CC BY
0УДК 69 Лукин М.В., Шишинов С.А., Ойкин М.М.
Лукин М.В.
доцент кафедры Строительные Конструкции Владимирский государственный университет (г. Владимир, Россия)
Шишинов С.А.
студент кафедры Строительные Конструкции зам. руководителя проектов ООО «КОР ЭКС ПИ» Владимирский государственный университет (г. Москва, Россия)
Ойкин М.М.
ООО «КОР ЭКС ПИ» (г. Москва, Россия)
ПРОБЛЕМА УЧЕТА НАГРУЗОК В ПРОЕКТИРОВАНИИ И СТРОИТЕЛЬСТВЕ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ
Аннотация: в статье рассматриваются основные возможности экспертного исследования в рамках выполнения проектных и строительных работ высотных зданий, указываются основные трудности данных видов исследований, а именно подготовка и переподготовка экспертов, развитие исследований и формирование обновленных нормативных требований и сводов правил.
Ключевые слова: нормативная база, своды правил, нормы, объекты исследования, экспертиза, безопасность.
Основные проблемы в строительстве и проектировании высотных зданий и сооружений, на сегодняшний момент являются самыми глобальными и малоисследованными. В сфере строительства, из-за столь низкой потребности
в прошлом, проектирование высотных зданий и сооружений изучалась крайне мало, что для будущего носит негативный характер, так как потребность в высотных зданиях с каждым днём растет.
По статистике 2016 г. компании, вышедшей с пресс-релизом аналитиков Capital Group, потребность в высотных зданиях увеличивается с каждым годом, так, например, с 2013 года она выросла в 30 раз. В компании отметили, что в 2016 году объем нового предложения в высотных корпусах превысил 200 тыс. кв. м, а в 2018 году ввели в эксплуатацию уже 542 тыс. кв. м такого жилья. В 2020 году был зафиксирован новый рекорд за всю историю города - 862 тыс. «высотных» кв. метров. Также было отмечено, что зависимость от потребности также влияет на сами здания и их классификацию. «Новостройки» свыше 100 метров всё чаще становятся частью городской застройки и перспективных планов развития современных городских кварталов.
Развитие технологий строительства высотных зданий в дальнейшем может сократить стоимость и сроки строительно-монтажных работ и, как следствие, улучшить его как для конечного потребителя/покупателя, так и повысить его инвестиционную привлекательность. За 100 с лишним лет с момента возведения «Хоум-иншурэнс-билдинг» (Чикаго, США. Высота на момент постройки 42 м, в последствии было увеличено до 55 м), первого в мире высотного здания, средний «рост» небоскреба увеличился в семь раз. К 2000 г. средняя высота 100 самых высоких зданий мира возросла до 285 метров, а в 2018 г. составляла уже 385 метров: с начала XXI века небоскребы ежегодно становились выше в среднем на 1,8% как утверждают данные от организации Econs, занимающейся исследования по экономике и финансам при Центральном Банке Российской Федерации.
Вместе с тем возникают и глобальные трудности, связанные с изучением влияния как природно-техногенных воздействий, так и уже применяемых, но не скорректированных, нормативных баз и требований. И если со вторыми фактором в настоящее время сложилась ясность и понимание (активно вводятся новые нормативно-технические документы, вносятся корректировки в
существующие, меняется правовая база), то с природно-техногенными и антропогенными явлениями, такими как всё большая плотность транспортных потоков (дорог, мостов, сооружений, линий метро и др. транспортных потоков) и большая потребность в плотности застройки, по причине роста скорости урбанизации, вопрос остается открытым.
Ученые разных Российских ВУЗов и Научно-Исследовательских институтов на протяжении долгого времени изучают вопросы взаимодействия транспортных систем и их влияния на здания и сооружения, так, например, в 1975-1990 гг. кафедрой «Техническая эксплуатация зданий» МГСУ и институтом МОСЖИЛНИИПРЕКТ были проанализированы данные технических отчетов по объектам исследования более 1000 зданий постройки 1900-1970 гг., расположенных в различных округах г. Москвы вблизи автомобильных магистралей и путей движения городского пассажирского транспорта. В различных округах разрушение фундаментов и подземных стен составили соответственно 15-20% и 50-80%, что существенно выше, чем в аналогичных зданиях, расположенных внутри кварталов, при аналогичных условиях эксплуатации. Эти выводы дают дополнительную пищу для изучения влияния этих процессов на этапе проектирования с целью реализации возможных компенсационных мероприятий.
С учетом принципов определения нагрузок для высотных зданий, все большим вниманием придаётся значение при проектировании фундаментов, геологической подложки здания, изысканиям и анализу оценки влияния на уже существующие сооружения в границах соседних локаций. И всё больше отводится значениям нормирования стационарных нагрузок и процессов собственных колебаний.
При этом характер плотности застройки высотных зданий вокруг транспортных хабов, как показывают данные от Russian Automotive Market Research, Росстата, с каждым годом всё больше показывает рост как в числе транспортных средств (рисунок 1), так и в числе проектирования дорожных развязок и путей [3].
Количество собственных легковых автомобилей на 1000 человек населения по субъектам Российской Федерации1*2*
_(на конец года, штук)_
201J 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 202 2*> 2023J> .-ilOS.ISHHS, млн.человек
Тоссппс кал Фед ер а и ил 272,4 252,4 287,5 292,4 303,1 306,9 312,9 318,2 324,5 326,9 332,1 146,151
.Центральный федеральный округ 282,3 293,9 297,7 303,6 309,9 308,S 313,0 317,0 319,5 317,8 318,4 40,199
Беигородская область 233.1 303.9 j-aj 316.3 1 J22 2 .-■l 1 .2 '-l 332.1 336 3 j 1- 1 1,501!
Брянская область 166.9 1S7.2 193.0 199.7 20£J? 202. S 203.0 2072 212.5 213.6 216.4 1,1«!
Владимирская область 263.4 271.3 2S6.6 2.24 233.T 293.3 300J 3061 310.1 315.6 3 и,г 1,310!
В орон ежская область 233.2 233.5 325J 327.1 335.1 34J 1 353.6 353.1 361.5 362.4 3662 2,273!
Иванове кал область 226.3 24з. S 255,3 263.1 2 11.6 294 6 310J 33S.4 .-4' 2 362.4 0,906!
Калужская область 235.6 299.6 306J 303.2 3242 301.9 302.5 302.3 299.3 296.6 292.3 1.068!
Костромская область 2572 272,9 233,0 293,5 313,6 303,0 310,3 317,5 323,0 329,0 334,6 0,566!
Курская область 250,9 300 0 3 05.1 311.9 32 3.6 315,3 313.3 319,5 327,6 329,5 333,9 1,061!
Липецкая область 293.1 301 9 307,2 311.9 31S:3 330,9 341,5 355,0 374,0 339,7 409,5 1,116!
Московская область j 13.6 313,7 3 15,6 313.7 316,4 319,7 326.4 327,9 327,0 323,1 321,6 8,651!
Орловская область 303 0 310,5 31S;3 32 1.3 319.4 329 ,2 331,4 339,4 34S ,0 350,3 355,5 0,692!
Ря&анская область 3 19,3 331.7 3 344 3102 359,9 376,0 337,7 392,9 399.7 399,6 403,0 1.082!
Смол ейская область 236,0 235,3 243,9 243.3 249.1 250,6 254,9 259,9 264,4 263,9 264,1 0,864!
Тамбовская область 2:7,7 273,3 232,1 300,5 302.4 315,0 330,7 357,0 377,4 337,3 400,3 0,956!
Тверс кая область 340.8 364 2 3 792 339,0 41-2 S 397,0 397,5 402,5 407,0 407,6 410,1 1,200:
Тульская область 299.0 299 4 3 03 1 "1 :II ni ^ ■:7ч Tfti 7 373.4 m i .7:0 1,471!
Ярославская область 224.7 237.6 .' 1 i ! 2564 Vil 1 213 2 277.3 300.9 306.4 303.0 311,0 1.188!
г.\Ьсква 277,7 294 3 2S9.9 303.7 30>2 291.3 291.3 290.3 2SS.7 232.3 2 fS 1 13,150!
Северо-Западный федеральный округ jo: ,s 302,3 307,4 315,1 31 320 p. 324^6 327,5 330,7 328,1 328,8 13,840
Республика Карелия 3400 360.9 390.3 413 ' 413.9 42 1 4 4.'1 "> 441.6 456.3 4.'3 4 4J . J 0,524!
Республика Коми 2744 294 0 3 02.1 309.9 J2-L 326.0 333.5 J4I J 349.1 346,3 0,721!
Архангельская область 255.6 270.2 270,0 2.V2 2!-4 ■ 305.7 326.9 331.5 337.6 336.3 337.6 0,998!
в том числе:
Ненецкий автономный ок]лт 2463 231.3 187,3 203 ;9 207,9 212,7 212,5 216.9 223 2 229,0 229,3 0,042|
.Архангельская область без авт.окртгг 2560 271,7 .......ЖЛ 2732 ......3016 2s:;: ......3Í5J¡ 29 S .2 .....ЗЖ4 309,5 .....>27,7 331 6 ......338,0 3 363 ......347/7 342,5 .......355,8 341.4 ........357H 342.4 .........збзД 0,956!
Вологодская область 2902 1,121 j
Калининградская область 330:0 332.3 3S3,0 333;6 336:3 379.3 375,7 3 74,4 374,9 370,3 369,6 1,034!
Л енпнградс кая обиасть 279.6 239,3 291,6 313;6 31 LO 309.S 310,6 307,0 305 2 293,3 296,6 2,036!
Х^рманская облает ь 3140 306 4 311.6 319.4 329.7 336.5 351.7 3 72,3 395,4 410.0 425.1 0.656!
Новгородская область 276.3 292.3 293.4 302,7 313.4 319,7 329,0 334,6 340,9 346,3 351,6 0,571
Псковская область 347.3 375.2 3S0.7 337,7 399.6 392.1 392.1 396.2 400.4 393.3 401.S 0,581!
г.Санкт-Петербург 3 14.3 294 0 290.3 292,7 293.8 292Jt 293,5 294,1 294,7 290,2 239,0 5,598!
Расчет по д аккьш МБ Д В&сснк.
^ 2011-2021 гг. пересчитаны с учетом итогов Е
! 1 Без учета стахнстнческей информации по Донецкой Народной Республике (ДНР). Луганской Народной Республике (ЛНРХ Запорожской и Х ерсонской областям.
Рис. 1. Уровень роста парка автомобильного транспорта.
Как следствие значительным фактором для корректировки и пересмотра действующих норм и правил должны стать результаты повторных исследований на построенных высотных зданиях в пределах крупных транспортных хабов (то есть работа помимо результатов моделирования, на реальных, реализованных проектах). Тщательная оценка потенциального воздействия вибраций может предотвратить множество нежелательных ситуаций и принести значительные экономические выгоды при дальнейшей экспертизе в области проектирования и освоении городских территорий рядом с магистралями с интенсивным движением, существенно снизить
эксплуатационные риски на протяжении жизненного цикла здания, а также повысить эффективность использования земель населенных пунктов.
Ветровое воздействие является основным негативным фактором, влияющим на высотные здания. Вопрос аэродинамической устойчивости конструкций, то есть их способности к регулярным колебаниям под воздействием ветровых нагрузок, становится все более важным для специалистов в области строительства и проектирования.
Для инициирования различных типов колебаний достаточно, чтобы скорость ветра достигала примерно 10 м/с, что довольно часто наблюдается в реальных условиях. Форма конструкции и её аэродинамическая устойчивость являются причинами вибрации, возникающей при ветре. При обтекании цилиндрических объектов возникают вихри, которые поочередно вращаются в разные стороны, затем отрываются и движутся с немного меньшей скоростью, чем поток, который не огибал контуры здания.
Срывы вихрей наблюдаются у тел с различными профилями, так, например, можно рассматривать формы здания категории хорошо «обтекаемые объекты» и «плохообтекаемые объекты». Здания за счёт своей формы способны как формировать направленные потоки ветра, так и способствовать его затуханию и рассеиванию.
Так на примере аэродинамической неустойчивости тела, можно рассматривать множество примеров и случаев, когда около зданий формировались собственные потоки ветра с особой инерцией (рисунок 2).
Рис. 2. Формирование инерции и воздействие воздушного потока на здание.
При моделировании следует учитывать разнонаправленные ветровые воздействия, возникающие на разных высотах здания.
Существующие строительные нормативы предписывают выполнение расчета аэродинамических нагрузок на типовые здания. В случаях, не попадающих под известные типичные ситуации, «аэродинамические коэффициенты допускается принимать по справочным и экспериментальным данным или на основе продувок моделей конструкций в аэродинамических трубах» [5].
А с учетом технических требований действующих нормативных требований [1, 2], которые применяются при проектировании зданий и сооружений, можно сделать определенные выводы, говорящие о том, что коэффициенты нагрузок для высотных зданий принимаются как стандартные для любых типов зданий, в том числе высотных и уникальных зданий, при проектировании в случае с ветровыми и аэродинамическими нагрузками закладываются как справочные коэффициенты для специальных зон, а при формировании нагрузок от автотранспорта - недвижимых транспортных средств [4].
Так как действующие программные комплексы соответствуют только действующим нормативным требования, проектирование и создание моделей высотных зданий с учетом вышеизложенного представляется затруднительным и практически невозможным. На текущий момент в проектировании самыми распространенными комплексами для расчёта конструкций являются Лира, Scad. Также некоторые элементы заложены в функционале проектирования BIM-системами. Кроме того, ни один программный продукт на момент написания данной статьи не учитывает в полной мере воздействия от движущихся транспортных средств, ветрового воздействия. Во многом это связано с отсутствием статистики и натурного анализа реализованных проектов.
Следуя предыдущему опыту исследований и реакций конструкций на вибрации следует разработать обновлённый комплекс исследований или
рассмотреть возможность интеграции в существующие продукты модулей, с применением изменений в программных комплексах по расчёту аэродинамических (ветровых) и динамических (от автомобильного транспорта) нагрузок и скорректировать соответствующие своды правил и нормы. Возможность комплексного развития исследований и программного обеспечения представляется возможным на примере и результатах обследования существующих высотных зданий и примерах, обновленных данных по заграждениям и формирование обновленных моделей поведения с учетом скорректированных коэффициентов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* // ФГУП Стандартинформ. 2019. 92 с.;
2. СП 267.1325800.2016 Здания и комплексы высотные;
3. Федеральная служба государственной статистики Российской Федерации [Электронный ресурс]. URL: https://rosstat.gov.ru/statistics/transport (дата обращения: 20.02.25);
4. Рутман Ю. Л. Методы теории колебаний в задачах динамики железнодорожных экипажей: учебное пособие. - СПб: ПГУПС, 1995. - 82 с.;
5. Гутников В. А., Лифанов И. К., Сетуха А. В. О моделировании аэродинамики зданий и сооружений методом замкнутых вихревых рамок. // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2006. № 4. С.78-93
Lukin M. V., Shishinov S.A., Oykin M.M.
Lukin M.V.
Vladimir State University (Vladimir, Russia)
Shishinov S.A.
Vladimir State University Deputy Project Manager of CORE-XP LLC (Moscow, Russia)
Oykin M.M.
CORE-XP LLC (Moscow, Russia)
THE PROBLEM OF LOAD CONSIDERATION IN THE DESIGN AND CONSTRUCTION OF HIGH-RISE BUILDINGS
Abstract: regulatory framework, codes of rules, norms and requirements, research objects, expertise, safety.
Keywords: regulatory framework, rules codes, norms, research objects, expertise, safety.
