Конструкции высотных зданий

&шскн* ' " *тршйн*д&т {$Ё8

1[1/о|#9а п9 $с1т ше||ег

Ё. !1'!уллер

н|9ь-п!ве 8ц||с]п9 $ЁгшФЁщге9

Ёонструкцу1у1 вь]сотнь'х !у здан'#у| 11еревод с английского нанд. т€хн. наук л.ш"Ёилимника ||од р8да кци ей г. А. Р{ази н о й .:.,.' ..

[!]|осква €тройиздат

1 979

пРвдисловив к Русскому и3дАнию

удк 72!.011.27+в24.о4

[|!уллео 8. !(онструкции вьтсотнь!х зданий: пф. . ',.л. - €т]:[:;аиздат, 1979. -248 с. ""|- |!еревод 1ог[, [-оп6оп, 5у6}теу, 1огоп{о. €истематизйрованьт

_ !'{ечг

ий.: Ё|3[ - &1ве 3ш|161п9 $[гшс[шгез / \[. 5с1тше11ег.

|1редлагаемая вниманию советского читателя книга американ ского специалиста в. [|1уллера посвящена вопр0сам прое}(тирова_ ъ1у1я |1 строительства 3а рубех{ом вьтсотнь1х зданий. Автору удалось в д0статочно четком и систематизированном виде представить об 1пирнь1й материал по вь1сотному строительству' обобщающий ог|ь1т разработки архите!(турно-планировочнь1х и конструктивнь1х ре1ше ний, особенно 3а несколько последних десятилетий. @сновное внимание автор уделил описанию особенностей и 3а кономерЁостей работь1 ра3личнь1х систеп{ вь1сотнь1х 3даний' вь1явле ни}о взаимосвя3и ме)кду характером распределени я усил\4й в кон струкциях при ра3нь1х по своей природе вне1пних во3действиях |т принципами восприятия этих усилий' установлению тенденций ра3вития и совер[шенствования архРттектурно-планировочньтх ре шений. [|одробно рассмотрень! наиболее современнь1е конструктив нь1е схемь|' в том числе принципиально новь1е ре1шения' которь1е на ходят применение в практике проектирования и строительства в последние годь1. 3аслух<ивает внимания стремление автора и3лох{ить сло>кньте и в3аимосвязаннь1е вопрось1 проектировани я здат1ий с позиций ком плексного подхода как единь1х систем' функшионирование которь1х определяется воздействием окру)ка}ощей средь1' разнообразием си' ловь|х' кинематических и метеорологических во3действий, требова н14яму7 по обеспечени}о архитектур ной вь1ра3ительности' р ациональ ному |т экономичному вьтбору конструкций, огнестойкости' са|1и тарнь|х норм' а такх(еучетом социологических и экологических проб лем крупнь|х городов. Благодаря этому книга Б. 11-1уллера найдет в на|шей стране 1ши рокий круг читателей: студентов' аспирантов и преподавателей ар хитектурнь1х и строительньтх вузов' архите|(торов' инх(енеров-про_ ектировщиков и, строителей. |1ри знакомстве с книгой Б. [11уллера следует иметь в виду' что далеко не все и3лох(енньте в ней принципь1 проектирования и строи тельства вь1сотнь1х зданий применимь1 к отечественной практике вь1сотного строительства. Развитие объемно-планировочнь1х и кон структивнь1х ре1пений вьтсотнь1х зданий в нашей стране характери_ зуется пре)кде всего ш1аксима.:-1Б[Б|[:| исполь3ованием индустриаль нь1х методов полносборного домостроения, 1пироким применением }келе3обетоннь!х конструкций 3аводского прои3водства' поиском областей рационального применения ра3личнь1х к0нструктивнь]х схем' мероприятиями по экономному расходованию материалов и в первую очередь стал\4' сн|{х(ению трудоемкости монта)ка. 1( ос новнь1м дости)кениям отечественной школь1 проектирования вь1

конструктивные ре|пения. здагтий больтпой эта>кности. |1ривеАена подробгтая классифйкация систем несущ}1х |(онструкций, дань: описа_ ние конструктивт1ь|х элементов и примеры расчетов их прочности и перемеще_ ний при в?|ровых и сейсмических йагрузках' а такх{е при действии вертикаль_ ных й горизонтальньтх сил. |1риведень1 рекомендации по конструктивнь|м схе_ мам >келЁзобетонньтх и стальнь1х каркасов в зависимости от этах{ности зданит?. }(нига предназначена для архитекторов' проектировщиков '4 конструк_ торов. _ 1абл. 4, рие.220, список лит.: 113 назв.

вольФгАнг шуллвР !(онструкции вь|сотньхх зданий Редакция переводнь1х т:здапий 3ав. редакцией }{,.8. |{еревалюк Редактор т. в. Р]отина }1л. редактор.[|. Ё. Буравлева 1'ехнические редакторь1 в. м. Р одионова' т. в. куз н ецов а (орректорь: [. |. 1т1 оро3овская, [. А. кравченко иБ ш9 2094 €дано в на6ор 27 '02.78. |1одписано в печать 23.05.79. Формат 60х90'/16. Бумага тип. ]\!: 2. |арнитура ' ||ечать вь1сокая. |1еч. л. 15,5. }ч.-изд' л. !б,65. ?ирах< 6000 экз' йзд. ]ф ^у|||-7477.3ак. 897. 1-1ена 1 р. 40 к. €тройиздат, 103006, }1осква, 1(аляевская, 23а .&1осковская типография ]\! 4 €оюзполиграфпрома ^^^_ при [осударственном комитёте €овета 1у\инистров сс(-Р по делам издательств, полиграфи|1 и кни)кчой торговли' /у1о6йва' |2904|, Б' |1ереяславская ул., дом ]ф 46

30205-374 ш

@ 10?7 Бу [о}:п Р!1еу & $опв, [пс. @ 1!еревод на русский я3ь:к,. €тройиздат, 1979

отот т_тэ |22_79

сот}]ь]х з!\а|1\1!1, отЁ!осятся со3дание униф11цированного на6ора кон стру|(ций Аа'1я 3Аа1]ий различного 1]азначения' широкие масштабь] типовс1'о проектирования, о6ес]1ечивающего со0ру)кеь1ие зданий' разносбраз11ь1х по объемно_планировочнь1\,1 ре1пениям' архитек туре' этах{!]ости и г]азначению при использовании минимального ч}1сла тит1ов 1.13делий. Фпьтт вьтсот}1ого строительства в москве и дру_ гих городах странь1' получив1шего больтпое ра3витие в последние годьт, убедительно демонстрирует дости}кения отечественной школь1 строительной науки и тех}1ики. 3аинтересованному читателю мо)кно рекоме|{доват1,' }{априп{ер' монографию {Ф. А. {ьтховичного к!(он_ стру}1рован1.1е и расчет )киль1х и общественнь1х зданий повь;штет:ной этах{ности> (м.' €тройиздат, 1970). }4зло>кенньте в книге Б. 111уллера прин]дипь1 расчета и конструи_ рова]{].{'1 вь!сотнь1х здаг:ий базируются' естестве1]но' на принять]х в €11]А и в других зарубех<ньтх странах норп{ативнь1х документах. Фсновньте ]1оло)кения отечественнь]х строительг{ь[х норм и правил по определению расчетнь]х нагрузоки усилий в элементах конструк_ циЁт, проверке их несущет? способности и устойчивости и другим во_ просам во многом отличнь{ от полох{ений зарубе>кнь1х нормативнь1х докуп{ентов. ( со>калению, при изло)кении 0сновнь1х вопросов вь1сотного строительства автор ограничился детальнь1м и конкретнь]м описа нием конструктивнь1х схем зданий без их критического анализа. 8 книге отсутствуют ре1{омендации по вьтбору тех или инь1х рацио_ нальнь]х и оптимальнь1х ре1пений для конкретнь1х условий (вьтбор принципиальнь]х конс'груктивнь]х схем' п{атериала несущих кон струкший, сР1стем связей, конструкций, стен и т. п.). Б кнртге 11]ироко г|редставле}]ь] примерь1 расчета (в виде отдель_ нь1х заданий), которьте предназначень1 для детального ознакомле ния читателей с особенностяш|}{ расчета и конструирования отдель_ нь]х типов несущих элементов. |ля сохранения целостност}1 и3ло- >кения эти зада1]ия пр},водятся в русском издани11 ли11]ь с не3начи тельнь1ми сокращенияпси. Фднако следует обратить внимание чита_ теля на то' что в ряде заданий без долх<ного обоснования |]ринято много допущений и упрощающих методику расчета предпось1лок' которь]е в некоторь|х случаях указань1 в примечаниях переводчика. Б целом монография Б. 111уллера' в которой гшироко представ лен зару6е>кньтй опь1т вь!сотного строительства' несмотря на от личие в принципах и тенденциях развития архитектурно_планиро вочнь1х и конструктивнь]х ретшений, будет, по на1]]ему мне1{и1о' весь_ ма поле3[1а советским специалистам - архитекторам и ин!{енера]\{- конструкторапл. Фна поп{о)кет и1\{ в продол)ка}ощихся поисках ра циональнь1х архитектурнь1х и конструктивньтх ре1пений вь:сотнь:х зданий и будет способствовать новь1м дости)кениям в этой сло>кней_ тцей области строительной наут<и и техни}(и.

}|4 о т с. -т ро0 нтс !;.1.1[ по ( в я ща е1 с я

пРвдисловиЁ АвтоРА [елью этой книги является систематизированньтй обзор конструкций вьтсотньтх зданий. (омпоновка несущих конструкций ра3личнь1х зданий рассматривается с точки 3рения взаимодействия элементов. (онструктивнь1е ре1пения построеннь1х и проектируемь]х вь]сотнь]х зданий сопоставляются в плане, в разре3е и в аксоно_ метрии. Форма зданий анализируется с точки 3рения восг{риятия вне1пних нагру3ок' сочетание которь1х мо}кет бьтть достаточно сло)к_ ньтм. 3та книга представляет собой изло)кение сло}кнь1х вог{росов строительной техники в простой форме, доступной читателю' ин тересующемуся вопросами строительства зданий. |!оскольку характер работьт конструкций вьтсотньтх зданий яв ляется во многом неопределеннь{м' основное вЁ]имаг1ие уделено опи санию конструктивнь1х схем. 9исловьте примерь1 расчета исполь_ 3уются в качестве нео6ходимьтх приемов аппроксимации ](ачествен- }1ь1х осо6енностей работьт строительнь1х конструкций. 3нания по \,{атематике (раснетьт вь]полняются с точностью' дости)кишлой при ис поль3овании логарифмической линейки) и строительной механике требуются в объеме основнь1х курсов. Различньте конструктивнь1е элементь1 эданий рассчить1ваются достаточно прость]ми методами с использованием действующих рекомендаций Американского ин ститута бетона (Ас1)' Американского института по стальнь]\,1 кон_ струкциям (А!5с) и рекомендаци{т Анститута 1{ерамики ($сР!)' отдельнь1е поло)кения которьтх кратко 143а'1Ф}{€ЁБ1 в книге. Бесь сло>кньтй характер нагрузок |та здание рассмотрен в гл. |. 9итателю, не 3накомоп{у с основг]ь|т'{и принципа\'{и проектирования зданий повьт1шенной эта>кгтости' мо)кет потребоваться 0зг]акош1ление сначала с вопросап{и' и3лох{еннь1ми в гл. 11. 3десь вьтсокие 3дания рассматриваются с точки 3рения прин|1ипов ко1\{пог]овки' 1.1стории развития и других предпось1лок при проектировании. 3 гл. 1}1 и !11 исследуются основнь1е нес)/щие конструкции зданий: верти_ кальнь]е конструкции (рамьт и стень{-диафрагпльф и горизонтальнь]е конструкции (перекрьттия). 1(онстРукции обьтчньтх зданий с точки 3рения принципов их проектирования рассп,1атриваются в гл. 19. [л' ?1 посвящена прибли>кеннь1п'1 методап,| расчета наиболее рас_ пространеннь1х конструктивнь1х схегл зданий. 8 гл. ! и 1!, основ ное вниман}1е уделено принципам компоновки и расчета зданий, от личающихся по своим конструктивт{ь!м ре1пениям от обьтнт-то при меняе}1ьтх. Фсобенности при\{ене11ия сборньтх конструкций кратко рассмотреньт в гл. \/!|! с точки зрен}]я в3аимо3аменяеш|ости !1 кон струирования типовь1х элементов. (нттга предназначена в первую очередь для архитектор0в' кото Рь]е со3дают первоначальньтй о6лик здаг:ий и дол}кнь] п0нип1!ать за-

л. ш . |{цлтумгчс.сус

::}."чР::^.* 1 ]]гактер распределения сил в конструкциях зда нии.. |]оэтому им потребуется 3нание основ физики *а1' о!но.о ". ::1бж: ::::у..ч:кторов' определяющи х законьт формьт со0рух(е ни|1. эти 3нания необходимьт и для тесного сотруднйнёства с ин)ке_ нером-конструктором. (нига мо)кет бьтть использована как унебное пособие по строи тельнътм конструкциям для студентов архитектурнь|х и строитель ньтх факультетов' которьтм нух<ньт зна|1ия основ строительной ме_ 1*] 11^ 1.^1"А9-1 р асчета >келезобето н нь1х и сталь ньтх конструкци й. пал14чие ооль1пого числа примеров по расчету конструкций^сделает А::.|]:^{:::чу справочньтм пособием по раснету вьй''*ых зланий. 1_''на помо)кет так}ке молодому иях(енеру' впервые столкнув1шемуся с вопросами проектирования. €опост?:йитель1тьтй х'р'.'"! рассмо_ трения конструкций современньтх зданий (в форме ''{''Б.61 и спра вонников)' а такх<е наличие спискалитературь] сделаюткнигу полез- ,'й-*:1 111!_1!Р, .онструктор а и архитектора_проектировщика. г1а1пе и3ло)кение принципов проектирования вь]сотньтх зданий является не больш:е чем вводнь]м курсом.' Фд*'^'_"*'й"Б_й'д""',.", что в процессе ознакомления с основами проектирован14я 14 прак 3_-: :з-:3 тель8ств а .читатель гл убоко з аи нтер есу ется ко нстр укци я - ми вь|сотнь]х зданий, п эт14 знания залох<аЁ в нем 6ундам'ент для последующего накопления знаний и со3идательно!о творчества. Автор приносит благодарно-', "'** лицам' принимав1пим уча_ стие в подготовке книги к |1зданию.

вввдвнив

Бьтсотньте здания появились вследствие роста населе}1ия городов' недостатка земельнь]х участков и их вьтёокой стоимости. .[4,ассовое строительство вь1сотнь] х зданий отра)кает взгляд проек тировщиков на ре1пение 3адач градостроительства. Бьтсотное здание мо>кет бьтть отдельно стоящим (развитьтм в вер_ тикальной плоскости }?достаточно гибким или простйрающимся в го_ ризонтальном направлен-!и) пли примьткать к АРугий вь1соким 3да ниям, о6разуя' таким образом, цельтй комплекс здахтий' Б обоих случаях здание представляет собой 'в основном обособленньтй объект. Фднако вь1сокое 3дание в будущем мо)кет бьтть так>ке интегральной частью больтпого строительного комплекса города' в котором дома и деловь1е центрь| соединяются системами многоуровневь!х коммуни- *'?,!,'.'.нь]м мь1 отн0сим зда\1ияот 10* до 100'и более '''*"., Фпределение вь]сотности и степени развит14я здания в плане явл1 -.;а ся достаточно сло)кнь]м процессом вьтбора объемно-планировочв|' ре1пения. .&1н-огие факторьт долх{нь1 бьтть унтень1 при этом: с од}], стороны' тр_ебования 3аказчика' с другой - иметощаяся территори для застройки'..распол0)кение здания относительно объекЁов окр),_ >каюш\ей застройки (например, коммуникаций и слу>кб, необходимьтх для функционирования здания и его обитателей), экологическая вь1 ра3ительность здания или декоративнь1е особенности ланд:пафта. вь|соков 3дАнив в оБщвр1 плАниРовкв гоРодА Развитие вь1сотного строительства тесно связано с |1роцесс урбанизации, которьтй начался в век индустриа лизации' во многих частях 3емного 1шара все еще продолх(ается. Б €оединенньтх |1]татах Америки этот процесс начался в девят_ надцатом столетии. Ёаселение мигрировало из сельских районов в городск}1е' тем самь!м ускоряя процесс увеличения плотности за стройки городов. €ледствием этого процеёса бьтло со3дание легких каркаснь]х соорух<ений из стальнь1х конструкций, лифтового обо рудования' системь1 энерго-снаб}кения' необходимьтх в условиях развйтой по вь1соте плотной городской застройки. Б начале настоящего столетия отдел,ньте з дания вьтсотой около 20 этпкей располагались напротив друг друга' отделенньте только узкими темнь1ми улицами' образуя городские каньоньт. Фсновной заданей бьтло размещение максимального числа людей на минималь ной по площади территории. |1оявив1пуюся в ре3ультате этого пере_ _-__] н. [,\7[е:кду.народном симпозиуме €!1Б (-[{осква, октябрь 1971 г.) предло'{ена классификация многоэтажньтх зданий, с учетом котБоой мох<е1. оь1ть принят условньтй порог вь!сотньтх зданий - 30 этажей. (|7'рнм. нацн, рео.) ростом города.

€шракузьо, Ёью-йорк, ноябрь 1976 е.

Б. &уллер

населенность и ее вл}1яние на людей и на город как на единую орга_ 1]ически связанную систему вряд ли учить1вали в процессе проекти роваЁ]ия. |{отреб;:ость в свете, воздухе..и открь1том на3емном про странстве для х{и3недеятельности людей привела к появлению от дельно стоящего небоскреба. Фн напдного выйе объектов окрух<ающей застройки, так какдол)кен обеспечить плотность 3аселения' по край_ ней мере эквивалент{-1ую плотности при строительстве на данной тер ритории обьтчньтх зданий, !(оторь1е он заш1еняет' ^.^9_':Р"учьтй уровень развития техг|ики достаточно вь]с0к' что ооеспечивает возмо}кность стр0ительства отдельно стоящего небо_ скреба при сравнительно умёренньтх эконоп{ических 3атратах. € технической точки 3рения проектирование вь1соких зданий в настФя1]\9е время достаточно хоро1по разработано' однако по3на_ ние потребностей человека и его приспоёобл""*'..,','-!р'.'р',.',у находится только на начальном этапе. 14золированнос.ь и недоста точньтй контакт мех{ду )кителями дома' п(-)теря контакта с )ки3нью улиць1 являются частью тех проблем' которь]е пь1таются преодолеть - проектировщикй. !' !,отя в некоторой степени плотность застройки городов вь1соки- }'{и зданиями сейчас регламентируется- нормами плайировки' этот расчет не базируется на достаточно общем г: динаминйом подходе к формированию городов. |1оследствия скученности вь1соких зданий нрезвьтнайно существеннь1 для )ки3ни города. Боздействие мастптабности ряда чперЁебоскребов на город' на- |Р}мер 109-этах<гтого 3дания <€ирс {ауф, в !икаго "!'.й,а около 440 м, очевидно. €истема электроёнабх<ёния здаг]ия мо>кет обслух<ить город с населением 147 тьхс. чел.' а с поп,{ощью комплекса кондицио- нирования-6000 д',чР^:, одну семью. Аля ,р'".,'р'йр0вки в разнь1е части здания 16 500 чел. в день необходимо 102 ли6та. !,ля многих столичньтх городов вь]сокое здание является един ственно возмо)кньтм ре11]ением проблемьт непрерь1вного роста плот_ ностР] населения. Фт него т-{е следует отказьтваться, несйтря на от рицательньте воздействия на х(изнь людей, или потому, нто оно 'в_ ляется символом технического прогресса. Ёаоборот, унебнь;м и на_ учно_и сследовательски п{ учр е)кдени япл необходи\,{о прило}ки ть боль- :пе усилий для сР{сте\'{атического исследования застройки города вь1сотнь1п{и 3дания ь'{и и изу чени я проблемьт в лиян!| я внутр енней ^ср е_ дь1 таких зданий на улуч1]]ение условий про)кивания в них. вь1сокоЁ 3дАнив и вго нвсущив констРукции |1роектирование вь1сокого здания не3ависимо от его целе_ вого назначения' напри\'{ер в качестве )килого дома' административ ъ]ого' 1пкольт, больт:ицьт 17ли для более 1цир0кого многоцелевого на_ значения' требует комплексного учета различгть1х аспектов проекти рования' изготовления строительнь1х констР}кцит] и производства работ.-Архитектор коордйнирует работу группь{ специал].1стов та ким образом' что вьтбор платериалов, коймуйикаций и обеспечение 10

функшионирова{-1[1я 3дания расс\'1атриваются как ед|.1ное целое" Ёельзя больште говор1.{ть о свободе принятия ре1-1]ения т0лько архи_ текторо\'1. 3н огранинен не только замкнуть:шц о6ъемом небоскреба и необходи}достьто эффет<тивного применения п,1атериало3' но 1{ дол- >кен обеслтечить вь1пол1{ение п'{ногих других условий, связан|'1ь1х с обеспечениешт обш1ей безопасности, условий огнестойкости |1 саъти тарЁ]ь|х ]1орп{. Архитет<то1э долх{е}1 подходить к проектированию 3дания как к единой системе' в которой основ11ая несущая конструкция ка]( органическая часть соору)кег1ия возг1икает в процессе создания про екта; ее Ё1ельзя рассматривать отдельно как обособлеттное дополне т-|ие иЁ1>кенера в общую функциональную схему соору)кения. {,отя такой комплексньтй подход примени|у1 к проет(тированию лю бото архитектурного объекта, его роль во3растает в связи с мас1пта бапци вьтсотного строительства' которое требует создания сло)к1]ь1х несущих конструкций для восприятия физитеских нагрузок и воз действий окру}ка}ощей средьт, явля}ощихся определяющими факто рами при прое](тировании. 3дание долх{но противостоять вертикальнь1м постояннь]м на грузка\{ и горизонтальнь11!т ветровь1м нагруз1(ам, а так)ке сейсьлгтче ски м воздействи я м. Ё ар у>кгтьте к0 н стр укци и 3 да11|1я дол}кнь1 воспри - нимать ра3ницу в температуре, атмосферном давлении и вла)кности ме)кду внетшней и внутренней средой. Ёесущие конструкции 3дания дол)кнь1 воспр!]нимать все эти воздействия. 3лепленть1 конструкции долх{нь1 располагаться и сопрягаться таким образом, чтобьт воспри ниш1ать эти воздействия' надех<но и с минимальнь1ш!и затратами пере давать г1х на грунт. Архитектор, способньтй понимать эти т{агрузки и источники их во3никновен\1я' а так)ке чувствующий работу конструкций, мох<ет на начальной стадии ]1роектирования предлох{ить рациогтальное архитектурно-плаг{ировочное ре1пение. Фн мо>кет договориться с ин- )кенером_конструктор0м' так как говорит на одно}''{ с Ё]им техническом язь1ке. |ругипти слова[1и' архитектор' 11они\{ающий основт-тьте строи тельнь1е при нци пь]' мо)кет эс!фекти вт:о сотрудн]'1 чать со специ али ста п{и-строителя]',,|и в разработ:<е опт}{п{ального ре1ления здан1.1я. Ё{есущие конструкции составляют скелет 3дания' и дело архи тектора представить и подчеркнуть эти конструк|(1111 для обеспече ния архитектурной вь[ра3ительности здания, отра}кая и определяя таким образом его назначение как вне1пнего объешта для разнь1х в3а иплодействующих систем соорух{ения.

[лава } нАгРу3ки нА высотнь!в 3дАния

Ёагрузки, действующие на здание' вь13ь1ваются природь| ил14 самим человеком' т. е. источника нагру3ок: геофизинеский

непосредст-

венно с|4лами

существуют два -и-й&"|Ё..".','а

Ё::?11

нагру3ки' являющиеся результатом ,#,3*#1##'подра3делить на гравитационнь1е' непрерь1в_

'.,*';*;:#нн'" метеоролог',..'."-

€ледствием силь] тя}кести является нагру3ка на веса' которая на3ь1вается постоянной нагрузкой течение срокаслу:кбьт 3дания.в ,р'[ЁЁЁ"1ксплуа таци|4 3дания созда1отся дополни}ельньте вертикайьньте времени. А4етеорологические нагру3ки по месту прило>кенйя и проявля1отся в -"т1:::"--::у_!:!''урьт й вла:кности' до)кдя' снега изменения ударнь]х воздет}ствий, создаваемь1х ма1]]инами, лифтами, у-::::1:"*им оборудованием' нагру3ки от дви)кения людей и о6о- рудования' ре3ультать] проявленйй взрь1ва и удара. Более того, в конструкциях соору)кения м!гут появляться у€илпя в процессе изготовления и строительства. {ля обеспечения уётойни во1й ;й': )кения мо}кет потребоваться предварительное напря){{ение' при ко_ тором так)ке во3никают внутренние усилия. [еофиз*тнеские 11 искусственньте иёточники нагру3ок на здание часто взаимно зависимьт. .}7[асса, размер, форма "'йй'Ёрй''ь} кон- струкций зда|1ия вь1зь1вают нагрузки .Б',рй.й 'Б.*'й'?ййБ"д'. н'- пример' если элеме}1ть1 здания ё{есненьт в условия температурньтх или влах{ностнь1х перепадов' то при этом возникают у-'лия в кон- струкциях здания. в_ :_':{:.'.зих разделах рассматриваются ра3- нь]е видь1 нагру3ок и их воздействий на зданйя. постояннь|в нАгРу3ки |1о отнотпению к гравитационнь1м силам, действующим на 3дание' нагрузки могут бьтть разделень| на две четкие йатегории: статические и динамические. ё"атй*..й'. нагрузки являются по стояннь1ми' {инамич_еские нагрузки всегда являются временнь1ми и изменяются во времени. _- -^||^'-::'" *нь]е нагрузки мо)кно определить как статические сильт' вь]3ванньте весом всех констру*ц"й й'эле'е"''" зда\1ия' 3ти сильт включают в себя вес вертикал!/ть:х несущих конструкций,. конструк 12 форме ветра' 14 льда. .-реди нагрузок ].{скусственного происхо}кдения мох{но вь1делить нагрузки' переменнь1 изменяющиеся во во времени и и оста_ ется постоянной в 3дание от его собственгтого

ц { Ф х о Ф А{ А

!дц Ёя *ц гф !АЁ

& А а о 2

гд у 0 Ф ы ! о т4 н ш

@

о

|/

он (,

н

о ц н о

о

ми эмпир1.1ческими коэффг:шиентами наде}кЁ1ости' относящимися к ус лов!{яш1 \{а1{с[11\{ально возмох<нь!х нагрузок. Беличиттьт нагру3ок приводятся в виде эквивалентнь]х равномер но распределеннь1х нагрузок и отдельнь]х сосредоточеннь1х нагру зок. 3квивалентнь1е равномерно распределеннь]е нагру3ки харак тери3уют переменньте действителБнь1е условия эксплуатационнь!х нагрузок. Белининьт, установленнь1е при аппроксимации действи тель!]ь1х нагрузок' являются достаточно 3авь1тпеннь1ми' 14сследова ние действительнь{х величин эксплуатационнь1х нагрузок в ра3лич нь]х адм].1нистративнь1х 3даниях показало' что максимальная на гру3ка составляет 200 кгс/м2 при рекомендуемой раснетной нагруз ке 400 кгс/м2. ||о результатам и3учения нагру3ок в >киль1х 3даниях максимальная интенсивность нагрузки за 10-летний период бьтла около 130 кгс/м2, в товремякакдля расчета принимается 200 кгс/м9 [1.1, а]. €осредотоненнь1е нагрузки характеризуют во3мо)кнь]е единич нь1е усилия' передавае\,ть1е в критических местах' таких' как ступень лестницьт, проходнь1е потолки' гарах{и для автомагпин (например, нагрузка от домкрата при 3амене тлиньт), и в других местах' подвер- >кеннь1х бёльтши м сосредоточен ньтм на гру3кам. !,отя мол<ет показаЁ'Ёщ*нто рекоменАа(ии дают сли1пком завьт 1пеннь1е нагру3ки' в расчетах всегда содер)кится элемент неопреде ленности. ,\{инимальнь1е нормируемь]е коэффишиегттьт безопасности дают гарантию в таких непредвиденнь]х' исключительнь1х ситуациях' как скот1ление людей во время официальньтх церемоний, венеров, ту1пения пох{ара |1лш лри перегру3ке частей зда\1ия. 1акие ситуа ции возникают при изп{енении функционального на3начения здаъ1у|я' замене мебели, внутренней г[ерепланировке' когда возмо)кно сосре доточение нагрузок на отдельнь1х площадях. Бероятность полной загру3ки одновременно ка)кдого квадрат ного метра ках{дого ме)кдуэтах{ного перекрь1тия весьма мала. !,ей ствительная 1{агру3ка зависит от загру)кеннь1х в разной степени ра3_ личнь1х площадей. (ак правило' чем ш1ень1пе площадь' тем больтпе потенциальная интенсивность нагрузки. 3ксплуатационнь]е нагруз ки на перекрь1тия никогда не бьтвают равномерно распределеннь1ми. €троительньте нормь1 учить1вают это введением пони)каюших коэф фициентов для в.ременнь1х нагрузок. Ёапример, строительнь]е нор мь1 1]]тата.Ёью-йорк 11 .17], рассмотреннь1е ни}ке' допускают вве_ дение 30%-ной эксплуатационной нагрузки на три верхних ме)кду эта}кнь]х перекрьттия и 5о/о-ное сни)кение по крайней мере 50% пред полагаемой нагрузки на ках{дое перекрь1тие. с 304-2. Бременньте нагрузки с 304-2.1. Фбщие поло'{ения 0) когда такое необьтчное сосредоточение нагрузок не иш!еет мес_ та' элементь1 конструкший и перекрьттий в пролете ме}кду поддер)ки вающими их конструкциями дол)кнь1 бьтть расснитань] на равномер- .' ,

ций перекрь]т'']й и покрытия' отделки ]1отолков' постояннь1х стен- перегородок, укра1пений фасада-, емкостей для храненй" *,''"р"'_ лов' ]\1еха]{ических распределительнь]х систе\'{ и т. п. сум{'ар нь:й вес всех этих элементов образует постоянную нагрузку }{а здание. €!итается, что определить вес материалов и таким образопл по стоят{ную нагрузку на здание достатонно просто. Фднак6 погре1п ность при определен}|и г{остояннь]х нагрузок_достигает 15-2о й бо- лее процентов в связи с трудностями точного анал|1за воздействгтй [|.1, а]. 1{а ранней_ стадии йроектирования расчетчику невозмо>кно точно определить вес еще не запроектированнь]х стройтельнь1х кон струк4ий. ( специальньтм гтеттесущим ко{-1струкциям' ко1,орьте не- обходимо вьтбр ать, относя тся пр едвари тель,1о и зготавлива емь1е па не- ли нару)кнь1х стен' устройства освещения' конструкции подвеснь1х лотолков' трубопроводь1' коммуникации, устройства электроснаб- >кения и элементь1 внутреннего оборудованиЁ. Бес элементов свя зей и соединительньтх деталей ,' ой''-"ию к весу стальньтх кар касов составляет несколько процентов. }дельнь:й "е" .'й*р'''',, по даннь1м поставтт1иков ил.у норм (кодов), не всегда .'й"'"',у*" весу производимьтх изделий. Ёоминальнь]е размерь1 строительнь1х изделий могут отличаться от действительнь|х ра3меров' например отклонение толщиньт бетонной 3аливки мо>т{ет достигать 1;2 сй. - Рядрассмотренньтх г{римеров показь1вает' что в условиях отсутст вия детальнь1х данньтх постояннь1е нагру3ки не моЁут'бьтть предска_ заньт абсолютно точно. этих нагру3ок в виде статических величин. Ё{агрузки, в,тзьтвае*цЁте оборудБв'"й*,,, назьтваются экс!]луата ционнь1ми. 3ти нагрузки включ1ют допускаемьтй вес людей,-ппебели, передви)кнь1х перегородок, сейфов, книг, тпкафов . !8*у'п",.'*', механического оборудоваттия (например, компьютеров' комш1ерче_ ских ма1п!!н), автоптобттлей' пропть,йле"ного ооору!ов7н"] , ,.." других полупостоянньтх или вреп{еннь1х нагрузой, которь1е дейст_ вуют на ко]{струкции 3да\1ия' но не включаются в постояннь|е на- грузки. в связи с потенциальной унгтверсальностью вь1сотньтх зданий практически Ё[евозмох{но |]редсказатьнагрузкр1' которьте будет испьт_ ть]вать соору)кение' 8дт:ако на основани1{ опьтта эксплуатации и проведеннь]х исследований для разных условий в''л" у"\)йовлень] рекомендуеп,{ьте величиньт нагрузот<. 3ти дан1_]ь1е в виде та6лиц на гру3ок приведень] в строитель1-1ых нормах вп{есте с предусмотреннь{_ \4 вРвмвннь|в нАгРу3ки Бреппенньте нагрузки отличаются от постояг1нь1х по своей природе: они являются переменнь]ми и непредсказуемьт. }4зменение времег]нь1х нагру3ок происходит не только во времёни, ции места прило)кения.3то изменениемо}кет бьтЁь т<ак }1 долговременнь]['{' что делае1' практически но и в фу".- 'р'"йБ'р.* *"_ невозп{о}к!-]ь]\{ ::ч '1' предска3ание

но распределенгтыеили сосредоточеннь{е нагрузки' с 3о4-2.2, в 3ависип,[ос', с) р авноплер *:-|:-:1Р.д.леннь1е временньте ,'",, ригели' за исключением нагрузки в складских ', ,'.о, *а! сокие напр я>ке11ия;

ука3ан фе в та6л. ие и3 них вьтзьтвыо/более вь1_

вь]м' так как экот'!омичность во3ведеЁ1]1я и 3атрать] ном случаоучить]ва1отся, а !'другом т1е рассматриваются. Буду_щй исследования по3вол.ят перейтй к более точг{ому определению дей- ствительнь]х условий т+агруйения зданий' монтАжнь!в нАгРу3ки Ёесущие конструкции обь:чно рассч'1ть1ваются на постоян_ нь1е и временнь1е г]агрузки. 8днако эле]\{ент конструкции в процес- се возведен|1я 3да\1ия мо}кет испь1тьтвать 3начительно б6льтпие на- гру3ки, чем расчетньте. 3ти нагрузки назь1ваются монтах{ньтми и представляют собой ва>кньтй .'мЁо1е"', которьтй .'.!у.{ у'"ть1вать при- _ проектировании. \а>кдьтй подрядчик разрабатьтвает-такой п1етод строительства' которьтй ка)кется ему экономичнь1м. х;;;^_';;;;'!'!"'*'*.' .'- проектировать здание исходя и3 определенного метода строитель ства' он мо}кет не знать |1ндивидуальньтх особенностей!ейельности подрядчика. €троители обьтчно сосредоточивают тя)келое оборудо ва]{ие и |4зделия на гтеболь:шой площади соору}кения. 3то приводит к сосредоточенньтм нагру3кам' которь{е могу{бьтть "'*'''"' больтпе предполагаемьтх расчетнь1х временных нагрузок' и в ре3ультате мо- *'ъ:|':ч'-"^1т1- обр у уе ни е .кон стр ук ци и с тро ящего ся з дани я . паиоолее трудной проблеп:оЁ: при возведен]ти птонолитнь1х х{е- лезобетон ньтх констр укци й я вля ет.й Бо..,.йй;;^д;;;;;;;,'.' ,р"- мени вь1дер>кки бетона перед удалением олалу6ки"и по!п,оЁтеи. ве- тон повь11шает свсю_ прочность со вре}1енеп{' но' поск0льку для под рядчика вах(нь1 сроки строительстЁа, он [.{о>кет снять оЁалубку до ]9.3:1'^ бетон гтабралдтинимальную ра.н"'"у}о прочность. |1ри этом гта несущий элемент п4о)кет передаться нагрузка'^пр.",'.'йщ'* -'о несущу1о способность, и произойдет оорушение. _^_{'""унь]е нагру3ки долх<ньт быть так>ке учтень1 при 11роекти. ровани|4 балки, которая рассчитана для условйй совмес{йой работьт с >келезобетонной пйитой ,"р."р,'"'' но во время строительства не имеет никакого временного крешления. 11оэ{ойу ;;;;; следует ;3;т#:'.на условия восприятия монта}кнь1х нагрузок п|,и рао6те Ёаиболее опасн н а п р я )к е н н ь, " * *,. #.#""ж "# " ::ы# т;; ; :,.; ,;Ё;::*тнъ: ::]-{ _:анели из форпльт. !{есбходим' .,'''., число и располо)кецие во3_ мо}кнь1х п{ест стр0повки. €ледует так2ке учитьтвать возмо)кность уда_ ра и давления на эле'\1ент, поёкольх)/ в процессе .1ранспортировки и ;троительства нагрузки п{огут. действовать " ;;6;';й{,р'"'""'". нАгРу3ки от снвгА, дождя и гололвдА Ёаблюдения за вь]сотой и плотгт0стью снегового покрова в течевие п'1ногих лет по3волили устаг1овить разумнь1е величиньт мак- симальнь1х снеговьтх нагрузок" - |1о даннь,й а'^'Брй?1йЁ[".? бюро погодьт на3начаются п,1инимальнь|е снеговь1е нагрузк и для ра3лич материалов в од

",",{' 6 алки и ли помеФн иях и нагру-

зок от подвих{ного принимают нагоу3ку

транспорта' а так)*{е когда несущи6

элементьт вос-

на покрь:ти. и'й мк5фт 6,,". Ёййй."']'!ду'*им

''*дое перекрь1тие с площади образом.

более 14 м',

(огда постоянная нагрузка ,.

й|.,,1ч'9"

-цо кгс/м2, коэффици_ ",Ё.{'",,'"

ент снижения &

дол:д<ен 6ыть не оо!ееб';._ й;;;;

гру3ка превьт1пает'1?.9_1:т1*''' а коэффициент сни}{ел^и^я критериев: 60%: 0^,03о/о д'" ди; 100% суммь1 постоянной

"'_ +эо кгс/м2,

временная дол}кен б',"! ,. о''.Ё '''й]Б;;;"" "'.руай? 'Ёй..

и3 трех

''*1Б!' о,: й; йБй!Ё]}й"'Ёй"* площа_ ''"$'''" )[ и време|,,'':_й'!ру зки !-!-,

подсленной на

4,33 временной'й'.|у,'ш

{_100 ж:'',,(,+#), 4) для колонн'-ригелей, второстепеннь]х крь]тия или пло1цади перекрь1тия' заисключением и стен фундаментов'

колонн' несущих стен поддер)к"'Ё'щ'" 1ц м, и'ли- 6о''.Ё',йщ'д, ,'_

нагрузок в склад-

ских помещениях но распределенная

и нагрузок 0т подви)кного транспорта'

равномер- эти элементы дол)кна ';;."й;;Ё'"{ "'.*"'. . от ь.;;;;;;;'"'.ру''*

бь:ть не

^врейенная "а"руз'а ^на

мень1пе следу1ощих

".'"'}'"', у^/., в разнь]х уровнях:.80%о на пок!ь:тие; 80% покрь1тием; 80% на второе перекръттие 1]]ения для ках{дого перекрьттйя-@ 75%,лд"^1р.Б"Ё|Б''дЁ них(е покрь1тия; 5о/о

умень_ ь5,/, д'' девятое'

седьмого перекрь{тия' считая

от покрыти о1'ьоий';;;#ъ,

десятое и последующие перекрьттйя, .нитая

от покрь{тия.

Ёормьт

':е унитывают, нто йременная нагрузка на конструкции здат:||1я умень1пается в связи со спосооностью неразрезнь1х систем перераспределять нагрузки в пРо4ессе своего деформироваттия. € другой сторонь{' г:есущая способЁость конструкций снийается' ког_ да они подверх{ень1 усталостньтм явлеЁ1иям в свя3и с и3менением в течение ряда лет в'етровьтх нагру3ок' 'йор,шй'ййй'БЁ."!.а.""'я, температурнь1х перепадов, осадйи не,рер"'вно изменяющимися на грузка[4и от'окру)кающей средьт. Фднако 6й, ,';;;;;;й кладка имеют тенденцию увеличивать прочность со вр-еменей' что приводит к повь]11]ению несмщей способнос|и конструкцй й из этйхйй'Бр''''". - - Бьтбор принймаемого конструктивного ре1пения зависит от изученности следую_щих трех ф1йторов: д.,:1'щйй"*'?;.ру.'., 11ойс3в материал| несущйх койстру!<шии' схемь1 передачи силовь1х воздействий от 3дания на грунт. \- учетопт этих трех факторов ин)кенф-конструктор разрабатьь вает рациональнь]е |!|.ечлля оценки работьт 'оЁстру{пйй, .''ру_ :.::31 " целом. |1ри этомдля оценки и"Ёенсивн'сти нагрузок исполь- зуют эмпирические вь!ра)кения. 3то йох<ет показаться противоречи. 16

17

плоских покрь]тиях при засорении водостоков. [}о \{ере с]{опления водьт кровля проггт6ается, что приводит к еще больтшеьлу скоплению и дополнительнь]м прогибагл. 3тот процесс г!а3ь1вается скоплением воды и мо}кет привести к вне3апнопшу обруп.тению по1{рь1тия. !ед обь;нно образуется на вь1ступаюш\их конструкцг1ях, особег;- но }1а }!ару)кнь1х элешгентах отдел1{1{' кото1]ь1евсбьтчнь:х условиях не испь1ть{ва1от других нагрузок' кроп/1е собс:твенгтого веса. |1оэтому не обходиьло проектировать и обеспечивать созд'ание таких элемег]тов' чтобьт из6ех<ать образоваттия тях{ель1х сосулек. 1{роме того, обле денение на скво3ньтх конструкциях приводит к увел{{чению не толь ко их веса' но и площади поверхг1ости' а следовательно' к повь1 1пени}о давления ветра. ввтРовь!в нАгРу3|(и ||ервьте небоскребьт не 6ьтлтт уязви1\{ь1 с точки 3рения послед_ ствия гори3ФЁ12;'1БЁБ1[ ветровь1х нагрузок. [овольно большлой вес несущих стен из кладки не позволял ветровь|п{ нагрузкам превзой_ ти уравнове1пивающие силь1 тя)кести. !аке когда в конце 1300-х годов система несущих стен бьтла 3аменена >кесткой каркасног} кон струкцией, силь1 тя}кести оставались осг1овнь]п,1 определятощим фак- торо\{ проектирования. 1ях<ельте фасадь] и3 кам]тя с небольтшипци проема},{и' близко располох{еннь]ми колоннам].1' п{ассивнь1ш!и конст Р}к{иями каркаса и тях{ель1\,|и стенап{и_перегородками об.падают таким весом' что ветровь1е нагрузки пока не представляют больтпой проблемьт. Ёебоскреб и3 стекла и стали 1950-х годов с его опти1\1гальнь1м внут ренним открь1тьтм пространством и относительно небольтпим весом первь1м столкнулся со всей слох{ностью ветровь]х нагру3ок. € при п{енение\{ легкого стального каркаса вес перестал бьтть фактором, ограничивающиш1 возмох{ную вь1соту зданий' 3ра вьтсотного строи_ тельства связана с новь1\,{и проблемами. {ля сни>кения постоя]|11ь]х нагрузок 1{ создания больтших, более гибких простра]{ственнь1х ре_ гпеттий бьтли введеньт балки больгшого пролета' перед'ви)кнь]е нене_ сущие внутре}1ние перегородки т.1 ненесущие ограх{дающие конст_ рукции. Бсе эти мероприятия существенно у},{ень1пили )кесткость зданий. 1еперь- гори3онталь11ая х{есткость соору}кения становится более ва>кньтпл фактором проектирования' нем йро,ность. Бетровьте нагрузки для проектировш1р]ка вь1сотнь]х зданттЁ'т превратились в более ва>кную ::роб,тему. 8оздействие -ветра на здание является динап{ическим и опреде ляется такип{и факторами окрух{ающей средьт, как рельеф и фБрпла территории, гибкость и особеглности фасада самого здания' распо_ ло}ке}1ие соседних здат+ий. (ак такие факторьт, как скорость' направ_ леь'ие и характер ветра определяют его воздействие на здагтие? €чорос3ь ветра. {игтайнеский характер ветра иллюстрируется рис. |.3. 3аписи скоростей ветра регйстрируются гта определенной вь]соте' характери3уя два явления: достаточно постоянную среднюто

Рис. 1.2. .&[инимальгтьте с}1еговь]е нагрузт<и, кгс/пт2

нь]х райот{ов странь] (рис. 1.2) от 25 кгс/м2 на юге (1]1А до 400 кгс/м2 на северо-востоке странь1; 1 см снегового покрова в зависи\{ости от плотности весит прип,{ергто 0,96-1,35 кгс/м2. !агтньте о снеговь]х на гру3ках для отдельньлх районов приводятся в местнь1х строитель нь]х нормах городов и ш.{татов. €неговьте нагру3ки учить|вают только для покрь1тлй и других площадей здания' где мох<ет собираться снег' 1.1апример на соляриях' балкогтах, приподнятьтх над уровнем 3емли игровь|х площадках. .€неговь:е нагру3ки' согласно норма\,1' определяются максималь ной толщиной снега на грунте в данном районе. Бообще говоря' эти нагру3ки оказь1ваются вь11]]е нагрузок от снега на покрь1тия' посколь к} !ь{х:1ь1й снег с крь11п сдувается ветро\'1' а сам снег подтаивает и испаряется в связг1 с потерями тепла через конструкции покрь1тия. 6бьтчгто нормь1 устанавливают проценть1 сни}кения снеговь1х нагру_ зок для скатнь{х крове'1ь' с которь]х снег мо)кет спол3ать. Фднако в определенньтх случаях особенности кровли могут оказь1вать влияние на потоки ветра, что приводит к появлению на г{окрь1тии местнь{х снеговь1х мешков. {,отя вода не часто учить1вается при определении временнь]х на_ грузок' ее-следует' конечно' принимать во вниман].1е при проекти_ ровании. Ёагрузки от до)кдя обь:чно мень1]]е снеговь]х нагрузо1(' но следует помнить' что скопление водьт' весящей 1 тс/м3, мо)кет вь13_ вать 3начительнь1е нагру3ки. Боль:.пие нагрузки 1\,|огут возникать на

18

скорость ветра и и3меняющуюся скорость порьтвов ветра.,€ледова' тельно' ветровая нагрузка содерх{ит д,е сос'а, '1р''1"/' - .'.'"_ ческую и динамическую. 7 . €редняя 9к9р'.т:__,:]р', как правило' ,'"р'"''/, с вьтсотой рис. 1.4). €тепень ее увеличени" за"".", ной повер хности' так как в6 лизи зе'л' -й'у"'*.. (см. '} Б"Б/Бй"ос{е* зе'-

[ля пощунения р в кгс/м} при подстановке 1/ в м|с в формуле (!.1) вместо йоэффишиента 0,002558 следует принимать коэффициент, равньтй 0,062\3. 1(оэффишиеЁ1 6л 3ависит от формьт 3дан|1я и пологости кровли. Аля зданий пр\моугольной формьт €о :1,3, нто соответствует суммарному пол0х<ительному давлению на наветрен-ную поверх ность (0,8) и отрицательному давлению (отсосу) на 3аветрен!'ую Аля р в кгс|м2

''-"..' 'р ""^, } "|"р

б$ х $ ё

/

ь- \; Ё\ ъ $

Рис. |.3: ,1 _ действительная скорость ветра; 2 - сред!|яя с](орость ветра

ч

9ем значительнее влия.ние окру}кающих объектов (деревьев' скла_ док ланд1пафта, зданий), тем на больтпей вь1соте достигается мак симальная скорость ветра о*,* [1.7|. бетровые нагру3ки в соответствии с требованиями €троитель_ нь!х норм. 8 настоящее время проводятся широкие исследования по |''', у *-,,'"

49,2

Рис. 1.5. .]![аксимальньте скорости ветра на вьтсоте около 10 м вы1ше уровня грунта, м/с поверхность (0'5). €троительнь1е нормь1 1]]тата Ёьто-йорк рекомен_ дуют минимальнь1е 3начения ветровьтх нагру3ок в 3ависимости от вь]соть1 3дания. Ёормативнь]е величинь1 отЁтосятся к 3даниям пря м^оугольной Ф9г-'',' (рис. 1.6) и исходят из средней скорости ветра 120,7 км|ч (33,5 й/с) на вь1соте 9,!!5 пл. [1о формуле (1.1) полунаем: Р :0'06253 . 1,3 . 33,52: 91,3 кгс/м2. 3та нагрузка сопоставима с ука3аннь]ми нормативнь1ми требова" ниями. Аля зданий в плане в форме 1пестиугольн|1ка и восьмиуголь ника та6личнь1е значения могут бьтть сних<ень1 на 20%. Аля зда ний круглой п эллиптической формьт в плане это умень1пение со_ ставляет 40%. 1ребования норм недостаточнь1 для описан1.1я истинной слох<ной по своей природе картиньт воздействия ветра' поскольку они не учить[вают динамического характера вихревь1х потоков (импуль_ сив_н-ого воздействия ветра |1а поверхность соорух<ений). 14юкенерам-конструкторам необ4одимо разработать более ра_ циональнь:й подход к оценке динамического характера ветровь|х

Рие' !.4

определению воздействий ветра на вь1сотнь1е 3дания. €троительньте нормь|'.однако' пока €ще исходят и3 статического представления о воздействии ветра..Беличиньт скоростного напора определяются в 3ависип{ости от максимальньтх среднегодовь1х скоростей ветра |{а вьтсоте 9,15 м над уровнем земли по результатам'наблюд."йи ., 50-летний период. }4аксимальньте велйчийьт скорост"а вей дй" отдельнь]х _ регионов публикуются Американскйм бюро г{огодь1 (см.рис. 1.5). Бетровая нагру3ка на 3дание определяется по формуле р:0 '00255&€ о |2 , (1 . 1) где р - ветровая нагру3ка на-3дание' фунт/кв. фут; 6л - аэродина!\{ический :<оэффициент; 7 - максимальная средняя скорость йетра, миля/н. 20

21

воздействий. @сновньте факторьт, влияющие на величинь1 ветровь1х нагру3ок на вьтсоть]ьте 3дания, рассматриваются в послйую'1т.их ра3 делах. 1опографинеские особенности местности как опр9деляющий фак- :3ч ^--"-1Р ч:|х нагру3ок. 14сследова_н ия' вь1 полнен ные по прогр амме (боздеиствия земли на 3дания>> в }1ассанусетском техноло1ическом институте (мит)' вь|явили несколько типов ветровьтх воздействий и представляют собой основу для углу6ленного понимания дви}ке- ний воздуха в 3авис'1мости от 'о,о.рафии местно.'й [1.1ь:.

в центрё вертикальной пове!хности е наветренной стороньт, где дви}кение во3духа практически прекращается' и постепенно умень 1пается по мере возрастания скорости потока в направлении верха 3да|1ия (см. рис. 1.8, б, е). €ущественное влияние арочного проема обусловлено тем' что он располо}кен в том месте, которое при обьтнньтх условиях соот_ ветствует максимальному давлению (см. рис. 1 .8, а, в). |[ри этом проем создает во3мо)кность для перемещения воздутлной массь1 вь1_ сокого давления в 3ону, обьтчно характеризуемую ни3ким давлением'

\ \' Ё * * \*

0

а)

*Б ч Ё Б Б ч

0

0 50 /о7 /50 200 , [еп!о0ая н02!!/3к0 но спену,нгщ'

Рис. 1.6. Ёормьт тптата Ёью й'орк. ]у1инимальные ветровь1е нагру3ки на здания прямо угольгтой формьт

Р ис. 1.7. Ёаунно-исследователь ский центр ,\4ассанусетского технологического института ш.151

- Ёаунно_исследовательский цетэр мит--располо)кен в больтпот] площади к северу от р. 9арльз. }(1осто'у поло'(еньт-кварталь1 четьтрех- тельства бьтло отмечено' что возду1]]нь!е потоки вь1сокого давления постоянно перемещаю1с1.со сторонь1 реки в северном направлении вдоль полигона (рис. 1.7). €о времени строительства в центре !у1А1 6ьтли получень1 необьтч_ но вь1сокие с-корости ветровьтх потоков вокруг и ме)кду конструкция ми 3дания. Фсобенно бол^ьтшой скоростной йа,ор "ф; б;;ътмечен около аркадьт вьтсотой 6,3 м в основании здания' Брёменами скоро_ сти ветра достигал}{ таких величин' что г{е1шеходам бьтло трудно ми_ новать 3дание и открь1ть его двери. ]],ля объяснения полученной кар тинь1 проведень1 модельт{ь1е исследования в аэродинаь4ической тр убё. |1ри_этом получень1 следующие результать1. 1(огда во3ду1]]нь]е массьт двигались от р. 9арль3 и пересекали двор' они создавали у9 поверхност|| здания центра А4141 зону вьтсокого давления. йсследования в аэродинамйческой труб"с: (см. рис. 1.3) показали' что наибольтпее давление ветра имеет место 22 центре " "','лу рас_ и лятиэта>1<ньтх зданий. Бще до строи

ш

1.8.-.йзобарьт давления ветра по ре3ультатам наблюдений в центре ш.151 ра-споло)кенную с 3аветренной сторонь: здант1'я (см' рис. 1.8, а). 3бъединяя эти даннь]е' легко объяснить, почему скорости ветра' зарегистрированнь!е под аркадой здания и в6лизтц нее' временами в два ра3а превь11пали скорость ветра на той >ке площадке. }{о:кно отметить' что скорость ветра (а следовательно' и его дав ление) не обязательно увеличивается с повь1тттением вь1соть1' как предполагается строительнь1ми нормами. [авление является наи больтпим посередине вьтсоть1 здану|я с аркадой (см. рис. 1.8, е) или в основании для зда\1|4я без проемов (см' рис. 1.6, с). [{а правл ение ветра. |1ер емещен и я зданий опре.деля!отся наг{р ав лением ветра. 1(огда воздутшньтй поток дви)кется в определенном направлении и сог{рикасается с поверхностью 3дания' во3никает опрокидь1вающая сила.3та сила проявляется в видедавления ветра' Рис. мит

о'

которое мо}кет увеличиваться при повь11пении ли6о скорости ветра' либо площади поверхности сопротивления. боздеиствие ветра более чем на одну вертикальную поверхность зда\1ия мо)кет вь13вать деформации соору>кения в двух направле- ниях (рис. !'9, Ф. 1.г_тч{:::_,,ЁЁ ,ф'вление ветровой нагрузки мо)кно ра3ло)кить ":з:: составляющ"е, .'.'р''е оказь1вают давле- ние на две поверхности.

мере роста массь] во3духа' проходящей через постоянную площадь прострат{ства3а одно и то )ке время' при эт0м во3никаюттурбулент_ нь1е потоки воздуха (рис. 1.11). 3ффект Бентури, показанньтй на рис. 1.12, представляет собой одно из во3мох<нь1х проявлений турбулентнь1х ветровь]х воздейст вий' 1урбулентньтй поток во3никает' когда двих{ущийся поток воз_ духа преодолевает у3кое пространство т\,1Фкду двумя вь1сокими зда_

а)

б)

дл т

Ал ]- |1 ! .---.,

")

0впер

)н] 1

Рис.1.10. |1рогибьт от статической на. гру3ки (а), дина мические колеба ния (б) 1 _ средняя скорость: 2 _ скорость порь|вов ветра

Рис. |.9. Фдно. осцое перемеще. ние (а)' изги6 в двух направ. лениях (б)

7 ,_

А0 -т-

--^ !"'"6 в двух направлениях мох<ет приводить как к ному' так и к отрицательному в направлении ветра мо){(ет 6ь:ть йеньтпе при действии вето ""'Бй;;;;"ъфцтЁЁ"ъ',3,!##"".""тён:*Ё}11,."',,.,.- мещения при изгибе_в двух направлени"х. д'"йЁйй;;;Б" всегда является максимальным' если Ёетер направлен перпендикулярно поверхности здания. !гда возду]шнь'й ,о',к подходит к поверхности 3дания под углом' отличнь1м от 90', 3начительная часть ветрового воздействия' естественно' затухает. Фднако при ветровьтх нагрузках' вьтзь1вающих деформирование зда!1ия в АРух ''1зч*: перпендикулярньтх направлениях' возни_ кают дополнительные напря)кения сдвига и кручения в несущих конструкциях' которь1е не наблюдаются при перемещениях в одном на|1равлении. - {ав'пение ветра. А.авление ветра обусловлено двумя отмечен_ нь1ми факторами - средней с^оройь'о и скоростью порь1вов ветра (пульсацией скоростного напора). |1оскольку средние статические скорости при нимаются осредненнь]ми для оойь:,й{ !БЁ"йБ!, давле. ния так)ке 9Бо''91Ф1€{ средними и вь!3ьтвают статические прогибьт зда 31 Ф"' 1' 10). |!ульсация скоростного напора вь13ь1вает динамиче- ское воздействие и при водит к дополни тельнь1м перемещениям' кото_ рь1е могут достигать величин статических прогибов', ' д],' ]"в""х зда. ний это динамическое воздейст,""''йЁ. стать преобладающим фак тором нагрузки. ?акие динамические колебан'" "''Б'й.я баф_ тингом (вибрацией при порь]вах ветра). с'й;;;;!!Ё{у!}", "'.- никающие при порь|вах ветра' вьлзь:йают колебания .д'Ёй';_,р"'*у щественно в направлении' лараллельно -'йй ;';;{;:"?;;;; ;Ё;н, ;;;;# "1# ъж:.:??..,ъж " ,.. пятствие' так0е' как здани.е, он перемейается к его краям и создает поток воздуха повь1шенной скорости. €корост'ь ,.'р{- й',р'.тает по 24 воздейстБию на здание. |1еремещение соответствующих величин поло)китель_

ниями. €корость ветра в этом пространстве превь1шает скорость дающего потока. Б любом турбулентном потоке полох{ительное давление регист рируется в течение времени' пока во3дух соприкасается с ||0вё![:

8оз0ушный п0п0к с 8ьусокой ск0Р0спью

Рис. 1.11

Рис. \.\2

ностью 3Аания' 1(огда поверхность здания сильно вь1пуклая или ветровой поток очень бьтстрьтй, масса воздуха отходит от здания' со3давая при этом мертвь1е 3онь! отрицательного давления' Б этих зонах пони}кенг1ого давления во3никают вихри и 3ав}1хрения. |акие потоки показань| на рис. 1.13 для заветренной части здания. 8ьь ходящие угль1 на наветренной стороне значительно сних<ают воз действие ветра. Бихри представляют собой во3ду11]нь1е потоки вьтсокой скорости' которьте вь]3ь1вают круговь1е восходящие течения и всась1вающие струи вблизт4 вАания. 1(огда периодичность'вихрей вокруг здания прибли>кается к периодам его собственнь:х колебаний, возникают колебания соору)кения. |1оявляющиеся при этом дви)кения обьтч_ но перпендикуляр}{ьт направлению ветра (рис. 1.14).

25

ка происходит поврФкдение ме6ели и.о6оруАования' во3никают нё при,тньте звуки от перекоса тпахт лифтов' потоки во3духа просачи ваютсячере3оконгтьтепроемь:'сль]шнь|(завь1вания)ветравокруг здантцй. "^*Б'й.*''орьтх 40_ и 50-этакнь1х 3даниях в Бью-йорке вследст виеинтенсивногораскачива|114яи1пумалюдямбьтлоневозмо)кнора а;;';. €лу>кащие регулярно отказь1вались работать при сильнь1х ураганнь]х ветрах. €тр анньте явления' наблюдавп-тиеся снару*" '-.'::::::1 :{1:':-1'' такх{е вь13ь1вали дискомфорт и раздра)кение как обитателей здании' !,й й ,1од*й, находивтшихся в6лизи. Б результате изменен1{я харак

9астота срь]вов вихрей является функшией формьт и размеров дания и част0 мо>кет бьтть умень1пена с помощью грубой отделки оверхности стен и лри во3ведении зданий нерегулярной формьт. 3авихрения' которь1е образуются практически так )ке' как вих и' представляют собой медленнь]е круговь1е потоки во3духа' вь} ь]вающие небольшие ощущаемь1е колебания зданий.

Рис. 1.14 тера ветрового ре)кима' порьтвь1' так >ке как вихревь1е потоки в ство рЁ.д'"йа' .р,'Ё'л'а разве1шен]|ое белье, повре)кдали :?д:!_:1^'" *'- вали открь1тьте двер" автомобилей, поднимали мусор' пекоторь|е )ки тели считали невозмо)кнь]м поль3оваться балконами (кроме совер- ;-;;;;;;*;' дней) в свя3и с постояннь1ми црбулентнь]ми потока ми во3духа вдоль нару)кнь1х стен 3дания' Более того' возмо>кное растрескивание и паде|тие оконнь1х стекол представляет серье3ную угрозу для проходящих вни3у людеи' 9исло этих примеров мох<ет бьтть продол)кено' Ба>к:то_отметить тот факт, что это воёприятие людьми ветровь1х воздействий и их влияние на )ки3недеятельность внутри и снарух{и зданий становится .Бр,-.",'* фактором, которьтй необходимо учР1ть1вать при проекти_ оовании современнь1х вь1сотнь1х зданий' ,""а;;;';;;;:'"ё7'й','а действительньтй хар актер- воздействий ветранавь1сокие3да:11иятолькогтачинаетизуч-аться.!.лянахо>кде. ния правильнь1х ре1пений этпх актуальнь1х проблем г1роектировщики долх{нь1 попь1таться: а) использовать ре3ультать1 аэродинамических испьттаний на моделях для получения полной информации о характере ветра и ветровь1х нагрузках; - 81 р'.р'боЁ]ть анали'*,еские вь1ра)кения и формуль1 для исполь зования ре3ультатов испь[тании; в) совёрйенствовать существующие принципь1 строительства' исполь3овать затухание в йатериале и конструк11иях' ограничивать гибкость сооруйений' совер1шенствовать оформление фасадов]"1 объемно-плани ровочнь1е формьт. 27

Р.::с. ].13

Босприятие людьми ветровь|х воздействий. 3осприятие людьми етровь1х воздействий как внутри 'так и вне зданий является ва>к ьтм фактором' которь1й следует учить]вать при проектировании вь1 отньтх эданий. 14нтенсивньте боковьте колебания' которь1е могут воспринимать есущие конструкции 3дания' необходипло сни}кать до величин пре ельнь1х перемещений, допустимь1х для людей. Ёекоторьте обитатели остроеннь]х зданий испь1ть1вают неприятнь1е о|цущения от качания даний. Фт:и нувствутот колебания и кручение соорух<ений. }}4зред'

6