Процесс урбанизации и необходимость улучшения условий деятельности и быта людей в городах при относительно высокой стоимости земли требуют повышения плотности застройки городских территорий, поэтому развитие многоэтажного строительства зданий тесно связано с ростом городов.
Основная область применения многоэтажных зданий - общественные здания различного назначения, а также жилые здания. К многоэтажным зданиям относят здания высотой более 30 м, подразделяя их на невысокие - до 50 м; средней высоты - от 50 до 100 м; высокие - 100 м и более.
Проектирование высотного здания независимо от его целевого назначения (жилой дом, школа, больница, административный комплекс) требует системного учета различных аспектов проектирования, изготовления строительных конструкций и производства строительно-монтажных работ. Выбор конструктивной схемы здания, материалов для несущих и ограждающих конструкций, схем инженерных коммуникаций и обеспечение функционирования здания должно рассматриваться как единое целое. Поэтому при экономической оценке строительного материала, который будет использован для несущего каркаса здания, необходимо учитывать не только стоимость каркасов из разных материалов, а рассматривать все расходы на сооружение здания с учетом специфики эксплуатационных свойств этих материалов.
Для иллюстрации такого подхода в качестве примера рассмотрим графики на рис. 4.1 [9]. Сопоставление расходов на балки перекрытия показывает, что стоимость стальных балок (кривая а) при увеличении пролета растет медленнее, чем стоимость железобетонных балок б. Положение точки пересечения кривых, т.е. точки равной стоимости, зависит от нагрузки и пролета балок - при малых пролетах эффективнее железобетонные балки, при больших - стальные. В то же время перекрытие по стальным балкам требует большей строительной высоты и при этом увеличивается высота этажей, общая высота и объем здания, однако образуется
217
Рис. 4.1. Зависимость стоимости стальных (а) и железобетонных (б) балок перекрытий от пролета
Рис. 4.2. Зависимость расхода стали от количества этажей:a - при малых нагрузках и шагах колонн;
б - при больших нагрузках и шагах колонн
некоторый дополнительный объем для прокладки инженерных систем в зоне перекрытий, что даст некоторую экономию при размещении оборудования. Стальные балки нуждаются в более мощной противопожарной защите, чем железобетонные, что также отразится на стоимости строительства. Далее необходимо провести аналогичное сравнение вариантов по колоннам, элементам жесткости каркаса, фундаментам и другим параметрам строительства. Из рассмотренного примера следует, что технико-экономическое сравнение вариантов в многоэтажном строительстве всегда индивидуально и представляет собой сложную задачу.
Стальные несущие конструкции можно применять для многоэтажных зданий любой высоты, однако практика проектирования и строительства рекомендует использовать металлический каркас при количестве этажей 40 и более. Главным преимуществом стального каркаса является возможность использовать большой шаг колонн при их малом поперечном сечении и большие пролеты перекрытий от 6 до 18 м. С применением стальных ферм, имеющих высоту этажа, возможно перекрывать пролеты от 30 до 60 м. Большой шаг расположения колонн повышает гибкость планировки помещений здания.
Оценкой экономичности стальных конструкций является расход стали, приходящийся на 1 м2 площади этажей или на 1 м3 внутреннего объема. Он зависит от многих показателей, например, от числа этажей, временной нагрузки, шага колонн в обоих направлениях, высоты и конструкции перекрытий, способа обеспечения жесткости здания, прочности стали. На рис. 4.2 представлена диаграмма [9], показывающая приближенный расход стали в кг/м3 в зависимости от количества этажей. Ограничивающая
218
кривая а верна для небольших нагрузок и малого шага колонн, кривая б - для больших нагрузок и большого шага колонн.
Ориентировочный расход стали на 1 м3 многоэтажного здания в зависимости от количества этажей mэт может быть вычислен по эмпирической формуле [2]:
g = (0,12 + mэт / 200) кН/м3.
(4.1)
219
