Высотные соты

Высотные здания в течение почти целого столетия остаются одним из самых значительных символов экономического роста. Тем не менее, после трагедии 11 сентября само понятие «высотные здания» вызвало многочисленные дискуссии. В настоящее время конструктивные системы небоскребов претерпевают существенные усовершенствования, чтобы обеспечить проектную и эксплуатационную гибкость таких зданий, а также максимально использовать экологические материалы и технологии, учитывая при этом экономическую целесообразность их строительства и эксплуатации.

В статье рассказывается о недавно изобретенной конструктивной системе и прогрессивной расчетной методике для применения в проектировании небоскребов, с вовлечением процесса всеобщего анализа, включая этапы разработки концепции и самого проекта, а также в сравнении с уже существующими высотными зданиями. Это исследование представляет новую инновационную конструктивную систему возведения высотных зданий, которая получила название «Соты», или «Шестиугольная сетка» (Beehive, HexaGrid).

Окончательные выводы делаются на основе компьютерного моделирования 80-этажного высотного здания, с определением оптимального угла и структуры соединения линий и узлов шестигранника с помощью электронной подсистемы табличного отображения (ETABS) методом анализа конечных элементов.

Цель этой разработки состоит в использовании одной конструктивной системы для обеспечения максимальной частоты свободных колебаний для сопротивления динамическим нагрузкам и сведения к минимуму значений соответствия для статических реакций откликов. Конечно-элементный анализ осуществляется с использованием стандартизированных материалов.

Оптимальная общая схема HexaGrid, имеющая самую высокую степень жесткости, окончательно определяется по ее способности к сопротивлению статическим и динамическим нагрузкам. Комплексное проектирование как конструктива здания, так и его фасадов направлено на максимальное сохранение энергии и экологический контроль. Инновационность идеи заключается в возможности контроля за колебаниями конструкций, а также использования энергии этого движения.

Учитывая существенный рост числа высотных зданий во всем мире в последние годы, важность исследований по созданию более устойчивой архитектурной среды, представленных в этой статье, очень велика.

Введение
Высотные здания, по их собственной природе, имеют большой потенциал создания устойчивой среды обитания. По сравнению с малоэтажными городами, их строительство способствует более рациональному использованию земли. Ранние проекты высотных зданий доказали эффективность диагональных структур, в противовес поперечно-горизонтальному строительству.

В большинстве конструктивных систем таких зданий раннего периода использовались стальные рамы с диагональными распорками (укосинами) различных конфигураций, такие как X, K, и шевроны. Главным пунктом этого проектного подхода является введение новой конструктивной системы высотных зданий.

Шестигранники и многогранники располагались по всему периметру внешних поверхностей здания – для максимального увеличения его конструктивной эффективности и нестандартного подхода к эстетическому решению экстерьера постройки. Эта стратегия является гораздо более эффективной, чем примыкание диагональных систем к более узкой части ядра здания. В системе HexaGrid почти все стандартные вертикальные колонны устраняются.

Наш подход состоит в выборе уникальных конструктивных систем высотного здания, сводящих к минимуму использование дополнительных силовых элементов, решающих проблемы боковых нагрузок. В этой конструктивной системе («Соты») элементы шестигранной конфигурации конструктива могут, благодаря своей форме, нести как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, перераспределяя их наиболее равномерно.

По сравнению с другими конструктивными схемами высотных зданий, шестиугольные сотовые конструкции намного более эффективно минимизируют поперечные деформации, распределяя поперечные силы посредством осевого действия диагональных элементов, тогда как другие схемы воспринимают поперечные усилия с изгибом вертикальных колонн и горизонтальных перемычек.

Сотовая структура, основанная на элементах шестигранной конфигурации (HexaGrid), обеспечивает как эластичность при прогибах, так и жесткость против действия поперечных сил, и не нуждается в высокой жесткости центрального ядра, поскольку устойчивость здания может быть достигнута за счет самих шестигранных или ромбовидных (многогранных) элементов, расположенных по периметру плана.

Полную версию статьи Вы можете скачать здесь

Текст и иллюстрации АСКАРИ НЕЖАД ПЕЙМАН, директор по проектированию и расчету строительных конструкций компании TJEG International, Сан-Франциско, США, ведущий эксперт CTBUH, Чикаго, США