Строительная механика
Основы строительной механики
Выбор проекта высотного общественного многофункционального здания с центральной венткамерой или с одним из вариантов с локальной венткамерой на каждом этаже значительно влияет на архитектурное решение здания. В табл. 5 приводятся сравнительные характеристики различных архитектурных решений, каждое из которых требует более подробного рассмотрения.
Массивность здания может значительно изменяться в зависимости от выбранного варианта. Любой из вариантов с поэтажным размещением однотипного оборудования меньше влияет на архитектурную схему чем вариант с центральной установкой, т. к. центральная венткамера ограничена в размере, из-за того что кондиционированный воздух подается на офисные этажи установками кондиционирования, расположенными на соответствующих этажах. Для вариантов 2 и 3 также ограничивается размер центральной венткамеры, которая, однако, существенно меньше, чем в варианте 1.
Для варианта 1 необходимо наличие одного или нескольких двухэтажных залов механического оборудования, где должны содержаться возводимые на месте эксплуатации установки кондиционирования воздуха с обширной системой каналов приточного и рециркуляционного воздуха. Эти каналы проходят от приточных вентиляторов к шахтам приточного воздуха и от шахт рециркуляционного воздуха к вентиляторам ре ц и ркул я ц и о н н о го воздуха, с последующим продолжением до системы подачи кондиционированного воздуха и к клапанам сброса воздуха в атмосферу. Необходимость нескольких двухэтажных залов механического оборудования определяется количеством этажей, общей площадью здания и расположением центрального зала в проекте.
Положение центрального зала механического оборудования в высотном общественном многофункциональном здании часто определяется конструкцией системы вертикального транспорта. Как отмечается в главе 9, в каждом здании данного типа необходимо наличие нескольких блоков лифтов, каждый из которых обслуживает разные секции этажей. На этаже, находящемся над последним этажом, обслуживаемым каким-либо блоком лифтов, должен быть машинный лифтовый зал, в котором размещается оборудование, управляющее кабинами лифтов этого блока. Лифтовый зал может быть высотой 5,5 м (больше высоты этажа) и превышать по ширине шахту лифта. Зачастую на таком этаже располагаются также многочисленные установки кондиционирования воздуха, вентиляторы, насосы и холодильные машины. Таким образом, он становится этажом для механического оборудования. Там же может размещаться оборудование водопроводной и канализационной систем.
read comments (0)
Распределение воздуха из центральной венткамеры варианта 1 ограничено количеством этажей над центральным залом механического оборудования и под ним, принятым размером шахт для каналов приточного и рециркуляционного воздуха и площадью отдельных этажей. Опыт реализации больших проектов показывает, что максимальное количество этажей выше и ниже центрального зала механического оборудования ограничивается 20—24 этажами. Вместе с тем приемлемое в архитектурном плане положение этого зала может определяться эстетическими соображениями. От принятого решения зависит, какое количество этажей будет обслуживаться из данного центрального зала механического оборудования.
Например, если архитектор предполагает расположить центральный зал механического оборудования, содержащий системы приточного и рециркуляционного воздуха, в центре высотного здания, то теоретически он может обслуживать 40—48-этажное здание. На практике это часто не представляется возможным. Более того, для архитектора и, возможно, для заказчика может быть неприемлема полоса из вентиляционных решеток вокруг центра здания. Они могут предпочесть, чтобы центральный зал механического оборудования располагался в надстройке на крыше, непосредственно под градирней и находящимися на крыше машинными залами для лифтов. В этом случае понадобится второй центральный зал механического оборудования для 40—44-этажного здания, расположенный, возможно, непосредственно над входным вестибюлем здания.
Кроме этого, для вариантов 1 и 2 должно быть определено местонахождение водоохладительной установки. Как будет показано в главе 6, она может находиться в любом месте: от подвала здания до помещения с механическим оборудованием в надстройке на крыше. Высота в чистоте зала механического оборудования, включающего холодильное оборудование, может варьироваться в пределах от 4,6 до 5,5 м в зависимости от требований, предъявляемых к установке холодильного оборудования. Эта высота должна быть достаточно большой для удобного размещения холодильного оборудования и для проводки трубопроводов для охлажденной и оборотной воды, со всеми необходимыми для этого клапанами и элементами арматуры. Вариант 3 не предполагает установку охлажденной воды, поэтому нет необходимости в соответствующем помещении.
Выбранное решение влияет также на размер полезной и общей площади. Под полезной понимается площадь на любом офисном этаже, которая может быть эффективно использована людьми. Ясно, что центральный зал механического оборудования занимает меньше места на офисном этаже, чем однотипное оборудование, размещаемое на каждом этаже. Все, что требуется для центрального зала, — это шахтное пространство, в то время как для вариантов 2 и 3 необходимо наличие одной или нескольких венткамер площадью от 24 до 42 м2 каждая. При этом площадь зависит от размера установки, необходимой для обеспечения нужной производительности на соответствующем этаже.
Анализ полезной и общей гоюшади должен выполняться в проекте еще до принятия решения о выборе одной из схем кондиционирования воздуха. Это объясняется тем, что дополнительное полезное пространство является одним из преимуществ проекта на рынке недвижимости. В США размер сдаваемой в аренду площади может зависеть от соответствующих территориальных норм, которые могут значительно различаться в разных регионах страны и существенно отличаться от правил в странах Европы и Восточной Азии. Но в любом случае полезная площадь может быть измерена для различных вариантов компоновки оборудования кондиционирования воздуха. В качестве критерия эффективности проекта при выборе размера этой площади предпочтение обычно отдается центральным системам кондиционирования.
Дополнительная общая площадь здания с центральным залом механического оборудования должна учитываться при определении общей стоимости здания.
В любом высотном здании необходима система вертикального транспорта. Она всегда включает лифты, реже — эскалаторы. Эскалаторы, если они присутствуют, удовлетворяют ограниченные потребности — перемещают людей с входного уровня в основной вестибюль, который находится этажом выше. Они также часто используются для перемещения большого количества людей на уровень, содержащий помещения общественного питания, если они находятся на уровне, расположенном под входным вестибюлем. Кроме этого, эскалаторы необходимы, если переходные лифтовые холлы и двухсекционные лифты, рассматриваемые далее в этой главе, являются архитектурной частью проекта здания. Но в большинстве высотных зданий эскалаторы не нужны.
Выбор лифтов и их компоновка в ядре очень важны для архитектора. Теоретически необходимое количество лифтов определяется площадью здания или количеством людей в этом здании, но практический опыт свидетельствует о том, что в реальных проектах все происходит иначе из-за множества различных типов лифтов, из-за большого количества компоновок этих лифтов, а также из-за внутренней сложности возможных решений, которые могут применяться в проекте. Застройщик, формирующий проектную группу, должен осознавать необходимость привлечения опытного независимого консультанта по вертикальному транспорту. Как только строительство здания с определенной компоновкой лифтов завершится, будет невозможно существенным образом изменить или улучшить производительность установленной системы. Можно изменить какие-либо настройки, но не количество кабин или этажи, обслуживаемые каждой кабиной.
Конфигурация системы вертикального транспорта, включающая определенное количество лифтов и компоновку кабин в блоках лифтов, вместимость каждой кабины, определяемая в соответствии с количеством людей, которые могут одновременно в нее войти, а также скорость перемещения лифтов зависят от ряда критериев. Этими критериями могут быть количество этажей в здании, количество людей на каждом этаже, местонахождение специальных помещений, таких как столовые, и т. д. Кроме того, здание, которое занимает одна организация, может иметь систему вертикального транспорта, отличную от соответствующей системы здания со многими арендаторами.
Консультанты по вертикальному транспорту и компании, занимающиеся производством лифтов, подразделяют здания в зависимости от назначения (например, использование в качестве офисного здания общего вида, наличие организаций с различным характером деятельности, использование помещений административными органами). Такое разделение основывается на полезной площади здания и на анализе характера занятости здания. Исследования показывают, что на одного человека приходится от 14 до 15 м2 полезной площади здания. Более того, проекты в Европе и Азии обычно допускают большую плотность людей, чем в Соединенных Штатах, т. к. на каждого человека приходится меньшей рабочей площади.
Критерий плотности заполнения людьми помещений, используемый для расчета параметров системы вертикального транспорта, отличается от критериев, используемых для расчета систем ОВК. Для определения нагрузок ОВК вместо показателя количества людей, входящих в разнородные группы по всему пространству нескольких этажей, применяется такой показатель, как максимальное количество людей, которые могут находиться в ограниченном пространстве. Это существенная разница, т. к. расчеты нагрузки систем ОВК для офисного помещения обычного типа, как правило, оперируют плотностью, эквивалентной 9,3 м2 на одного человека.
Эмпирические правила, подобные вышеуказанным, которые архитектор может использовать только для предварительной оценки количества необходимых лифтов при разработке концепции ядра проекта, предполагают одну установку лифта на каждые 3 700—4 600 м2 общей площади здания или на каждые 225—250 человек, находящихся в здании. Как уже отмечалось выше, при использовании этих данных необходимо учитывать, что консультант по вертикальному транспорту на основании анализа интенсивности перемещения может получить иной показатель, более точно определяющий количество лифтов.
В высотных общественных многофункциональных зданиях, определенных в этой книге как здания, имеющие больше 20 этажей, для обеспечения критериев эффективности транспортировки и временного интервала, установленных для офисных зданий, должно быть несколько блоков лифтов. Имеются также и другие общепринятые стандарты, влияющие на конфигурацию лифтов, а именно:
• В США в высотных общественных многофункциональных зданиях лифты должны иметь грузоподъемность от 1 600 до 1 800 кг. В большинстве случаев для облегчения входа и выхода пассажиров кабина должна иметь больший размер по ширине, чем по глубине. На рис. 20 показаны габариты типового лифта грузоподъемностью 1 600 кг.
• Параметры эффективности транспортировки и временной интервал всех блоков проекта должны быть приблизительно одинаковыми, и ни один из критериев не должен отличаться при сравнении различных блоков более чем на 10 %.
• В блоке не должно быть больше восьми лифтов. Они должны быть расположены в два рада по четыре лифта друг напротив друга для обеспечения наиболее короткого перемещения от кнопки вызова до лифта.
• Если допускается применение четырех или шести лифтов, они также должны быть установлены в два ряда по два или три лифта друг напротив друга.
На рис. 21 представлены компоновки из восьми, шести и четырех лифтов в блоке. Применение указанного выше стандарта, требующего относительного равенства параметров эффективности транспортировки и временного интервала для различных блоков, приводит обычно к тому, что блоки обслуживают неодинаковое количество этажей. Лифты блоков, обслуживающие верхние этажи, преодолевают большое расстояние, поэтому им требуется больше времени для выполнения подъема до самого верхнего этажа и спуска оттуда. В соответствии с этим для сокращения времени перемещения вверх и вниз и приблизительного равенства временных интервалов во всех блоках, блоки, предназначенные для верхних этажей, обслуживают меньшее количество этажей.
На основании этих правил консультант может выбрать и сконфигурировать систему вертикального транспорта, наилучшим образом подходящую определенному зданию. Процесс выбора должен подразумевать определенные взаимные компромиссы с архитектором, который будет внедрять выбранную систему вертикального транспорта в проект ядра.
В этой системе высокоскоростные и вместительные кабины перевозят пассажиров с уровня входа в здание до переходного лифтового холла, в котором пассажиры могут перейти во второй блок лифтов, обслуживающих этажи, находящиеся выше переходного холла. На рис. 22 показан разрез системы вертикального транспорта для здания с одним переходным холлом. Нижнюю часть здания обслуживают лифты, сгруппированные в блоки доставки на этажи нижнего, среднего и верхнего ярусов. Экспресс-лифт доставляет пассажиров непосредственно в переходной холл, где они могут воспользоваться другими лифтами, также сгруппированными в блоки доставки на этажи нижнего, среднего и верхнего ярусов уже верхней половины здания. Такую конфигурацию можно сравнить с двумя стандартными зданиями, поставленными одно на другое.
В сверхвысоком здании, имеющем 80 или 90 этажей, описанная компоновка может быть повторена: пассажиры с входного уровня здания экспресс-лифтом доставляются до второго переходного холла, где они переходят в блок лифтов, обслуживающих нужные пассажирам этажи. Этот вариант сравним с тремя стандартными зданиями, поставленными одно на другое, каждое из которых имеет собственную систему вертикального транспорта, в которую пассажиры доставляются с входного уровня экспресс-лифтами.
В качестве альтернативы переходным холлам в высотных зданиях применяются двухсекционные лифты. Благодаря такому решению обеспечивается существенное сокращение пространства, отводимого в ядре здания для шахт лифтов. Каждый лифт имеет две кабины: одна обслуживает все четные этажи, а другая — все нечетные. Доставка пассажиров на два нижних этажа на входном уровне обеспечивается эскалаторами. Таким образом, пассажир по эскалатору попадает к той кабине, которая обслуживает нужный ему этаж. Благодаря такой схеме две лифтовые кабины используют один подъемный механизм, что, в свою очередь, обеспечивает более эффективное использование пространства ядра, т. к. сокращается количество шахт лифтов. Значительно сокращаются расходы на лифты. На рис. 23 показана в разрезе компоновка системы с двухсекционными кабинами, обеспечивающими доставку на каждый этаж.
Система с двухсекционными лифтами имеет ограниченное применение и обычно используется в зданиях с одним арендатором и большой плотностью находящихся в здании людей, или же в зданиях, в которых экономия пространства за счет лифтовых шахт имеет первостепенное значение. Наиболее часто двухсекционные лифты применяются в сверхвысоких зданиях в комбинации с переходными холлами. При этом для подъема к холлам применяются двухсекционные лифты. При такой конфигурации системы вертикального транспорта на входном уровне необходимы эскалаторы, позволяющие входящим в здание людям занимать нужную кабину лифта. Эскалаторы также нужны в каждом переходном холле для удобства доступа к необходимому блоку лифтов, доставляющих людей до нужных им этажей.
Для общественных многофункциональных зданий обшей площадью более 23 000 м2 рекомендуется включать в проект грузовой лифт с площадкой перед ним. А для зданий площадью от 28 000 до 32 500 м2 наличие грузового лифта обязательно. Размер платформы грузового лифта должен, в силу особенностей использования этого лифта, отличаться от размера платформы пассажирского лифта. В глубину платформа должна быть больше, чем в ширину, дверь лифта должна позволять помещать в лифт вертикально расположенные крупные элементы оборудования. На рис. 24 представлены габариты типового грузового лифта грузоподъемностью 2 800 кг.
Размеры платформы грузового лифта должны соответствовать конфигурации каркаса здания, который в значительной степени определяется размерами кабин пассажирских лифтов. Кроме того, на каждом этаже должна находиться специальная площадка для доставки грузов. И последнее требование к грузовому лифту заключается в том, что он должен обслуживать все этажи здания, в том числе и этаж, на котором расположен зал механического оборудования.
В высотных общественных многофункциональных зданиях, как правило, не практикуется использование универсальных лифтов, которые большую часть времени перевозят людей, а при необходимости — грузы. Это связано с большой общей площадью зданий данного типа и неблагоприятным влиянием на эффективность транспортировки и временной интервал при использовании одного из пассажирских лифтов в блоке в качестве грузового. Более того, использование пассажирского лифта в качестве грузового,
при условии наличия нескольких блоков пассажирских лифтов для обслуживания всех этажей, будет означать, что грузовой лифт не сможет обслуживать все этажи здания; кроме этого, такой лифт не будет останавливаться на этажах с механическим оборудованием. Хотя это и не является обязательным требованием, эти вопросы имеют большое значение и должны учитываться при определении конфигурации системы грузовых лифтов.Проектировщик систем ОВК принимает ограниченное участие в разработке системы вертикального транспорта. Система ОВК обеспечивает надлежащее охлаждение машинного отделения лифтов и вентиляцию шахт лифтов. Необходимость установки машинного отделения лифтов над каждой шахтой для каждой кабины приводит к тому, что, как уже отмечалось в главе 5, этаж, на котором размещается зал лифтового оборудования, используется в качестве зада механического оборудования, в котором устанавливаются водопроводные и канализационные системы и оборудование кондиционирования воздуха, в том числе вентиляторы, змеевики, теплообменники, холодильные машины и котлы. В этом случае охлаждение и вентиляция шахт с выбросом вентиляционного воздуха в атмосферу осуществляется более удобным способом, чем в случае использования пространства вокруг зала лифтового оборудования в качестве офисных помещений.
В машинном отделении лифтов здания холодильная нагрузка определяется не только нагревом электродвигателя, приводящего в действие подъемный механизм, но и интенсивным выделением тепла электроникой систем управления. Для электронных компонентов системы необходимо, чтобы в жаркую погоду машинное отделение охлаждалось и температура была не выше 27 °С, а в холодную погоду — отапливалось и температура в помещении была не ниже 16 ""С. Одним из средств поддержания температуры в этом диапазоне является размещение в машинном отделении лифтов компактной установки непосредственного испарения оборотной воды, но из-за возможных значительных ограничений на эксплуатационную готовность установки охлажденной воды проектировщик систем ОВК должен согласовать этот вариант с застройщиком здания. Применение компактной установки непосредственного испарения оборотной воды может быть необходимым для блоков лифтов, предназначенных для этажей нижнего и среднего ярусов, машинные отделения которых располагаются в середине здания, за исключением случаев, если машинное отделение находится на том же этаже, что и зал механического оборудования. Для машинных отделений лифтов, обслуживающих верхние этажи,возможно использование оборудования непосредственного испарения с воздушным охлаждением, для которого не требуется круглосуточной работы системы оборотного водоснабжения.
Окончательные параметры установки непосредственного испарения с водяным или воздушным охлаждением определяются на основании информации, предоставляемой про-изводителем лифтов, выбранных для проекта. На начальных стадиях проектирования общая информация, необходимая для создания концепции проекта, а также коммерческое предложение могут быть предоставлены консультантом по лифтовому оборудованию. Из-за использования электронных приборов и электродвигателей приводов подъемных механизмов интенсивность охлаждения может быть значительной. В современных конструкциях систем вертикального транспорта в машинном отделении лифтов может понадобиться применение установки непосредственного испарения с холодильной производительностью от 35 до 52 кВт и более.
Система вертикального транспорта должна соответствовать требованиям нормативных документов. Одним из требований американских стандартов является наличие вентиляционного отверстия в верхней части каждой вентиляционной шахты, площадь которого составляет 3,5 % площади поперечного сечения подъемного отделения шахты, или 0,27 м2 на один лифт. Проект ОВК, за некоторыми исключениями, поясняемыми ниже, должен предусматривать наличие канала, соединяющего вентиляционное отверстие с атмосферой. Наиболее просто это можно осуществить в верхней части здания, но для лифтов нижнего и среднего ярусов, машинные отделения для блоков лифтов которых не располагаются в зале механического оборудования, прокладка канала, соединяющего вентиляционное отверстие с атмосферой, может быть затруднительной.
При проектировании сверхвысоких зданий, лифты которых имеют скорость более 7 м/с, для быстрого выпуска воздуха, в то время когда высокоскоростная кабина движется вниз, могут понадобиться вентиляционные отверстия на дне шахт.
Согласно многим нормативным документам, включая Международные строительные нормы и правила (IBC), в общественных многофункциональных зданиях, оснащенных спринклерной системой, в пассажирских лифтах отсутствует необходимость в вентиляционных отверстиях и каналах, соединяющих эти отверстия с атмосферой. Вентиляционные отверстия необходимы в грузовых лифтах, но обычно они не представляют проблемы, т. к. грузовые лифты обслуживают все этажи и выброс воздуха из вентиляционного отверстия может легко производиться на верхнем этаже здания.
Кроме того, согласно Международным строительным нормам и правилам, при нормальных рабочих условиях в здании вентиляционное отверстие может быть закрыто автематической заслонкой. Она должна открываться при обнаружении дыма любым из детекторов дыма в лифтовых холлах, предусмотренных в проекте.
1. Параметры наружного воздуха:
а) температура в холодный период -18 °С по сухому термометру;
б) температура в теплый период 35 °С по сухому термометру 24 °С по мокрому термометру.
2. Параметры внутреннего воздуха:
а) Отопление:
- офисные помещения 22 °С — максимальная температура по сухому термометру (влажность не нормируется);
- зоны хранения и установки инженерного оборудования 18 °С по сухому термометру;
- машинные отделения лифтов 18 °С по сухому термометру.
б) Вентиляция и кондиционирование воздуха:
- офисные помещения 24 ±1 "С по сухому термометру, относительная влажность макс. 50 ±5 %;
- зоны хранения и установки инженерного оборудования — только вентиляция
- помещения с электрическим оборудованием — вентиляция или кондиционирование воздуха при температуре от 30 °С по сухому термометру;
- машинные отделения лифтов кондиционирование воздуха при температуре от 27 °С по сухому термометру.2.2. Внутренние тепловые нагрузки
1. Офисные помещения:
- освещение 16 Вт на 1 м2 рабочей площади;
- маломощное оборудование 27 Вт на 1 м2 рабочей площади;
- люди 1 чел/9,3 м2 рабочей площади.
2. Помещения розничной торговли:
- освещение и маломощное оборудование 180 Вт на 1 м2 рабочей площади;
- люди 1 чел/4,6 м2 рабочей площади.
3. Вестибюли:
- освещение и маломощное оборудование 100 Вт на 1 м2 рабочей площади;
- люди 1 чел/9,3 м2 рабочей площади.
2.3. Минимальное количество наружного воздуха
1. Офисные помещения — 34 м3/ч на человека.
2. Помещения розничной торговли - 34 м3/ч на человека при условии заполнения помещений людьми на 50 %.
2.4. Акустические критерии проектирования
1. Офисные помещения
Уровень шума должен соответствовать критериям шума NC35*, за исключением зоны в пределах 3 м от венткамеры на этаже, где уровень шума должен соответствовать критериям шума NC40.
2. Помещения розничной торговли Уровень шума должен соответствовать критериям шума NC35, в зависимости от архитектурных и инженерных параметров помещений конкретных арендаторов.