"Hohes Gebäude" (oft auch als "Hochhaus") ist typischerweise ein Gebäude mit einer kleinen Grundfläche und Dachfläche, aber einer sehr langen und hohen Fassade. Gebäude, die diesen Kriterien entsprechen, werden auch häufig als "Wolkenkratzer". Dieser Gebäudetyp erfordert aufgrund seiner Höhe spezielle ingenieurtechnische Verfahren für Entwurf und Bau. Aufgrund der wachsenden Bevölkerung und zunehmenden Urbanisierung werden, hohe Gebäude zunehmend für Wohn- und Geschäftszwecke genutzt. Meistens innerhalb dichter Stadtgrenzen errichtet, werden diese Strukturen zu markanten Wahrzeichen und Unternehmenssymbolen für ihre Gastgeberstädte.
Wie hoch ist "hoch"?
Es gibt keine "absoluten" Kriterien, um ein Gebäude als hoch zu betrachten, aber laut dem Council of Tall Buildings and Urban Habitat (CBTUH), können folgende Kategorien verwendet werden. Zuerst, der städtische Kontext, in dem sich das Gebäude befindet. Wenn ein zehnstöckiges Gebäude in einem zentralen Geschäftsviertel steht, umgeben von zwanzigstöckigen Gebäuden, wird es möglicherweise nicht als hoch angesehen. Jedoch, befindet es sich in einem Vorort, der überwiegend aus niedrigen Gebäuden besteht, kann es als hoch angesehen werden. Abbildung 1 veranschaulicht dieses Konzept.
Abbildung 1: Städtischer Kontext, in dem das Gebäude existiert
Quelle: ctbuh.org/resource/height
Zweitens, tragen die Proportionen von Höhe und Breite des Gebäudes zu seiner Klassifikation als "hohes Gebäude". Gebäude, die relativ zur Gesamtgrundfläche nicht besonders hoch sind, werden möglicherweise nicht als hoch angesehen. Andererseits , Ein Gebäude, das relativ hoch ist, aber eine große Grundfläche hat, kann nicht als hoch angesehen werden. Abbildung 2 veranschaulicht dieses Konzept.
Abbildung 2: Beispielhafte Proportionen
Quelle: ctbuh.org/resource/height
Ein weiterer Weg, um ein Gebäude als hoch zu betrachten, ist das Schlankheitsverhältnis. Das Schlankheitsverhältnis wird ermittelt indem die Gesamthöhe des Gebäudes durch die kleinere der Basisbreiten-Dimensionen geteilt wird. Bei einem Schlankheitsverhältnis von 5 oder weniger, kann das Strukturssystem in der Regel die seitlichen Lasten die typisch für niedrige oder mittelhohe Gebäude sind, aufnehmen. Umgekehrt, bei einem Schlankheitsverhältnis von 5 oder mehr, kann die Schlankheit der Struktur das Design erheblich beeinflussen. In diesem Bereich von Schlankheitsverhältnissen arbeitet das Strukturssystem härter, um seitlichen Kräften zu widerstehen, und das dynamische Verhalten wird wahrscheinlich dominierend in der strukturellen Lösung, sodass das Gebäude als hoch angesehen wird.
Was ist mit den Fundamenten?
Die Lastübertragung bei einer hohen Struktur kann den Boden in größerer Tiefe und die angrenzenden Strukturen beeinflussen, daher muss während des Entwurfs der Gründung eine gründliche Boden- oder Standortuntersuchung durchgeführt werden. Die Wechselwirkung zwischen der Struktur und dem tragenden Boden muss von Ingenieuren während des Entwurfsprozesses genau bewertet werden. Das Gründungsdesign für hohe Gebäude muss die volle Auswirkung der Struktur, sowohl über als auch unter der Erde erfassen. Bevor fundierte Entscheidungen getroffen werden können, müssen Standortuntersuchungen und Berichte von Geotechnikingenieuren durchgeführt werden.
Historisch, gesehen basiert das Gründungsdesign auf empirischen Formeln, um ungefähre Lösungen für die Fundamente abzuleiten. Dies kann zu einer nicht eindeutigen und konservativen Lösung führen, die in der Regel überdimensioniert und eine relativ teure Grundlage für die Struktur ist. In den letzten Jahren, wurden große Anstrengungen unternommen, um moderne In-situ-Prüfmethoden zu entwickeln, die geotechnische Parameter für das Gründungsdesign oder die Einflüsse der Boden-Struktur-Interaktion genau messen. Die Boden-Struktur-Interaktionbeeinflusst maßgeblich die Verteilung der Vertikallasten auf den Boden, die Spannungen in der Struktur, das Gründungsdesign, die Bodensenkung, und das dynamische Verhalten der Struktur unter den Einflüssen von dynamischen Seitenlasten wie Wind- und Erdbebenereignissen.
Sobald die Bodenverhältnisse und die Standortuntersuchung feststehen, kann eine grundlegende Lösung für das Gründungsdesign hoher Gebäude angeboten werden. Gründungsoptionen für hohe Strukturen reichen von einer Bodenplatte, die die Gebäudelasten direkt in die unmittelbare Bodenschicht unter der Struktur überträgt, bis hin zu einer vollständig gepfählten Lösung, die die Gebäudelasten direkt in die unmittelbare Bodenschicht unter der Struktur überträgt, oder einem kombinierten System, das sowohl Bodenplatten- als auch Pfahllösungen verwendet. Solche Fundamenttypen sind komplex und erfordern in der Regel mehr strukturelle Ingenieurarbeit als andere konventionelle Fundamentierungssysteme bei niedrigen/mittelhohen Gebäuden.. Es ist auch in der Praxis üblich, das Gründungsdesign zu einem kollaborativen Projekt mit dem Geotechnikingenieur zu machen. Diese verschiedenen Optionen sind in Abbildung 3.
Abbildung 3: Fundamentoptionen für hohe Gebäude
Bodenplattenfundament
Ein Bodenplattenfundament, auch als "Mattenfundament", ist im Wesentlichen eine durchgehende Platte, die direkt auf dem Boden liegt und sich über den gesamten Grundriss des Gebäudes erstreckt, wodurch das Gewicht und die Lasten gleichmäßiger auf den Boden übertragen werden. Im Gegensatz zu isolierten oder Pfahlfundamenten wird ein Bodenplattenfundament oft verwendet, wenn der Boden schwach ist, a es das Gewicht des Gebäudes über die gesamte Fläche des Gebäudes verteilt, und nicht über kleinere Zonen oder einzelne Punkte, was zu einer geringeren Belastung des Bodens führt. Normalerweise, kann die Dicke von Bodenplatten mehrere Meter betragen, um den Durchstanz-Effekt stark belasteter Säulen zu bewältigen, während eine ausreichende Lastverteilung auf die darunter liegenden Schichten gewährleistet werden sollte.
Pfahlfundamente
Pfahlfundamente werden häufig für Strukturen verwendet, die auf schwachem oder gesättigtem Boden liegen, wo die Aushubtiefe für Flachgründungen nicht machbar ist. Die Last aus dem Überbau wird über die Pfähle durch die schwach komprimierbaren Bodenschichten in steifere Böden oder festen Fels übertragen. Üblicherweise, bewerten Designer den Einsatz von signifikanten Gruppen großer Durchmesserpfähle für hohe Strukturen. Es sollte beachtet werden, dass es einen Unterschied in der Leistung eines einzelnen Pfahls und einer großen Pfahlgruppe gibt. Die Leistung eines einzelnen Pfahls hängt von der Mantelreibung entlang des Schaftes und der Festigkeit des Bodens an der Basis des Pfahls ab. Umgekehrt, können bei einer Pfahlgruppe, die Pfähle und der von der Gruppe eingeschlossene Boden als eine Einheit wirken, und die Gesamtkapazität ist die Summe aller Kapazitäten der Pfähle in der Gruppe, und sie wird auch durch den Abstand zwischen den Pfählen beeinflusst.
Pfahl-unterstützte Bodenplatten
Wenn ein konventionelles Bodenplattenfundament nicht ausreichenden Halt bieten kann, kann das Fundament durch das Hinzufügen von Pfählen verbessert werden. Pfahl-unterstützte Bodenplattenfundamente sind eine beliebte Wahl für hohe Gebäude, bei denen der Boden nicht geeignet ist, um übermäßige Setzungen zu verhindern. Das Hinzufügen von Pfählen zu einem Bodenplattenfundament erhöht die effektive Größe des Fundaments und kann helfen, Seitenlasten zu widerstehen. ie Bodenplatte bietet zusätzliche Kapazität im Endlastzustand, während die Pfähle den Großteil der Steifigkeit liefern. Insgesamt, kann dies die Leistung des Fundaments in Bezug auf die Endlastkapazität und die Reduzierung von Setzungen und unterschiedlichen Setzungen verbessern.
Möchten Sie die Gründungsdesign-Software von SkyCiv ausprobieren? Unser kostenloses Tool ermöglicht es Benutzern, Tragfähigkeitsberechnungen durchzuführen, ohne dass ein Download oder eine Installation erforderlich ist!
