Технология возведения высотных монолитных железобетонных зданий

Рекомендовано в качестве учебно-методического пособия

для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки

08.03.01 «Строительство»

2020

УДК 624
ББК 38.5

Д68

Рецензент:

В.П. Попов — доктор технических наук, профессор,
заведующий кафедрой технологии и организации

строительного производства Самарского государственного

архитектурностроительного университета

Доркин Н.И.

Д68
Технология возведения высотных монолитных железобетонных зданий : учебнометодическое пособие / Н.И. Доркин, С.В. Зубанов. —
Москва : ФОРУМ : ИНФРАМ, 2020. — 240 с. — (Высшее образование).

ISBN 9785000910573 (ФОРУМ)
ISBN 9785160106663 (ИНФРАМ, print)
ISBN 9785161028278 (ИНФРАМ, online)

В учебнометодическом пособии рассмотрена технология возведения

высотных монолитных железобетонных зданий: особенности производства
опалубочных, арматурных и бетонных работ, контроля качества монолитных железобетонных конструкций.

Пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 08.03.01 «Строительство», а также для

саморегулируемых организаций.

УДК 624
ББК 38.5

ISBN 9785000910573 (ФОРУМ)
ISBN 9785160106663 (ИНФРАМ, print)
ISBN 9785161028278 (ИНФРАМ, online)

© Доркин Н.И., Зубанов С.В., 2015
© Издательство «ФОРУМ», 2015

слушателей курсов повышения квалификации,организуемых в рамках

Глава 1
ОБЪЕМНОПЛАНИРОВОЧНЫЕ
И КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ
ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ

Высотность влияет на выбор формы и объемнопланировочные решения зданий независимо от их функционального назначения. Высотные здания чаще всего проектируют преимущественно
башенного типа с центричной формой плана. Для минимального
ограничения инсоляции примыкающей застройки высотные сооружения рассчитывают на устойчивость ветровым воздействиям.
Опасность воздействия усиливается при резонансном вихревом
колебании, если отношение высоты здания к его наименьшему
поперечному размеру в плане больше его горизонтального сечения. Исходя из этого горизонтальное сечение принимают
(до 40×40, 50×50, 40×60 м) в зависимости от высоты. Для снижения
ветровых воздействий чаще всего форму здания выбирают цилиндрическую в виде круга или эллипса, пирамидальную и призматическую.
Все высотные здания строятся с округленными углами. Для
увеличения их общей устойчивости прибегают к расширению
сечения к основанию в одном или двух направлениях. Самой эффективной в аэродинамическом отношении является башня пирамидальной формы, но редкое использование такой формы объясняется объемнопланировочными и конструктивными соображениями. В таком здании нужна поэтажная смена планировочных
решений.
На выбор пропорции высотных зданий влияют нормативные
ограничения горизонтальных перемещений верха здания с учетом
крена фундаментов в зависимости от его высоты.

Величина горизонтального перемещения верха здания с учетом крена фундамента для зданий высотой до 150 м составляет не
более 1/500H, свыше 250 м — 1/1000H.
На объемнопланировочные и конструктивные решения влияет целый ряд факторов, приводящих к увеличению их стоимости.
Размещение в объеме здания горизонтальных несущих конструкций в виде ростверков и консолей, занимающих пространство отдельных этажей, 20—30 % объема здания занимают лифтовые
шахты, машинные отделения, а также лифтовые холлы. Необходима площадь и при устройстве технических этажей для размещения
инженерного оборудования, насосных станций, зональных элементов внутреннего теплоснабжения, вентиляционных систем,
элементов хозяйственнопитьевого и пожарного водоснабжения.
Для временного пребывания населения устраивают горизонтальные пожарные отсеки.
Шаг ростверковых конструкций по высоте здания составляет
15—25 этажей. Образуемую несущую систему называют конструкцией «по принципу бамбука». Особое значение в конструктивной
схеме здания отводится обеспечению пожарной безопасности, для
чего устраивают противопожарные отсеки, в которых применяют
несгораемые конструкции с высокими пределами огнестойкости,
устройством незадымляемых лестниц и лифтовых шахт, специальных систем дымоудаления, пожарной автоматики, скринклерных
установок.
Здания членят на вертикальные и горизонтальные пожарные
отсеки: по вертикали — противопожарными перекрытиями, по горизонтали — стенами. Предел огнестойкости противопожарных
преград должен составлять в зданиях высотой до 100 м 3 ч и более,
при высоте 100 м — 4 ч.

1.1. Конструкции высотных зданий

Основополагающим при разработке конструктивного решения высотного здания является выбор конструктивной системы и
материала несущих конструкций, наряду с решением отдельных
конструктивных элементов, обеспечивающих комплексную безопасность эксплуатации высотных зданий. Конструктивная систе4
Глава 1. Объемнопланировочные и конструктивные решения...

ма представляет взаимоувязанную совокупность вертикальных и
горизонтальных несущих конструкций здания, которые совместно
обеспечивают его прочность, жесткость и устойчивость. Горизонтальные конструкции перекрытия и покрытия здания воспринимают приходящиеся на них вертикальные и горизонтальные нагрузки и воздействия, передавая их поэтажно на вертикальные несущие конструкции. Последние, в свою очередь, передают эти
нагрузки и воздействия через фундаменты основанию.
Горизонтальные несущие конструкции высотных зданий, как
правило, однотипны и обычно представляют собой жесткий несгораемый железобетонный диск — монолитный, сборномонолитный, сборный либо сталежелезобетонный.
Вертикальные несущие конструкции более разнообразны. Различают стержневые (каркасные) несущие конструкции, плоскостные (стеновые, диафрагмовые), внутренние объемнопространственные стержни пологого сечения на высоту здания (стволы жесткости, объемнопространственные наружные конструкции на
высоту здания в виде тонкостенной оболочки замкнутого сечения). Соответственно примененному виду вертикальных несущих

1.1. Конструкции высотных зданий
5

Рис. 1.1. Основные конструктивные системы высотных зданий:
а — рамная; б — оболочковая; в — диафрагмовая; г — ствольная

конструкций различают четыре основные конструктивные системы высотных зданий — каркасную (рамную), стеновую (бескаркасную, диафрагмовую), ствольную, оболочковую (рис. 1.1).
Основные системы ориентированы на восприятия всех силовых воздействий одним типом несущих элементов. Наряду с основными применяются и комбинированные конструктивные системы, в которых вертикальные несущие конструкции компонуют,
сочетая разные виды элементов. К их числу относятся системы:
каркаснодиафрагмовая со связями и в виде стендиафрагм жесткости, с неполным каркасом (несущие наружные стены и внутренний каркас, каркасноствольная, ствольностеновая и ствольнооболочковая (рис. 1.2).
В комбинированной системе может сочетаться несколько типов вертикальных несущих элементов и схем их работы. При таких сочетаниях полностью или частично дифференцируется восприятие нагрузок и воздействий. Такое разделение позволяет упростить построечные работы и четко увязать конструктивную
систему с планировочной.

6
Глава 1. Объемнопланировочные и конструктивные решения...

Рис. 1.2. Комбинированные конструктивные системы:
І+ІІ — каркасностеновые (диафрагмовые), І+ІІІ — каркасноствольная, ІІ+ІІІ —
ствольностеновая, ІІІ+ІV — оболочковоствольная, ІІІ+І — оболочковокаркасная

1.2. Конструктивные решения

Стеновая система

Стеновая система в высотном строительстве применяется редко. Каркаснорамная конструктивная система служила основой
для создания небоскребов вплоть до конца XX в.
В качестве основного материала был стальной каркас с разными типами сечений элементов (прокатных, открытого и закрытого
сечений и сварных) и способов соединения — заклепочных, сварных, болтовых. Аналогичную эволюцию претерпели и конструкции железобетонных каркасов. Здесь в тех же трех расчетных схемах освоено возведение как монолитных, так и сборных конструкций.
В бывшем СССР промышленность выпускала сборные железобетонные конструкции для каркасных зданий различного назначения высотой до 35 этажей. Каркаснорамные сборные железобетонные конструкции получили применение в сейсмостойком
строительстве (до 9 баллов включительно) в зданиях высотой до
20 этажей.

Ствольная конструктивная система

Основная несущая конструкция здания, воспринимающая нагрузки и воздействия, содержит в себе вертикальный пространственный стерженьствол жесткости (закрытого или открытого сечения) на всю высоту здания.
Поскольку ствол чаще всего располагают в геометрическом
центре плана, появился термин «ядро жесткости». Ствольная система часто используется в высотном строительстве.
Наилучшие условия для пространственной работы конструкции ствольных зданий обеспечивает строго центральное расположение ствола в плане и геометрическое подобие форм планов здания ствола (рис. 1.3).
Основной вариант ствольной системы преимущественно для
гостиниц и офисов — высотой до 30—40 этажей, комбинированный до 50—70 этажей. Все варианты ствольных зданий отличает
повышенная сопротивляемость ветровым и сейсмическим воздействиям.

1.2. Конструктивные решения
7

Оболочковая конструктивная система

Самая жесткая система получилась при отнесении несущих
конструкций к внешнему контуру здания, который обеспечивает
сооружениям наибольшую величину момента инерции их сечения
при горизонтальных воздействиях. Оболочковая система применяется при проектировании самых высоких зданий. Конструкцию
оболочки выполняют как из стальных элементов, так и из железобетона. Железобетонные оболочки выполняют монолитными или
сварными. В настоящее время оболочки делают монолитными из
тяжелого бетона, с последующим утеплением внешней оболочки.

1.3. Конструктивные элементы

1.3.1. Фундаменты высотных зданий

Все здания и сооружения, а особенно высотные, проектируют
на базе результатов проектных, тщательных и всесторонних инженерногеологических и инженерногидрологических изысканий,

8
Глава 1. Объемнопланировочные и конструктивные решения...

Рис. 1.3. Схемы, формы и размещение внутренних жесткостных элементов ствольных зданий закрытого и открытого сечений:
а — в башенных; б — в протяжных зданиях

по результатам котрых определяют несущую способность основания, его осадок и их неравномерности, общие устойчивости основания.
Случаи неблагоприятного прогноза служат основанием для отказа от выбранной площадки строительства по требованиям безопасности или высокой стоимости мероприятий, а также для снижения влияния этих процессов.
Изыскания, проведенные в полном объеме, позволяют выявить возможное влияние строительства высотного здания на окружающую застройку. При выполнении работ нулевого цикла в
период экскавации огромного объема грунта, а в период эксплуатации изза влияния осадки основания под нагрузкой высотным
зданием, как правило, требуется выполнить устройство шпунтовых стенок в грунте по периметру котлована. В процессе эксплуатации здания необходимо вести постоянный мониторинг инженерногеологических процессов. Конструктивными решениями
чаще всего являются: буровые опоры глубокого заложения, забивные сваистенки, а также висячие сваи, свайноплитные конструкции, монолитноплитные и коробчатые, а также ленточные
фундаменты и массивные свайные буронабивные фундаменты
глубокого заложения под отдельные опоры, при которых нагрузки
до 50—100 тыс. т приходятся на отдельные редко расположенные
опоры. Глубина заложения таких фундаментов может достигать до
30—40 м.
Оптимальные условия взаимодействия здания с основанием
создаются за счет объемнопланировочных решений, устройства
подземных этажей. Использование свайноплитных фундаментов
с глубокими буронабивными сваями — один из вариантов выбора
и устройства фундаментов небоскребов.
В нашей стране уже использовались железобетонные коробчатые фундаменты при строительстве главного здания МГУ на Воробьевых горах, и этот способ оправдал себя в процессе полувековой эксплуатации. Часто используется конструкция фундамента в
виде единой мощной плиты толщиной более трех метров. При недостаточной несущей способности плитная конструкция фундамента дополняется буронабивными опорами и плавно переходит в
свайноплитный фундамент, повышающий взаимодействие здания с основанием.

1.3. Конструктивные элементы
9

1.3.2. Надземные конструкции высотных зданий

1.3.2.1. Арматурные каркасы колонн

Конструкция внутренних стен и колон высотных зданий по
существу технического решения мало отличается от применяемых
в зданиях высотой до 75 м. Наиболее существенное отличие заключается в увеличении их сечения, как по требованию увеличения несущей способности, так и по возросшим требованиям к
пределу огнестойкости (от REI180 — в зданиях высотой до 100 м
и до REI240 — в более высоких зданиях). В соответствии с высокими требованиями к несущей способности вертикальных несущих конструкций для них применяют бетон класса по прочности
на сжатие не менее В30 (в нижних этажах сечение по высоте предусматривается двухсторонним симметричным армированным).
Применение бетонов высоких классов по прочности на сжатие
(В50, В75) для колонн с гибкой арматурой позволяет уменьшить
их сечение (рис. 1.4).

Для наиболее высоких зданий вместо оболочковой системы
применяют каркасноствольную с наружными мегаколоннами из
трубобетона. Процент армирования трубобетонных колонн со10
Глава 1. Объемнопланировочные и конструктивные решения...

Рис. 1.4. Сечение колон высотных зданий с гибкой арматурой