Инж. Борис Първанов, съосновател на "Структо" ООД: Правилното композиране на високите сгради е ключово за сеизмичната им сигурност
Инж. Първанов, какви са конструктивните предизвикателства при проектирането и изграждането на високи сгради?
- При високите сгради има няколко фактора, които оказват силно влияние на конструктивното проектиране: повишеното им тегло, по-голямата им деформативност и завишените изисквания, които нормите поставят към тези уникални проекти.
Основен принцип при проектирането на високи сгради в сеизмичен район като България е да се използват всички ефективни методи и технологии, с които се намаляватеглото на сградата. Това налага използването на конструктивни системи с минимална дебелина на подовите плочи и оптимизирани по височина напречни сечения на вертикалните елементи. Особено ефективно е използването на предварително напрегнати плочи, които значително намаляват теглото на конструкцията и улесняват проектирането на фундирането и системите, осигуряващи сградата за сеизмични въздействия. В момента в световен мащаб предварителното напрягане на плочите е прието за едва ли не задължително условие при изпълнението на високи сгради със стоманобетонна конструкция.
Друг важен момент е проектирането на фундирането на високите сгради. Конструктивните и сградните инсталационни системи са много по-чувствителни към ефектите от неравномерните слягания спрямо една по-ниска сграда. Най-масовата система е комбинираното фундиране (piled raft foundation), в която ефективно се използва взаимодействие на системата пилоти - фундаментна плоча - земна основа. Началото на използването й в Европа датира от 80-те години на XX век при изпълнение на небостъргачите във Франкфурт.
За съжаление нормите за проектиране, включително и Еврокод, са насочени към най-масовите сгради с ниска и средна етажност. За редица конструктивни системи, използвани само при високи сгради, липсват нормативно определени стойности, например за коефициента на поведение q. Това поставя високи изисквания към квалификацията на проектанта-конструктор и води до използването на алтернативни методи за оценка на поведението на високите сгради.
Какви са спецификите при осигуряването на пожарната безопасност на високите сгради?
- Принципно изискванията към пожарната осигуреност на високите сградите са много по-строги в сравнение с по-ниските. Основните причини са необходимостта от бърза евакуация на голям брой хора през ограничено пространство, трудният достъп до високите етажи на пожарникари и оборудване, тежките последствия от евентуално разрушаване на сградата или части от нея.
Високите противопожарни изисквания обикновено се постигат чрез системи за ефективно пожарогасене, които обаче се нуждаят от резервоари в техническите етажи по височина на сградата. Концентрацията на значително тегло от резервоарите и по правило ексцентричното им разположение спрямо центъра на коравина създават затруднения при осигуряването на сградата за сеизмични въздействия. В световната практика има и изключителни примери, в които противопожарните резервоари и енергията на създадените при земетресение или ураганен вятър вълни се използват като демпферна система, която намалява преместванията и усилията в конструкцията.
Осигуряването на конструкцията при пожар понякога влиза в противоречие с основния принцип при проектиране на високи сгради за пестене на тегло и изпълнение на максимално леки етажни плочи. В Русия например за високи сгради не се допуска изпълнение на плочи с дебелина, по-малка от 180 мм, независимо че конструктивно плочата може да се изпълни със значително по-малка дебелина.
Какви са особеностите при сеизмичното осигуряване на високите сгради?
- От най-голямо значение за благоприятното реагиране на една висока сграда при сеизмично въздействие е правилното й композиране. Необходимо е да има симетрия и регулярност в план и по височина. Конструкторът трябва да работи с ясна система за поемане на хоризонталните сили, в която да има определена йерархия и механизъм, по който да се гаси входящата от земетресението енергия.
Най-голямото неизвестно в сеизмичното инженерство е въздействието поради случайния характер на земетресенията, липсата на механизми за прецизно предвиждане на интензитета им и сравнително скорошната инструментална статистика. По тази причина е необходимо конструкцията на сградата да се проектира така, че в нея да е заложена възможността да устои на земетресения с по-голям интензитет или с по-различен, по-особен от нормирания спектрален състав. Неслучайно в последните години в нормите на водещите страни в сеизмичното инженерство (САЩ, Чили, Канада) проектното земетресение за анализ на високи сгради е с период на повторяемост 2475 години. Интензитетът на подобно земетресение е много по-висок от стойността приета в Еврокод 8, дори и при използване на максималния коефициент на значимост 1,4.
Съвременна тенденция в сеизмичния анализ на високи сгради е използването на нелинейни компютърни модели с въздействие от реални или изкуствено генерирани акселерограми. По западното крайбрежие на САЩ във всеки голям град и университет (Лос Анджелис, Сан Франциско, Бъркли) има работещи организации и изследователски центрове, обединяващи учени и проектанти, които ежегодно осъвременяват нормите за проектиране на високи сгради с нелинейни анализи. Процесът е динамичен, свързан е с много експериментална работа и отразява последните открития в тази област.
Какви изисквания поставят отделните сградни системи, като например асансьорите, към конструирането на високи сгради?
За да бъде привлекателна една висока офис сграда, е необходимо броят и скоростта на асансьорите да бъде възможно най-голяма. Например високата сграда на "Капитъл Форт" на бул. "Цариградско шосе" е с 12 високоскоростни асансьора. Основното изискване на производителите на асансьорите за този проект беше отклонението на върха на асансьорните шахти от вертикални товари да бъде под 2.5 см. Това е много строго ограничение и дава горна граница на хоризонталното преместване, дължащо се на несиметрично натоварване или нехомогенна земна основа, от порядъка на H/4000. Обичайната граница, която се счита, че осигурява нормална работа на сградните инсталации, е H/700, т.е. за проекта на "Капитъл Форт" се наложи да се спазват почти шест пъти по-високи изисквания. Това, разбира се, оказа голямо влияние върху проекта за фундиране на сградата.
Може ли да споделите вашия опит по отношение на конкретни реализирани проекти от този тип?
През годините на т.нар. строителен бум проектирахме няколко високи офис сгради с височини от 70 до 130 м, най-известните от които са сградата на "Камарко" в близост до "Бизнес Парк София", сградата "Сити Тауър" на площад "Македония", сградата "Капитъл Форт" на бул. "Цариградско шосе", сградата на "Галакси-Актив" на 7-и километър и други.
За наше голямо щастие се реализира може би най-добре планираната и с най-добра локация сграда – "Капитъл Форт". Продължава и работата по сградата "Сити Тауър" на площад "Македония". И в двете сгради са използват съвременни технологии като предварително напрегнати плочи, комбинирано фундиране, проектиране с BIM (Building Information Model).
Интервюто взе Радостина Попова