Учет климатических условий при строительстве зданий повышенной этажности в г. Костанай

Как подтвердили исследования, температура горения газов в скважине не должна превышать 750-850°С. Если температура газов становится выше, происходит оплавление стенок скважины и стенки становятся газонепроницаемыми. В этом случае скважина становится непригодной для дальнейшего обжига грунтов.

Были изучены свойства образцов лессовых просадочных грунтов, обработанных раскаленными газами при температуре 200, 300 и 400°С. Оказалось, что образцы, обработанные при температуре 200°С, характеризовались большей просадочностью, чем образцы естественного сложения. При действии температуры больше 300°С грунты стали совершенно непросадочными.

В дальнейшем были предложены другие методы термического обжига лессовых просадочных грунтов. По методу И.М.Литвинова [159] сгорание топлива происходит в верхней части скважины и обработка грунта по глубине раскаленными продуктами сгорания идет с верхних слоев до нижних. В 1962 г. И.Д.Фальков предложил новый способ термического обжига лессовых просадочных грунтов, который позволяет сжигать топливо по всей высоте скважины. В результате этого можно создавать обожженные грунтовые массивы (термосваи) с уширением вниз или вверх. При этом методе сроки обжига сокращаются, а технология работ значительно упрощается. Особенность обжига грунтов по этому методу заключается в том, что в скважине в струе кислорода сжигается металл (обычно отрезки металлических трубок или стержней).

Выводы по главе III

1. Лессовые просадочные грунты занимают большие территории города Костанай и часто используются в качестве оснований гражданских и промышленных сооружений. Как показали исследования, проектирование и строительство зданий повышенной этажности на лессовых просадочных грунтах с обеспечением их нормальной эксплуатации является сложной проблемой. Сложность проблемы определяется разнообразием возводимых зданий, а также их конструктивные особенности, специфическим и сложным механизмом развития просадочных деформаций, особенно при замачивании грунтов растворами различного химического состава.

2. В связи с утечками из инженерных коммуникаций поднялся уровень подземных вод (УПВ) и вместо маловлажных просадочных грунтов в настоящее время залегают водонасыщенные сильносжимаемые лессовые грунты.

3. На основе многолетних лабораторных и полевых исследований установлены и изучены основные особенности, сущность, природа, номенклатурные показатели, критерии и основные характеристики лессовых проса дочных грунтов.

4. Установлено, что основная часть аварий и деформаций зданий, сооружений и инженерных коммуникаций на лессовых просадочных грунтах произошла в результате замачивания грунтов в их основаниях в первую очередь при утечках воды и стоков из инженерных коммуникаций.

5. Во избежание аварий при строительстве зданий, сооружений и инженерных коммуникаций на лессовых просадочных грунтах необходимо учесть, что значения физических и механических характеристик этих грунтов изменяются в широких пределах, а значения деформационных и прочностных характеристик должны быть определены для естественного состояния грунтов и при их полном водонасыщении. При необходимости результаты лабораторных исследований должны быть сопоставлены с результатами полевых исследований грунтов.

6. В настоящее время разработано большое количество нормативных документов, позволяющих производить изыскания, проектирование и строительство на просадочных лессовых грунтах на уровне европейских стандартов (ЕЭС). Однако проблеме изысканий, проектирования и строительства промышленных и гражданских сооружений на насыщенных сточными водами лессовых грунтах, в том числе и при высоком уровне расположения агрессивных грунтовых вод, является не решенной.

ГЛАВА 4. моделирование условий строительства и эксплуатации зданий повышенной этажности в г. костанай

4.1 Учет ветрового и климатического режима в строительстве

Прежде чем перейти к изложению учету моделирования необходимо оговорить вопросы, которые решались в данной главе. Природно-климатические факторы определили ряд типологических требований к массовому индустриальному жилищу города Костанай. Это также определило постановку задач рассматриваемых в гл.4. Для оценки существующих и выработки новых архитектурно-планировочных решений, а также их сравнительной оценки по параметрам адаптированности к местным условиям были проведены:

оценка применяемых на практике реально существующих архитектурно-планировочных решений организации жилой застройки города Костанай;

на основе анализа зарубежного и отечественного опыта в проектировании жилища в сходных условиях разработаны и предложены новые архитектурно-планировочные решения жилой застройки.

Для количественной оценки ветрового режима всей территории застройки ее ветрозащитных качеств определялся коэффициент продуваемости (методика НИИСФ)» по формуле:

где: ViSi - скорость ветра в соответствующей зоне и ее площадь

V0 - скорость набегающего потока;

S - площадь застройки, численно равная площади многоугольника, описанного вокруг зданий.

Для наглядности по полученным фотографиям строилась карта полей скорости ветра в застройке, где вся территория жилых групп была разделена по скорости ветра на следующие зоны:

- зона малых скоростей 0 ? V1 / V0< 0,4

- зона умеренных скоростей 0,4 ?V2/ V0< 0,6

- зона средних скоростей 0,6 ? V3 / V0< 0,8

- зона повышенных скоростей 0,8 ? V4 / V0< 1,0 и выше

Здесь V - скорость набегающего потока;

V1, V2, V3, V4 - скорости потока в соответствующих зонах.

По описанной методике были определены коэффициенты продуваемости исследуемых жилых групп для господствующего направления ветра.

4.2 Ветрозащитные качества планировок зданий повышенной этажности застройки г. Костанай

Исследованиям на гидролотке подвергались различные планировочные решения жилой застройки г. Костанай. Для сравнения различных вариантов застройки и их ветрозащитных качеств были отобраны наиболее характерные примеры:

микрорайон № I КЖБИ (застройка начала 60-х годов);

характерная планировочная организация жилой группы в застройке 60-х годов;

микрорайон № 8 (застройка 80-х годов);

жилая группа (современная застройка).

Следует особо оговорить, почему оценке по ветрозащитным качествам подвергали именно указанные планировочные решения в целях обоснования данного выбора. Так, микрорайон № I г. Костанай выбран потому, что он является типичным планировочным решением свободной застройки 60-х годов, а также перед фронтом застройки этого микрорайона со стороны господствующих ветров нет никакой застройки, которая бы искажала характер набегающего воздушного потока. Все это необходимо для того, чтобы сопоставлять результаты, полученные в результате моделирования с натурными наблюдениями.

Выбор планировочной организации жилой группы также вытекает из массовости подобного планировочного решения в организации дворовых и околодомовых территорий в застройке 60-х годов.

Выбор третьего варианта связан с состоянием в организации жилой среды на существующем уровне, что конечно тоже требует сравнительной оценки.

Перед тем как приступать к экспериментам, необходимо было определить наиболее опасные направления ветров в зимний период. В основу комплексной оценки температурно-ветрового режима города Костанай были положены: роза повторяемости ветров по направлениям, скоростные розы ветров, температурные розы ветров. Исходя из этого определялась максимальная величина ветроохлаждения( Н ) в условных единицах для каждого из восьми румбов по формуле:

где: V - скорость ветра;

t- температура воздуха при ветре

Для г.Костаная наиболее опасными по величине ветроохлаждения (Н) являются направления ветра с сектора ЮЗ - Ю (180-225°С), Повторяемость для января ЮЗ - 27%, Ю - 28%; среднемесячная скорость ветра по направлениям ЮЗ - 5,8 м/сек, 10-5,2 м/сек; температура воздуха при соответствующих направлениях ветра ЮЗ -14,3° , Ю -12,8°С.

Анализ результатов привел к необходимости раздела территории города Костанай на три группы в зависимости от направлений ветра и величины ветроохлаждения (рис.4.2 и 4.3).

Далее были определены коэффициенты продуваемости для перечисленных вариантов застройки (табл.4.1).

Таблица 4.1 Коэффициенты продуваемости застройки

Из анализа полученных данных следует, что принцип свободной планировки жилых образований массовой застройки 60-х годов полностью не отвечает условиям повышенного ветрового режима Костаная. По карте полей скорости ветра на территории микрорайона № 1 видно, что ни одно здание застройки не защищено от прямого воздействия ветра. Кроме того, на территории микрорайона отмечаются значительные площади полей скорости ветра превышающие скорости свободного потока вне застройки. Зоны повышенных скоростей ветра отмечаются даже на территории придомовых детских игровых площадок, рекреационных участках детских садов и школ, что в условиях повышенного ветрового режима является недопустимым.

Следующим характерным элементом массовой жилой застройки 60-х годов анализировалось планировочное решение внутридворового пространства, в какой-то степени это планировочное решение является типичным. Территория таких дворов, как показали исследования на модели не защищены от ветра. По диагонали внутреннего пространства дворов проходят зоны со значительными скоростями, превышающими скорости ветра на свободных от застройки участках.

Все это затрудняет планировочную и функциональную организацию внутридворовых пространств.

Микрорайон № 8, постройка 80-х годов. Здесь широкой применялись поворотные секции (угол 1350), которые позволили значительно расширить возможности планировочных решений в организации ветрозащитной застройки. Но этот тип планировочной организации жилой застройки также имеет ряд недостатков. В застройке, как видно на фотоснимках макета, имеются вытянутые участки (коридоры) с большими скоростями ветра, что вызвано рядом планировочных ошибок в расположении зданий относительно господствующих ветров. Они искусственно создали два ветровых потока с повышенной скоростью, которые пронизывают территорию микрорайона. В планировочной структуре этого микрорайона есть замкнутые дворовые пространства, которые защищены от ветров других направлений. Это решение представляется ошибочным, так как в летний период на территории микрорайона будут образовываться застойные зоны.

Следующий из рассматриваемых вариантов застройки представляет из себя ветрозащитную жилую группу. В этом проектном предложений автора предпринята попытка учесть множество факторов включая недостатки перечисленных выше планировочных решений. В результате исследований на макетах и анализа существующих решений и натурных наблюдений выдвинута следующая концепция планировочной организации жилой группы в условиях г. Костанай, которая должна отвечать следующим требованиям:

максимальная защищенность от ветра в зимний период (ЮЗ-Ю, сектор 180-225°);

максимальная защищенность внутреннего дворового пространства жилой группы, исключающая возможность образования на ее территории зон с повышенными скоростями ветра;

основную нагрузку от ветра берут на себя ветрозащитные дома-экраны, тем самым на остальные здания в жилой группе действует ослабленный ветровой поток;

возможность проветривания жилой группы с других не опасных направлений ветра, особенно в летний период;

размеры жилой группы по глубине 10-12 Н домов-экранов, определялись как наиболее эффективные в целях ветрозащиты зданий и придомовых территорий, дальнейшее увеличение размеров приводит к снижению ветрозащитных характеристик.

В результате исследований определен коэффициент продуваемости Кп предложенного планировочного решения жилой группы, который показывает, что ее ветрозащитные качества лучше чем у микрорайона № 8 и почти в два раза выше чем у микрорайона № 1 ( табл.4.1).

Следует отметить, при разработке планировочной концепции учитывалось то, чтоб она не ограничивала, творческих возможностей в поиске разнообразных планировочных решений, оставляя возможность для поиска многообразных решений, которые могут включать смешанную многоэтажную, среднеэтажную, одно-, двухэтажную и другие типы застройки.

4.3 Образования заносов снега на территории застройки

Территория города Костанай характеризуется одной из самых больших величин снегопереноса в стране 600-1500 м3/п.м.

Активный ветровой режим, характер рельефа и подстилающая поверхность местности во многом способствуют этому. Причем наибольший объем снегопереноса для Костаная приходится при низовых метелях и поземке. Способность к сдуваемости у неуплотненногоо сухого снега довольно высока и начинается при относительно небольших скоростях ветра 2,5-3,5 м/сек (порог дефляции). Поэтому при рассмотрении вопросов снегозаносимости территорий необходимо определять основные направления тех ветров, которые создают снегоперенос. Преобладающий снегоперенос для Костаная по румбам совпадает с розой наибольших среднемесячных значений скорости ветра.

Анализ образования снегозаносов в селитебных территориях показывает, что характер застройки, ориентация зданий, улиц оказывают решающее влияние на распределение снежного покрова в застройке. Так как большие сугробы и зоны сплошного снеговыдувашя образуются в результате обтекания воздушного потока зданий и других препятствий.

В экспериментах рассматривались два примера застройки: решение внутридворового пространства в застройке 60-х годов и современная жилая группа (предложение автора), с целью исследования процессов образования снегозаносов натерриторий жилой застройки.

Для количественной оценки защиты территории жилой застройки от снегозаносов подсчитывались коэффициенты снегопокрытости по формуле

где: К1 - учитывающий площади максимальных снегоотложений (более 30 см); К2 - равномерные снегоотложения (до 30 см); Кз - сплошного снеговыдувания; S1, S2, S3 - соответствующие площади; S0 - площадь застройки, численно равная площади многоугольника описанного вокруг зданий.

Эти коэффициенты дают возможность количественно иллюстрировать соотношение указанных площадей в застройке, В результате наблюдений получены следующие результаты:

- вариант застройки 60-х годов (рис. 4.8)

K1 = 0,48; К2= 0,31; K3 = 0,21

- жилая группа (рис.4.9)

K1 = 0,21; Кг= 0,71; K3 = 0,08.

В первом варианте обращает на себя внимание большие значения коэффициентов K1 и K3, что указывает на то, что 48% территории застройки приходится на площади с максимальными иснегоотложениямии 21% на площади со сплошным снеговыдуванием (зоны сплошного выдувания наблюдаются в местах срыва ветрового потока с граней зданий). Во втором варианте наибольшее значение имеет коэффициент К2 = 0,71.

Сравнивая два варианта планировочных решений следует отметить, что в первом варианте только 31% территории внутридворового пространства находится в благоприятных условиях, во втором 71% территории. Внутридворовое пространство застройки 60-х годов практически не поддается функционально-планировочной организаций. Те части двора где отсутствуют снегозаносы совпадают с зонами повышенных скоростей ветра, а те зоны где скорости ветра понижены совпадают с зонами максимальных снегоотложений. Особые трудности в таких условиях возникают с организацией внутридворовых транспортных и пешеходных коммуникаций. В первом варианте около 40% их протяженности приходится на зоны максимальных снегоотложений. Необходимо при проектировании транспортных и пешеходных коммуникаций вести разбивку внутридворовых проездов с учетом их наибольшего совмещения с зонами выдувания S3 и наименьшего их совмещения с зонами максимальных снегоотложений S1.

Те участки трасс, которые совпадут с зонами сплошного снеговыдувания, практически не потребуют затрат на их снегоочистку.

Во втором рассматриваемом варианте жилой группы, сделана попытка учесть защиту территории застройки от ветра, но и довести до минимума образование зон с максимальными снегоотложениями. В практике отсутствует методика оценки жилых территорий по защищенности от снегозаносов из-за многообразия факторов влияющих на формированиеснегозаносов. Для региона города Костанай эта проблема является одной из важнейших, так как снегозаносы осложняют функциональное состояние жилой среды в целом.

Отсюда вытекает необходимость определения оптимальных значений коэффициентов K1, К2, K3 для различных планировочных решений в заданных климатических условиях. В результате экспериментов были установлены следующие их значения:

K1 - не более 0,25;

К2- не менее 0,65;

K3 - ие более 0,1.

дальнейшее уменьшение значений коэффициентов K1 и K3 связано с ухудшением других санитарно-гигиенических параметров жилой застройки.

4.4 Сочетание новых типов зданий с ветрозащитной застройкой

Внедрение рыночных отношений в сферу жилищного строительства привело к изменению структуры жилищного фонда городов. Предпочтение отдается новым типам городского жилища. К ним в первую очередь нужно отнести индивидуальные жилые дома.

Учитывая эти тенденции автором предлагается вариант смешанной ветрозащитной застройки с индивидуальными отдельно стоящими домами. Отдельно стоящие жилые дома являются наиболее незащищенными от воздействия ветра и снегозаносов. Жилые группы и территории застроенные отдельно стоящими индивидуальными жилыми домами также обладают низкими ветрозащитными качествами. Соответственно для данного типа застройки в условиях города Костанай характерны высокие теплопотери от выхолаживающего эффекта ветров в сочетаний с низкими температурами воздуха. Выхолаживающий эффект от воздействия ветра также связаны с планировочными особенностями этого типа жилища - малой шириной корпуса, большим периметром и площадью соприкосновения с окружающей средой, большими разрывами между зданиями в застройке. Как показали опыты на моделях, ветрозащитный эффект от 9-этажного дома-экрана протяженностью не менее 60 м равен 10-12 высотам, это порядка 300-400 м.

Поэтому предлагается застройка чередующая через определенное расстояние ветрозащитные дома-экраны (ориентированные перпендикулярно господствующим ветрам) и индивидуальную застройку.

Здесь же предложены оптимальные размеры разрывов. L1 -ширина корпуса дома-экрана 12-15 м,L2~ ширина дворового пространства перед домом-экраном 50-60 м,L3- полоса индивидуальной застройки 250-300 м,L4 -пространство перед следующим домом-экраном для озеленения и транспорта 30 м. Увеличение размеров ведет к снижению ветрозащитных характеристик указанной застройки.

Следующий вариант смешанной ветрозащитной застройки предложен в сочетании со среднеэтажными жилыми домами.

Среднеэтажные жилые дома хоть и обладают ветрозащитными характеристиками выше чем у индивидуальных домов, но значительно уступают протяженным домам-экранам. Для сравнения глубина ветрозащитной зоны дома-экрана в среднем равна 800-400 м, то у среднеэтажных в условиях ветрового режима города Костанай не превышает 100 м. Кроме того, среднеэтажные дома не имеют большую протяженность, поэтому не могут сформировать ветрозащитного фронта перед защищаемыми территориями.

Далее автором предлагаются варианты сочетания ветрозащитной и среднеэтажной застройки, где также предложены оптимальные размеры разрывов. Где L1 - ширина корпуса дома-экрана 12-15 м,L2 - ширина дворового пространства перед домом-экраном 50-60 м,L3 - полоса средне этажной застройки 300-400 м, L4-пространство перед следующим домом-экраном для озеленения и транспорта - 30 м. Здесь, по сравнению с первым вариантом, увеличен общий разрыв между домами-экранами с 400 до 500 м. Это связано с тем, что среднеэтажные дома сами обладают ветрозащитными свойствами глубиной от 80 до 100 м.

Таким образом, можно заключить, что смешанная застройка имеет более высокие ветрозащитные свойства по сравнению с однородной среднеэтажной и однородной малоэтажной застройкой.

Применение смешанного типа застройки снизит степень воздействия отрицательных факторов местного климата, повысит санитарно-гигиенические характеристики околодомовых территорий жилой среды в целом.

Выводы по главе

1. Предложена планировочная организация жилых групп в условиях повышенного ветрового режима города Костанай, основанная на применений протяженных ветрозащитных домов-экранов. Наиболее приемлемой для рассматриваемых условий, в результате сравнительных оценок на моделях признана полузамкнутая планировочная организация жилой группы, обеспечивающая ветрозащиту с наиболее агрессивных, ярковыраженных направлений ветра по условиям ветроохдаждения и воздействия пыльных бурь.

Установлено, что одним из основных факторов сопутствующих повышенному ветровому режиму в зимнее время является снегоперенос, вызывающий накопление больших снежных масс на территорий жилой застройки. В связи с этим разработана и предложена методика приблизительной оценки защищенности от снегозаносов жилых территорий в условиях города Костанай. Определены оптимальные соотношения и значения коэффициента снегопокрытости территории жилой застройки.

Предложены варианты планировочной организации смешанной ветрозащитной застройки. С использованием новых перспективных типов городского жилища, индивидуальных малоэтажных и среднеэтажных жилых домов, в сочетании с ветрозащитными домами-экранами.

Обосновано применение ветрозащитного протяженного дома-экрана, располагаемого перпендикулярно господствующему направлению ветров (дом имеет диагональную ориентацию - северо-запад, юго-восток).

Функционально-планировочная организация квартир проведена в соответствии с фазами и цикличными максимумами отрицательных воздействий основных климатических факторов, как в холодный, так и в теплый периоды. Использование 3-4-комнатных квартир в доме-экране также согласуется с данными социально-демографического анализа, который отмечает дефицит указанного типа квартир в жилом фонде города.

Размещено на Allbest.ur