с линией обзора между двумя вовлеченными местами. Это правило также затрудняет поиск подходящих участков для новых высотных зданий.

.

См. Также

Ссылки

Дополнительная литература

  • Маколей, Дэвид (1987-10- 26). Разборка (Переиздание). Houghton Mifflin / Walter Lorraine Books. п. 80. ISBN 0-395-45425-5.
  • Саббаг, Карл (1991-07-01). Небоскреб: Создание здания (переиздание ред.). Пингвин (неклассика). п. 400. ISBN 0-14-015284-9.
  • Chew, Michael Y. L.; Майкл Чу Йит Линь (2001-02-15). Технология строительства высотных зданий (2-е изд.). Издательство Сингапурского университета. п. 436. ISBN 981-02-4338-3.

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-08 05:20:01
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте