През погледа на нормите за проектиране конструктивният проект за високи сгради над 25-30 етажа не се различава съществено от проектирането на средно високи и ниски сгради. Кодовете за България и страните от Европейския съюз са създадени за най-масовите сгради с ниска до средна етажност и не разглеждат детайлно конструктивни системи, които са широко разпространени и подходящи за високите сгради. Допълнителни изисквания на нормите са по-високите коефициенти на значимост, свързани със социалния ефект при евентуално разрушение на една висока сграда. Например сеизмичната осигуреност, която се изисква от българските норми за сграда като „Капитал Форт“, е с 50% по-висока спрямо една 10-етажна жилищна сграда.
Изискванията и технологиите, заложени в конструктивните проекти на високите сгради, са плод на научна работа на университетите и на практиката - установени за съжаление понякога и по трудния начин чрез „проба – грешка“. Държави с по- висока сеизмична активност имат специализирани нормативи за високи сгради, отделени от основните норми. Например в САЩ всеки по-голям град по западното крайбрежие, като Лос Анжелис, Сан Франциско и други, имат собствен код за високи сгради. Там екипи от учени и инженери с много висока квалификация проверяват спазването на нормите за високи сгради при всеки строеж, правят независими аналитични решения и тестват специфични детайли в едромащабни експериментални програми. Този процес е динамичен и непрекъснат и отразява последните открития в тази област, вследствие на натрупания опит при проектирането, строителството и експлоатацията на високи сгради.
За съжаление в Европа липсва рекомендация за високи сгради, липсва и литература по този въпрос - може би поради факта, че високите сгради в Европа в райони със значителна сеизмичност, са много малък процент от общия брой на проектите. При нормите на водещите държави в сеизмичното инженерство, като САЩ, Канада, Чили, проектното земетресение за анализ на високи сгради е с период на повторяемост 2475 г. и интензитетът му е много по- висок от приетия в Еврокод 8, дори и при максималния коефициент на значимост 1,4.
Български опит при проектиране на сгради с височина около 100 м има. Интересна в това отношение е сградата на Профсъюзите в София на пл. „Македония“. Тя е с окачени плочи и строителството й се осъществи отгоре-надолу. 23- етажните жилищни блокове в Младост 1, хотел „Родина”, хотел „Хемус“ са други високи сгради. Всяка една от тях е с уникална конструкция. Въпреки това опитът ни е много малък – няма наблюдения за поведението на високите сгради в София при сеизмично въздействие с по-висока интензивност.
Изискванията и технологиите, заложени в конструктивните проекти на високите сгради, са плод на научна работа на университетите и на практиката - установени за съжаление понякога и по трудния начин чрез „проба – грешка“. Държави с по- висока сеизмична активност имат специализирани нормативи за високи сгради, отделени от основните норми. Например в САЩ всеки по-голям град по западното крайбрежие, като Лос Анжелис, Сан Франциско и други, имат собствен код за високи сгради. Там екипи от учени и инженери с много висока квалификация проверяват спазването на нормите за високи сгради при всеки строеж, правят независими аналитични решения и тестват специфични детайли в едромащабни експериментални програми. Този процес е динамичен и непрекъснат и отразява последните открития в тази област, вследствие на натрупания опит при проектирането, строителството и експлоатацията на високи сгради.
За съжаление в Европа липсва рекомендация за високи сгради, липсва и литература по този въпрос - може би поради факта, че високите сгради в Европа в райони със значителна сеизмичност, са много малък процент от общия брой на проектите. При нормите на водещите държави в сеизмичното инженерство, като САЩ, Канада, Чили, проектното земетресение за анализ на високи сгради е с период на повторяемост 2475 г. и интензитетът му е много по- висок от приетия в Еврокод 8, дори и при максималния коефициент на значимост 1,4.
Български опит при проектиране на сгради с височина около 100 м има. Интересна в това отношение е сградата на Профсъюзите в София на пл. „Македония“. Тя е с окачени плочи и строителството й се осъществи отгоре-надолу. 23- етажните жилищни блокове в Младост 1, хотел „Родина”, хотел „Хемус“ са други високи сгради. Всяка една от тях е с уникална конструкция. Въпреки това опитът ни е много малък – няма наблюдения за поведението на високите сгради в София при сеизмично въздействие с по-висока интензивност.
При строителния бум през 2004- 2008 г. са проектирани нови високи сгради, високи до 130 м. Пример за това са сградите „Камарко”- Младост 4, „Сити Тауър”- пл. „Македония” „Галакси Актив”- 7-ми км, „Капитал Форт”- бул. „Цариградско шосе” и др. Проектантите от Структо са автори на конктруктивните проекти на тези сгради. В проектите на „Сити Тауър“ и „Капитал Форт“, които се реализират в момента, се използват предварително напрегнати плочи, комбинирано фундиране и проектиране с използване на BIM (Building Information Model) технология.
При проектирането на сградата „Капитал Форт” са използвани действащите към 2008-ма година български норми. Периодът съвпада с навлизането в проектантската практика на Еврокодовете и това дава възможност да се използват съвременните методи на европейските норми, които допълнително подобрявят поведението на сградата. За много от елементите, използвани в конструкцията, за които няма информация в българските норми, са използвани изискванията на Еврокод.
При проектирането на сградата „Капитал Форт” са използвани действащите към 2008-ма година български норми. Периодът съвпада с навлизането в проектантската практика на Еврокодовете и това дава възможност да се използват съвременните методи на европейските норми, които допълнително подобрявят поведението на сградата. За много от елементите, използвани в конструкцията, за които няма информация в българските норми, са използвани изискванията на Еврокод.
Основният строителен материал, използван в конструкцията на „Капитал Форт“, е стоманобетон. Вертикалните елементи на високата сграда се състоят от централно ядро и периферни колони през 8-10 м. Плочите са предварително напрегнати с цел намаляване на дебелината им и респективно намаляване общото тегло на сградата. Централното ядро представлява множество стоманобетонни стени, съсредоточени около вертикалните комуникации - асансьори, стълбища и др.
Стените са непрекъснати по височина. В централното ядро на високото тяло А на сградата са предвидени 12 високоскоростни асансьора, 2 стълбища и 2 технически помещения. Свободното пространство около ядрото е с дълбочина 7-8 м, което позволява оптимално функционално използване на офис площите.
Фигура 1 - „Капитал Форт“ – Армиране на стени с височина 8,5 м от централното ядро на високата сграда (блок А)
Повечето високи стоманобетонни сгради до 100 - 150 м се проектират по този начин. При надхвърляне на височината над 200 м обикновено ядрото става недостатъчно за осигуряване на сградата при сеизмични въздействия. Тогава се предвиждат по-гъсто разположени колони в периферията на сградата, които оформят рамкова конструкция, която увеличава коравината на сградата и облекчава натоварванията върху ядрото. Интересно е, че американските кодове UBC и IBC, в изданията си през годините, ограничават използването само на стоманобетонни стени и централно ядро за сгради с височина до 50-70 м. С развитието на алтернативните методи за нелинеен анализ, най-високите сгради само с централно ядро в Калифорния днес достигат височина от над 180 м.
Функционално комплексът „Капитал Форт”се разделя на четири части, които са определящи за вида на използваните конструкции: подземна конструкция, „подиум” – двуетажна обществена и търговска зона, висока офис сграда А (24 офисни етажа), ниска офис сграда Б (6 офисни етажа).
Функционално комплексът „Капитал Форт”се разделя на четири части, които са определящи за вида на използваните конструкции: подземна конструкция, „подиум” – двуетажна обществена и търговска зона, висока офис сграда А (24 офисни етажа), ниска офис сграда Б (6 офисни етажа).
Поради високата сеизмичност на района и големите размери в план, връхната конструкция се разделя със земетръсна фуга, като над основите се оформят двата конструктивни блока А и Б.
Подземната конструкция включва две нива, използвани за паркинг. Конструкцията на сутерена е съставена от фундаментна плоча под целия сутерен, изливни пилоти под високата сграда А, безгредови етажни плочи и сутеренни стени. Във фундаментната конструкция няма фуга .
Подиумът е покрит със стоманена покривна конструкция. Стоманената конструкция стъпва върху стоманобетонни квадратни и кръгли колони, и върху сгради А и Б, които поемат хоризонталните натоварвания от вятър и земетръс.
Основната конструктивна система на високата офис сграда А е комбинация от скелетно – гредова и безгредова конструкция - с централно ядро и периферни рамки в едното главно направление за поемане на хоризонталните сили от вятър и земетръс, и колони за поемане на вертикалните товари. В отворите между стените на ядрото са проектирани щурцове с диагонална армировка, които осигуряват дуктилно поведение на конструкцията. Периферните рамки по двете крайни оси работят съвместно с централното ядро и намаляват деформативността на конструкцията по направление, перпендикулярно на бул. „Цариградско шосе“. По този начин се осигуряват междуетажни премествания по-малки от h/400, допустими за сграда с коефициент на значимост C=1.5 за IV-ти клас на значимост на строежите. Това е изключително строго изискване на българските норми за проектиране на сгради в сеизмични райони, което много трудно се удовлетворява за една висока сграда. Ограничението беше релаксирано по-късно в промените на нормите за сеизмично проектиране от 2012 година. Най-вероятно, ако „Капитал Форт“ се проектираше в момента нямаше да се наложи включването на периферните рамкови конструкции за редуциране на междуетажните премествания.
Основната конструктивна система на високата офис сграда А е комбинация от скелетно – гредова и безгредова конструкция - с централно ядро и периферни рамки в едното главно направление за поемане на хоризонталните сили от вятър и земетръс, и колони за поемане на вертикалните товари. В отворите между стените на ядрото са проектирани щурцове с диагонална армировка, които осигуряват дуктилно поведение на конструкцията. Периферните рамки по двете крайни оси работят съвместно с централното ядро и намаляват деформативността на конструкцията по направление, перпендикулярно на бул. „Цариградско шосе“. По този начин се осигуряват междуетажни премествания по-малки от h/400, допустими за сграда с коефициент на значимост C=1.5 за IV-ти клас на значимост на строежите. Това е изключително строго изискване на българските норми за проектиране на сгради в сеизмични райони, което много трудно се удовлетворява за една висока сграда. Ограничението беше релаксирано по-късно в промените на нормите за сеизмично проектиране от 2012 година. Най-вероятно, ако „Капитал Форт“ се проектираше в момента нямаше да се наложи включването на периферните рамкови конструкции за редуциране на междуетажните премествания.
Фигура 2 - „Капитал Форт“ - Изпълнение на предварително напрегната плоча на ниво H01 на високата сграда (блок А). Виждат се стените оформящи централното ядро и периферните рамки.
Основна цел при избора на подовата конструкция е максималното олекотяване на плочите, предвид на високата етажност и големите конзолни участъци. Приета е безгредова предварително-напрегната плоча с дебелина 22 см извън ядрото и система от кръстосано-армирани полета с дебелина 15 см в централното ядро. Решението за използване на предварително-напрегната конструкция е взето след изпълнението на фундаментите на сградата, тоест по време на работа в търсене на най-технологично решение за изпълнение на подовите конструкции. Най-доброто при тази система е, че се пести тегло и позволява по-големи отвори. Предварително напрегнатите плочи са с много добро експлоатационно поведение – провисванията и пукнатитните на плочите са минимални. Технологията на френската система Фрейсине за предварително напрегнати конструкции се използва за пръв път в България за строителството на висока сграда. Фирмата от Франция, с регионални клонове в България и Румъния, извърши напрягането на кабелите и инжектирането на каналообразувателите.
Ниската сграда Б е с Г- образна форма. Конструктивната система е скелетно - гредова, с три ядра, разположени в двата края и в средата на етажните плочи. Поради хоризонталната нерегулярност и големите разстояния между ядрата, в сеизмичния анализ е включено рамковото действие на колоните и плоските греди. Допълнително коефициентът на реагиране е увеличен с 25%, заради нерегулярността по височина. Подовите конструкции са съставени от плоски греди с височина 35 см и кръстосано армирани полета с дебелина на плочата 20 см.
Ниската сграда Б е с Г- образна форма. Конструктивната система е скелетно - гредова, с три ядра, разположени в двата края и в средата на етажните плочи. Поради хоризонталната нерегулярност и големите разстояния между ядрата, в сеизмичния анализ е включено рамковото действие на колоните и плоските греди. Допълнително коефициентът на реагиране е увеличен с 25%, заради нерегулярността по височина. Подовите конструкции са съставени от плоски греди с височина 35 см и кръстосано армирани полета с дебелина на плочата 20 см.
Фигура 3 - „Капитал Форт“ – Завършен стоманобетоннен скелет на ниската сграда от комплекса (блок Б). Вижда се подовата конструкция, съставена от плоски греди и кръстосано-армирани полета
Един от най-важните конструктивни елементи е фундаментът. Геоложките проучвания за терена са благоприятни за фундиране на подобна висока сграда. Наличните подпочвени води са дълбоки (под 25 м), а почвата е с добри якостни и деформационни свойства. Почти подобни са условията за голяма част от София. Значимостта и натоварванията на сградите, както и високата сеизмичност на района, изискват всеки един от двата блока А и Б да бъде фундиран върху обща фундаментна плоча, която да изпълнява ролята на обединяващ диск за съответната част от комплекса. В проекта е прието фундирането да се осъществи с обща фундаментна плоча под двете части на комплекса, без фуга.
Фигура 4 - „Капитал Форт“ - Изпълнение на изливни пилоти под високата сграда (блок А) и армиране на част от фундаментната плоча под ниската сграда (блок Б).
Използвано е решение с комбинирано фундиране (Combined Piled Raft Foundation) – в което се отчита общата работа на пилотите и фундаментната плоча. Основните предимства на комбинираното фундиране са:
- Намалява се релаксацията на почвата по време на изкопните работи, поради работата на пилотите на опън, с което се намалява отслабването на най-горните почвени пластове;
- Ограничават се сляганията, огъването и наклоняването на фундаментната плоча до допустими нива, с което се осигурява безпроблемна работа на сградните инсталации, асансьори и др.;
- Отпада необходимостта от деформационна фуга между високото тяло и разположените по периметъра ниски части, като се избягва инсталирането на скъпо струващи лагерни устройства;
- Включването на фундаментната (ростверкова) плоча при поемане на натоварването, намалява бройката на пилотите, сравнено с аналогично пилотно фундиране, с което се постига икономически целесъобразно решение. Пилотите изпълняват ролята на елементи, които намаляват сляганията на фундаментната плоча, която има достатъчна носеща способност, но сама не може да удовлетвори нормативните изисквания за максимално слягане и неравномерни слягания.
Фундаментната плоча под високата част е с дебелина 2.5 м. Най-голямото по обем бетониране, което се осъществи на обекта, е 5200 куб.м. Бетонирането се изпълни за 24 часа едновременно с 4 бетон-помпи. Работата стартира през нощта и то в зимни условия. За да се предотврати образуването на пукнатини вследствие на голямата температурна разлика между горещото ядро на плочата и студената повърхност, цялата плоча се покри с полиетиленово фолио и топлоизолация.
Фигура 5 - „Капитал Форт“ – Покрита с топлоизолация фундаментна плоча под високата сграда (блок А) след зимно бетониране.
Строителните материали, заложени в „Капитал Форт”, отговарят на много високи изисквания. Освен стандартните якостни характеристики, бетонът трябва да има висок модул на еластичност, ниско съсъхване и добра обработваемост дори при изпомпване на височина над 100 м. При високите сгради, особено над 40 етажа, голямо внимание трябва да се обръща на явлението „пълзене“ на бетона. То води до различно скъсяване на стените от ядрото и колоните, които в общия случай са различно натоварени. Този ефект се наблюдава по- силно в началото - първите 2 години след строителството и по-слабо в останалите до 30 години от експлоатационния период. Явлението е опасно за фасадите и за всички неконструктивни елементи на сградата. Важни фактори, които влияят на пълзенето на бетона, са площта на сечението и повърхността на носещите колони и ядрото, армирането им, натоварването им и разбира се съставът на бетона. При традиционното ниско и средно високо строителство пълзенето не оказва съществено влияние върху скъсяването на вертикалните елементи.
За армирането на всички конструктивни елементи е използвана армировъчна стомана клас В500. За вертикалните елементи и щурцове на ядрото са използвани армировъчни стомани с по-висок клас на дуктилност, което позволява по- големи деформации при запазване на носещата способност при проектно земетресение. Покривът на подиума между сгради А и Б се изпълнява със
За армирането на всички конструктивни елементи е използвана армировъчна стомана клас В500. За вертикалните елементи и щурцове на ядрото са използвани армировъчни стомани с по-висок клас на дуктилност, което позволява по- големи деформации при запазване на носещата способност при проектно земетресение. Покривът на подиума между сгради А и Б се изпълнява със
стоманена конструкция. Използват се стомани клас S235 J0 по EN 10025, ВСт3пс5 и ВСт3сп4 по БДС 2592-71.
Времето за евакуация при високи сгради е по - голямо. Това изисква конструктивните елементи да отговарят на конкретни изисквания за пожароустойчивост. Към Еврокодовете за всеки материал (бетон, стомана, др. ) има изисквания към материала за пожароустойчивост – това е обособено в отделна част от норматива. Обикновено при стоманобетонните високи сгради се постига по- висока пожароустойчивост с по- голяма дебелина на елементите и по- голямо покритие на армировката. Покритията на армировката на „Капитал Форт” са по- големи от други стандартни сгради в България – от 25 до 40 мм за отделните конструктивни елементи.
Реализацията на обект от такъв ранг изисква стриктна организация, професионализъм на всеки един от екипите и перфектно стиковане между екипите на инвеститор, проектанти, изпълнители, инсталатори и организатори. Строителството е екипна работа. Необходимо е провеждане на постоянни оперативки още от най- ранна идейна фаза до последните довършителни работи. Непрекъснатият мониторинг и 24 часов авторски контрол от страна на всички екипи в крайна сметка доведе до очаквания резултат.
Конструкторското проектантско ателие „Структо” работи със съвременни софтуерни продукти, базирани на BIM (Building Information Model) - задължителен модел за работа на проектантските екипи, проект мениджърите и инвеститора. Този модел за работа позволява всички участващи да виждат на момента промените на всеки един проектант, а за инвеститора да вижда 3D визуализации на пространства, детайли и модели. Така се избягват многото потенциални грешки и се пести време и труд, особенно при сгради с изключително сложна геометрия като „Капитал Форт“.
„Структо“ работи с BIM платформата на Autodesk Revit от 2007 г. Фирмата ползва и други продукти основаващи се на BIM технологията - от 2 години Allplan на Nemetschek, а от скоро и Tekla на Trimble - световен лидер в софтуера за стоманени конструкции. Повечето от обектите на проектантите от Структо са отговорни и с висока сложност на проектните решения, при които ползването на съвременен софтуер е гаранция за високо качество на всяка отделна фаза на конструктивното проектиране: пространствено моделиране-изчисления-детайлиране.
Реализацията на обект от такъв ранг изисква стриктна организация, професионализъм на всеки един от екипите и перфектно стиковане между екипите на инвеститор, проектанти, изпълнители, инсталатори и организатори. Строителството е екипна работа. Необходимо е провеждане на постоянни оперативки още от най- ранна идейна фаза до последните довършителни работи. Непрекъснатият мониторинг и 24 часов авторски контрол от страна на всички екипи в крайна сметка доведе до очаквания резултат.
Конструкторското проектантско ателие „Структо” работи със съвременни софтуерни продукти, базирани на BIM (Building Information Model) - задължителен модел за работа на проектантските екипи, проект мениджърите и инвеститора. Този модел за работа позволява всички участващи да виждат на момента промените на всеки един проектант, а за инвеститора да вижда 3D визуализации на пространства, детайли и модели. Така се избягват многото потенциални грешки и се пести време и труд, особенно при сгради с изключително сложна геометрия като „Капитал Форт“.
„Структо“ работи с BIM платформата на Autodesk Revit от 2007 г. Фирмата ползва и други продукти основаващи се на BIM технологията - от 2 години Allplan на Nemetschek, а от скоро и Tekla на Trimble - световен лидер в софтуера за стоманени конструкции. Повечето от обектите на проектантите от Структо са отговорни и с висока сложност на проектните решения, при които ползването на съвременен софтуер е гаранция за високо качество на всяка отделна фаза на конструктивното проектиране: пространствено моделиране-изчисления-детайлиране.
Фигура 6 - „Капитал Форт“ – Визуализация от BIM на стоманобетонната конструкция, Revit Structure 2010
Структо ООД работи в София. Независимият екип от инженери, проектанти, консултанти и технически специалисти предлага професионални услуги, свързани с проектиране и изпълнение на сгради и съоръжения. От създаването си през 2003 г. екипът с водещи проектанти инж. Борис Първанов и инж. Камен Славнин непрекъснато се разраства и днес се състои от 12 високо квалифицирани инженери и опитни консултанти в областта на стоманобетонни и метални конструкции, сеизмично проектиране и геотехника.
Референтен списък на различни проекти, осъществявани от Strukto
За повече информация виж Техническия паспорт на "Капитал Форт".
Автор на текста инж. Дияна Кинова
Референтен списък на различни проекти, осъществявани от Strukto
За повече информация виж Техническия паспорт на "Капитал Форт".
Автор на текста инж. Дияна Кинова
| Сподели |
