4.5 Для висотних будинків простої геометричної форми аеродинамічні коефіцієнти визначаються згідно з додатком 1 ДБН В.1.2-2. Для будинків складної конструктивної і геометричної форми ці коефіцієнти необхідно визначати за результатами випробувань моделей висотного будинку в аеродинамічній трубі з врахуванням взаємовпливу між висотним будинком та існуючою забудовою. Методика проведення випробувань на моделях висотних будинків наведена в додатку В.
4.6 При проектуванні висотних будинків співвідношення висоти до мінімального розміру поперечного перерізу будинку не повинно перевищувати h/d = 7 (де h - висота будинку, d – мінімальний розмір поперечного перерізу, розташованого на рівні 2/3 h).
Якщо вищезазначене співвідношення h/d > 7, необхідно:
а) виконувати перевірочний розрахунок на вихрове збудження (вітровий резонанс);
б) враховувати можливість появи аеродинамічне нестійких коливань типу галопування.
4.7 При розрахунках висотних будинків із несиметричною формою поперечного перерізу типових поверхів, а також у тих випадках, коли центр мас типових поверхів не збігається з їх центром жорсткості, необхідно враховувати можливість появи аеродинамічно нестійких коливань типу дивергенції. Розрахунки на вітровий резонанс та галопування допускається виконувати за вказівками додатка В.
4.8 Для забезпечення вимоги 7.2 цього документа жорсткість конструктивної системи (несучого каркаса) висотного будинку необхідно призначати такою, щоб при дії вітрового навантаження, прийнятого з коефіцієнтом надійності за навантаженням γfm = 0,7, прискорення коливань на рівні покриття не перевищувало 0,08 м/с2.
4.9 Несучі і огороджувальні конструкції висотних будинків необхідно розраховувати на кліматичні температурні впливи відповідно до вимог ДБН В.1.2-2 та передбачати в конструктивних рішеннях заходи з мінімізації зусиль і деформацій, викликаних змінами температури зовнішнього повітря або нерівномірним нагріванням конструкцій.
4.10 При розрахунках несучих конструкцій, основ та фундаментів висотних будинків, які відносяться до споруд першого рівня відповідальності згідно з ДБН В.1.2-14, при висоті будинків від до включно необхідно приймати коефіцієнт надійності за відповідальністю γn = 1,10, а при розрахунках ненесучих, огороджувальних та інших допоміжних елементів, конструкцій і їх кріплень γn =1,0.
4.11 Будинки заввишки більше дозволяється будувати на майданчиках сейсмічністю 5 і 6 балів за шкалою MSK - 64. Проектування та будівництво висотних будинків на майданчиках сейсмічністю 7 балів і вище необхідно виконувати згідно з вимогами ДБН В.1.1-12, індивідуальними технічними вимогами та при науково-технічному супроводі згідно з ДБН В.1.2-5.
4.12 Сейсмічність майданчика будівництва визначається згідно з наведеними в ДБН В.1.1-12 картами сейсмічного районування та результатами мікросейсморайонування.
4.13 Розрахунки висотних будинків на сейсмічні навантаження необхідно виконувати обов'язково як за спектральним методом, так і за прямим динамічним методом із використанням інструментальних записів прискорень ґрунту або рекомендованого набору синтезованих акселерограм згідно з ДБН В.1.1-12. При цьому розрахункові значення переміщень, зусиль та напружень приймаються не нижче їх значень, визначених за спектральним методом.
4.14 При визначенні сейсмічних навантажень за спектральним методом згідно з ДБН В.1.1-12 відносне горизонтальне прискорення ґрунту для сейсмічності 5 балів необхідно приймати 0,025g (25 см/с2), для 6 балів - 0,05g (50 см/с2). За відсутності інструментальних записів значення вертикальних прискорень ґрунту дозволяється приймати 0,7 від значень горизонтальних прискорень.
4.15 При проектуванні висотних будинків слід обов'язково враховувати вертикальну і крутну складові сейсмічних навантажень, а також додатковий момент від вертикальних навантажень (статичних і сейсмічних) з урахуванням горизонтальних переміщень будинку при сейсмічних діях з використанням просторової динамічної моделі у відповідності з вимогами ДБН В.1.1-12.
4.16 При розрахунку залізобетонних та металевих несучих елементів висотних будинків (колон, пілонів, стін, простінків, діафрагм жорсткості) слід враховувати вертикальні і горизонтальні сейсмічні навантаження згідно з вимогами 2.5.2 ДБН В.1.1-12.
Згідно зі спектральним методом розрахункове значення горизонтального сейсмічного навантаження Ski, прикладеного до точки k і яке відповідає i-ій формі власних коливань будинку, необхідно визначати за формулою:
Ski = k1 · k2 · k3 · S0ki , (4.1)
де k1 - коефіцієнт, що враховує непружні деформації і локальні пошкодження елементів будинку, який приймається 0,3;
k2 - коефіцієнт відповідальності будинку, який приймається 1,10;
k3 - коефіцієнт, що враховує поверховість будинку вище 25 поверхів, визначається за формулою:
k3=1+0,04 · (n-25), (4.2)
де n - кількість поверхів у будинку. Максимальне значення k3 приймається не більше 2,0;
S0ki - горизонтальне сейсмічне навантаження за і-ою формою власних коливань будинку, що визначається у припущенні пружного деформування конструкцій за формулою:
S0ki=Qk · a0 · kгр · βі·ηki , (4.3)
де Qk - навантаження, що відповідає масі, прийнятій у якості зосередженої у точці k і визначається з урахуванням коефіцієнтів сполучень згідно з табл. 2.1 ДБН В.1.1-12;
a0 - відносне прискорення ґрунту, яке приймається 0,025 і 0,05 відповідно для районів сейсмічністю 5 і 6 балів;
kгр - коефіцієнт, що враховує нелінійне деформування ґрунтів, приймається 1,0;
βі· - спектральний коефіцієнт динамічності, що відповідає і-ій формі власних коливань будинку; приймається за рис. 4.1 або за табл. 4.2;
ηki - коефіцієнт, що залежить від форми власних коливань будинку і від місця розташування навантаження; визначається згідно з 2.3.1 ДБН В.1.1-12.
Визначення сейсмічних навантажень за прямим динамічним методом наведено в додатку Г.
Рисунок 4.1 - Графіки коефіцієнтів динамічності βі в залежності від періоду власних коливань Ті
та матеріалу несучих конструкцій будинків
Таблиця 4.2 - Значення коефіцієнта βі
|
Матеріал несучих конструкцій |
Ділянка графіка βі при значенні Ті |
Значення βі або формула для розрахунку і βі (Ті ) |
|
Залізобетонні конструкції з коефіцієнтом дисипації 0,1 (0,5 % від критичного загасання) |
При Ті ≤ 0,5 с |
1+4Ті |
|
|
При 0,5 с < Ті ≤ 3 с |
3 |
|
|
При Ті > 3 с |
8/Ті 9/10 |
|
Металеві конструкції з коефіцієнтом дисипації 0,05 (2,5 % від критичного загасання) |
При Ті ≤ 0,5 с |
1+8Ті |
|
|
При 0,5 с < Ті ≤3с |
3 |
|
|
При Ті > 3 с |
21,5/ Ті4/3 |
4.17 При проектуванні висотних будинків із змішаним каркасом (частина конструктивних елементів виконується з металу і частина з залізобетону) коефіцієнт дисипації встановлюється пропорційно відносним внескам сталевих та залізобетонних елементів у потенційну енергію деформацій при переміщеннях, що відповідають першій формі власних коливань, тобто:
αст=Uст /(Uст+Uзб)
та
αзб= Uзб/( Uст+ Uзб)
де Uст і Uзб - потенційна енергія деформацій відповідно для сталевої і залізобетонної частин висотної
споруди.
Коефіцієнт динамічності β визначається за формулою:
β(Т)= αзб βзб(Т)+ αст βст(Т),
де βзб і βст - приймаються відповідно за графіком 1 і 2 рис. 4.1.
Основи і фундаменти
4.18 Загальна оцінка інженерно-геологічних умов для вибору ділянки будівництва і попереднього вибору типу фундаментів для висотних будинків виконується на базі матеріалів інженерних вишукувань минулих років та на передпроектній стадії. Для проектування висотних будинків необхідно виконувати на всіх стадіях інженерні вишукування згідно з ДБН А.2.1-1. Особливості інженерних вишукувань при висотному будівництві наведені в додатку Ж.
4.19 Основи і фундаменти висотних будинків необхідно проектувати згідно з ДБН В.2.1-10, СНиП 2.02.03 та положеннями цього документа на підставі:
- конструктивних особливостей висотних будинків і навантажень, що діють на фундаменти та ґрунтову основу, а також умов їх експлуатації;
- результатів інженерних вишукувань;
- техніко-економічного порівняння можливих варіантів проектних рішень (з оцінкою приведених витрат) для прийняття оптимального варіанта, що забезпечує найбільш повне використання міцнісних і деформаційних характеристик ґрунтів та фізико-механічних властивостей матеріалів фундаментів і інших підземних конструкцій.
4.20 Процес проектування основ і фундаментів включає:
- обґрунтований вибір ділянки будівництва, типу конструкцій та матеріалу фундаментів;
- розрахунки фундаментів за першою і другою групами граничних станів та їх конструювання;
- розроблення заходів для зменшення впливу деформацій ґрунтової основи на надійність і довговічність висотного будинку та існуючої забудови, що знаходиться в зоні впливу будівництва.
4.21 Для висотних будинків, для яких є характерними великі значення навантажень на ґрунтову основу, з метою зменшення осідань та кренів рекомендуються наступні варіанти фундаментів:
- пальові;
- глибокі опори високої несучої здатності (типу "барет" тощо);
- плитні, в тому числі підвищеної жорсткості (коробчасті);
- комбіновані плитно-пальові.
4.22 Плитні фундаменти рекомендується використовувати при середньому додатковому тиску на ґрунт не більше 500 кПа в однорідних ґрунтах із модулем деформації не менше 40 МПа та при симетричній і розвинутій у плані конструктивній схемі висотного будинку.
4.23 Для фундаментів висотних будинків слід використовувати бетон класу не нижче В25. Під плитні елементи фундаментів необхідно влаштовувати бетонну підготовку з бетону класу не нижче В3.5, товщина якої визначається в залежності від інженерно-геологічних умов, методів виконання робіт та приймається не менше . При водонасиченій глинистій основі бетон підготовки під висотний будинок слід укладати на втрамбовану щебеневу подушку завтовшки не менше .
4.24 Основи повинні розраховуватися згідно з ДБН В.2.1-10 за двома групами граничних станів: за несучою здатністю та за деформаціями. При розрахунках основ необхідно враховувати дію силових факторів і несприятливих впливів зовнішнього середовища (наприклад, впливу поверхневих або підземних вод на фізико-механічні властивості ґрунтів).
Розрахунок основи висотних будинків за несучою здатністю слід виконувати на основне сполучення розрахункових навантажень, а за наявності особливих навантажень і впливів - на основне і особливе сполучення розрахункових навантажень.
Розрахунок основ за деформаціями необхідно виконувати на сполучення навантажень, що включають постійні навантаження з експлуатаційними розрахунковими значеннями та квазіпостійні змінні навантаження. Для цих розрахунків деформаційні характеристики ґрунтів основи приймаються з коефіцієнтом умов роботи 0,9.
Всі коефіцієнти, що регламентовані в ДБН В.2.1-10, при виборі і обґрунтуванні проектних рішень висотних будинків, у тому числі щодо додаткових осідань існуючої забудови, можуть уточнятися для найбільш невигідного випадку.
4.25 Фізико-механічні і деформаційні характеристики ґрунтів необхідно визначати за результатами польових досліджень.
4.26 При проектуванні основ і фундаментів висотних будинків необхідно здійснювати натурні виміри деформацій основ. Максимальна величина осідань ґрунтової основи висотного будинку не обмежується і визначається розрахунком у проектній документації. Відносна різниця осідань (нерівномірність осідань по горизонталі) для будинків заввишки від до включно не повинна перевищувати 0,002. Для висотного будинку необхідно передбачати також проведення моніторингу окремих компонентів геологічного середовища і, в першу чергу, небезпечних геологічних та інженерно-геологічних процесів, рівня і динаміки підземних вод.
4.27 При проектуванні основ і фундаментів повинна враховуватись можливість зміни гідрогеологічних умов ділянки в процесі будівництва й експлуатації висотного будинку. Оцінка можливих змін рівня підземних вод на ділянці будівництва повинна виконуватися при інженерних вишукуваннях для висотних будинків на термін не менше 25 років. Для спостереження за рівнями підземних вод та оперативного реагування на різкі
їх зміни в період будівництва та експлуатації висотного будинку необхідно передбачати влаштування мережі спостережних свердловин.
4.28 При одночасному зведенні підземної та наземної частин висотних будинків методом "вверх-вниз" необхідно враховувати особливості технології влаштування основ, фундаментів та підземних частин будинку, наведені у додатку И.
4.29 У фундаментній плиті може передбачатися влаштування деформаційних швів між висотною і стилобатною частинами будинку, а також на ділянках примикання фундаменту до зовнішніх стін підземної частини висотного будинку. При високих рівнях підземних вод для конструкцій деформаційних швів необхідно передбачати гідроізоляцію, що забезпечує їх водонепроникність.
У деяких випадках для зменшення навантажень на ґрунтову основу і величини осідань фундаментів деформаційні шви можуть не влаштовуватися, що визначається відповідним розрахунком.
4.30 Пальові фундаменти проектуються згідно зі СНиП 2.02.03. Діаметр паль слід приймати не менше при довжині до і не менше при довжині понад . Для комбінованих плитно-пальових фундаментів діаметр паль рекомендується приймати не менше .
Бурові палі необхідно армувати на всю глибину палі. Не дозволяється для висотних будинків застосування тих типів паль, в яких неможливо контролювати якість їх влаштування та армування по всій глибині.
