Накопленный международный опыт застройки современного мегаполиса свидетельствует, что с учетом стоимости земельного участка наиболее оправданными с экономической точки зрения являются здания высотой от 30 до 50 этажей. Все, что выше, появляются из соображений архитектурно-градостроительной значимости, престижности или значительной цены и нехватки свободных городских территорий [1].
Сегодня главный материал для возведения каркаса высотных сооружений – монолитный железобетон. Хотя бы потому, что на основе железобетонного каркаса созданы многие известные небоскребы, в том числе и мировые рекордсмены – башня «Бурж Дубай» (высота 818 м) и высотки нефтяного концерна Петронас в Малайзии (высота 432 м).
Следует отметить, что ежегодное производство бетона, используемого для возведения монолитных конструкций различных зданий и сооружений, превышает 1,5 млрд м3, а на изготовление этих конструкций расходуется больше половины мирового производства цемента. По объемам выпуска и области своего применения монолитный бетон опережает другие виды строительных материалов. Так, его производство на душу населения в США составляет 0,75 м3, Японии – 1,2, Германии – 0,8, Франции – 0,5 м3. Для сравнения в странах СНГ этот показатель значительно меньше – от 0,15 до 0,2 м3 [2].
Почему не падают небоскребы? Как делают фундамент для высотных зданий
О возможных перспективах высотного строительства в нашей стране еще пару лет назад рассуждали только на научных конференциях. Среди причин скептического отношения было отсутствие полноценной нормативной базы, опыта у архитекторов и проектировщиков, технологов и строителей. Тем не менее уже тогда многие специалисты приходили к выводу, что именно высотное строительство даст отечественному стройкомплексу импульс к переходу на более высокий научно-технический уровень [3].
Технология монолитного бетона
Со временем появилось понимание, что потенциал монолитного бетона как замечательного конструкционного материала, позволяющего возводить яркие и выразительные сооружения, используется не в полной мере. Очевидно, что расширению области его применения в высотном строительстве будут способствовать освоение новых технологий, создание и внедрение современных опалубочных систем, систем комплексной механизации технологических процессов приготовления, доставки, подачи и укладки бетонной смеси, ускоренных методов твердения при круглогодичном производстве работ.
Основу процесса возведения монолитных высотных зданий составляет комплекс технологических и организационных мероприятий, направленных на оптимизацию сроков производства работ, снижение их трудоемкости и обеспечение требуемого качества конструкций.
В мировой практике в основном востребован бетон классов С40–С60. В последние годы наметилась тенденция к использованию высокопрочных бетонов – С60–С90. Так, в монолитном каркасе комплекса «Федерация» в Москве заложен бетон классов С60 и С80–С90. С конструктивной точки зрения класс материала зависит от действующих нагрузок по высоте здания.
Новые технологии строительства высоток за 2 месяца.
Примером рационального использования классов бетона может служить каркас Jin Mao Building (г. Шанхай) [4], мегаколонны которого сечением 1,5х5,0 м на нижних и 1,0х3,5 – на более высоких этажах, возведены из бетонов С80–С40 (рис. 1). В 72-этажном здании (264 м) «Tiump World Tower» (г.
Нью-Йорк, США) прочность данного конструкционного материала варьировалась как по высоте, так и по видам конструктивных элементов (рис. 2). В нижних этажах применен бетон класса С85.
В соответствии с поручением Министерства архитектуры и строительства специалистами РУП «Институт БелНИИС» при участии других организаций разработан ТКП 45–1.03–109–2008 «Высотные здания из монолитного железобетона. Правила возведения» [5]. В нем изложены принципиальные подходы к технологии возведения монолитных конструкций, аккумулирующие отечественный и зарубежный опыт. На необходимость ее тщательной проработки еще на стадии проектирования монолитных каркасов высоток обращается внимание уже при подготовке специальных технических условий на проектирование (СТУ).
Требования к бетону как конструкционному материалу для данного вида строительства становятся особенно жесткими. И без современных технологий модификации монолитного бетона, обеспечивающих необходимую морозо-, огне-, ударостойкость и долговечность при агрессивных воздействиях, в высотном строительстве не обойтись.
Важным требованием является непрерывное производство бетона в больших количествах и подача его на большие расстояния как по горизонтали, так и по вертикали без изменения реологических свойств. Все технологические переделы, начиная от приготовления бетонной смеси и до ее укладки, подлежат тщательному контролю. Применяют в основном две технологические схемы доставки бетонной смеси:
- в автобетоносмесителях от централизованного бетонного узла;
- с автоматизированного бетонного узла, обеспечивающего приготовление модифицированных смесей прямо на объекте.
Второй вариант предпочтительней, поскольку позволяет оперативно управлять процессом корректировки состава бетонной смеси и сводит к минимуму изменение ее реологических свойств во времени – от начала приготовления до укладки в опалубку.
Строительство современных высотных зданий связано с применением мощных бетононасосных установок (автобетононасосов и стационарных бетононасосов). Автобетононасосы с распределительной стрелой в основном подают бетонную смесь при возведении подземной части и первых этажей сооружений.
Стационарный бетононасос с переналаживаемым бетоноводом обеспечивает ее бесперебойное поступление на всю высоту здания. Распределение и подачу смеси в конструкции выполняют гидравлической распределительной стрелой, которая монтируется на технологической захватке на ранее возведенных монолитных конструкциях (рис. 3). Башенным кранам отводится роль вспомогательного средства для доставки бетонной смеси в бадьях на высоту здания.
Режим твердения бетона назначают в зависимости от конкретных условий производства работ, особенностей возводимых конструкций, требуемой распалубочной прочности, темпов возведения и т.д.
Повышенные требования предъявляют и к арматурным работам. Как правило, сварка арматуры для высотных зданий недопустима. Для стыка арматуры рекомендуется применять соединительные муфты или технологию ее вязки в построечных условиях, например с использованием специального ручного пистолета.
Опалубочные системы и опалубочные технологии в основном определяют темпы строительства и трудоемкость операций на бетонных работах. Следует учитывать, что на высоте более 100 м из-за ветров и туманов краны не всегда могут полноценно работать и использовать их можно максимум 4–5 дней в неделю, а строить за это время нужно не менее 1 этажа [7]. В этих условиях наиболее целесообразны самоподъемные на гидравлическом приводе опалубочные системы. Для строительства зданий высотой от 20 до 30 этажей разработаны опалубочные технологии возведения монолитного каркаса с применением традиционных опалубочных систем.
Они, однако, не могут обеспечивать темпов строительства, превышающих 3–4 этажа в месяц, и потребуют разработки специальных технологий по опалубочным работам и обеспечению безопасных условий труда. Использование традиционных опалубочных технологий возведения монолитного каркаса практикуют в Украине.
При строительстве наружных стен зданий выше 30 этажей необходимо применять переставные самоподъемные опалубки с гидравлическим приводом, которые представляют собой совокупность модуля опалубки, состоящего из наружной и внутренней опалубочной панели, несущих рабочих подмостей и анкеров для крепления опалубки к зданию (рис. 4).
Эффективность переставной опалубки, конструкция которой дает возможность безопасно перемещать весь блок краном, заключается и в снижении трудоемкости опалубочных работ, увеличении темпов и качества строительства.
Самоподъемные опалубки в комплексе решают вопросы опалубливания и механической распалубки конструкций, механического перемещения опалубки по высоте, обеспечения безопасных условий производства работ и максимальной защиты от ветра (рис. 5). Опалубка носит индивидуальный характер, проектируется и изготавливается под конкретный объект. Для особо сложных высотных зданий разрабатывают специальные проекты с увязкой перемещения по высоте опалубки, гидравлической распределительной стрелы и индивидуальных кранов, размещаемых на строящемся каркасе.
Подъемно-транспортное и вспомогательное оборудование для высотного строительства
Традиционные башенные краны целесообразны при возведении зданий не выше 70–80 м. При большей высоте соотношение основных параметров крана (грузоподъемность, масса поднимаемого груза, безопасность и стоимость работ) становится неоптимальным. Для ведения работ на высоте до 130–140 м следует использовать приставные башенные краны, которые прикрепляются к возведенным конструкциям строящегося здания.
При этом рекомендуется следующая технологическая схема: конструкции на высоте 60 м и менее возводятся с помощью традиционного башенного крана, на высоте 130 м и менее – приставного (рис. 6), оптимальность использования которого на данной отметке и исчерпывается. Для строительства сооружений большей высоты необходимы самоподъемные краны, не имеющие ограничений по высоте подъема груза. Монтажные краны подобного типа крепятся к ядру жесткости здания и обеспечивают производство работ на ярусе высотой от 30 до 40 м (рис. 7).
После окончания работ самоподъемные краны, как правило, демонтируют и по частям опускают вниз с помощью лебедок. Однако за рубежом их нередко консервируют и оставляют на кровле с целью последующего использования, например при текущем или капитальном ремонте здания [8].
При высотном строительстве к традиционной проблеме подъема мелких грузов на стадии отделочных работ добавляется вопрос безопасного подъема рабочих. Для этих целей используют специальные грузопассажирские подъемники (рис. 8) грузоподъемностью до 3 т и вместимостью до 20 человек.
Рекомендуемая средняя рабочая высота подъема зависит от конструктивных особенностей строящегося здания. Количество и тип подъемников определяют исходя из конфигурации здания и требований по организации работ на объекте. Подъемники устанавливают после возведения 5–10 этажей надземной части.
Очень важен вопрос темпов строительства высоток – не ниже 4–5 этажей в месяц, что, образно говоря, уже дело техники и технологии. При этом максимально задействуют совмещенные технологии возведения каркаса и фасадных систем, применяют высокопроизводительное оборудование и современные опалубочные системы. Разрыв между устройством каркаса здания и навешиванием его фасада может достигать 5–7 этажей (рис. 9).
Сравнительно самостоятельными техническими элементами являются средства обеспечения работ по устройству ограждающих конструкций наружных стен или отделке фасада. Имеются в виду рабочие площадки, предназначенные для размещения рабочих и специализированного оборудования по внешнему контуру здания (рис. 10). При его высоте менее 75 м традиционно используют леса или навесные подмости разных типов. Но для безопасного ведения работ на фасадах более высоких сооружений целесообразны специальные фасадные платформы.
Серьезное воздействие на безопасность монтажных работ на высоте оказывает постоянная ветровая нагрузка. Проведенные исследования свидетельствуют, что на высоте более 50 м на боковой поверхности строящегося здания возникают локальные, случайно направленные вертикальные ветровые потоки, а в уровне верхнего обреза здания – локальные горизонтальные ветровые потоки значительной силы. Они существенно осложняют монтаж элементов большой площади (опалубочные панели и пр.) и оказывают негативное физиологическое воздействие на рабочих. В зимнее время ситуация усугубляется низкими температурами воздуха. Поэтому безопасность и приемлемые климатические условия ведения наружных строительных работ следует обеспечивать с помощью дополнительных технических средств – ветровых ограждений и защитных укрытий.
При этом необходимо предусмотреть следующие мероприятия (рис. 11):
– установку ветрозащитных ограждений рабочей зоны, в том числе и при ведении наружных отделочных работ;
– формирование на фасаде здания в зоне производства работ тепляков, конструктивно совмещенных со средствами подмащивания и обеспечивающих приемлемые условия труда. При устройстве теплоизоляционного ограждения следует использовать сетки специального назначения, тканевые завесы и пр.
Обеспечению безопасности труда в высотном строительстве следует уделять особое внимание. Анализ существующих в настоящий момент систем коллективной безопасности при работе на высоте в зависимости от конструктивных особенностей позволяет выделить следующие их типы (рис. 12, 13): защитно-улавливающая система; универсальная улавливающая система; улавливающая система; ограждения предохранительные; сетчатое ограждение; защитные козырьки.
В рамках ведения договора о научном сопровождении строительства первого небоскреба в Минске – административно-торгового центра по пр. Победителей, 7 – специалисты РУП «Институт БелНИИС» подготовили ППР и технологические схемы устройства защитных ограждений по наружному контуру при возведении монолитного каркаса.
Разработаны две технологические системы устройства защиты наружного контура. Защитно-улавливающая система (ЗУС) состоит из закрепленных по контуру перекрытий кронштейнов, по которым навешиваются улавливающие сетки (рис. 14), и является дополнительным средством защиты работающего в случае его падения с высоты 6–7 м непосредственно на сетку, а также от падающих строительных отходов в процессе возведения каркаса здания.
Предохранительные ограждения металлические (ПОМ) предназначены для создания безопасных условий труда при возведении монолитных каркасов высоток (рис. 15) и оснащены сетчатыми экранами. ПОМ решают следующие задачи:
- предохранение от падения за наружный край перекрытия работников, выполняющих монтаж опалубки перекрытия и работы по армированию и бетонированию перекрытия на вышележащем этаже; устройству колонн, внутренних стен и диафрагм за исключением наружных стен (необходимо применение наружных консольных подвесных подмостей);
- демонтаж опалубки перекрытия и приведение в соответствие бетонных поверхностей на нижележащем этаже;
- предотвращение от падения в опасную зону строящегося здания инструмента, элементов опалубки, строительных материалов, отходов.
Мы остановились лишь на отдельных элементах технологии возведения высоток и их особенностях. РУП «Институт БелНИИС» уже наработал новые технологии и подходы к строительству таких сооружений и внедряет их на реальных объектах.
1. Mir, V. Ali. Evolution of Concrete Skyscrapers: from Ingalls to Jin mao // Electronic Journal of Structural Engineering. – 2001. – Vol. 1. – № 1. – Р. 2–14.
2. Волков, Ю.С. Монолитное строительство возможно даже на Луне. Зарубежный опыт строительства монолитных зданий // Строительный эксперт. – 2003. – № 14.
3. Марковский, М.Ф. Высотное домостроение. Без права на ошибку // Архитектура и строительство. – 2007. – № 1. – С. 44–47.
4. Марковский, М.Ф. и др. Технологии бездефектного возведения монолитных железобетонных конструкций из товарного бетона // Материалы 1-й международной научно-практической конференции «Товарный бетон. Новые возможности в строительных технологиях». – Харьков, 2008.
5. ТКП 45–1.03–109–2008 «Высотные здания из монолитного железобетона. Правила возведения».
6. Тур, В., Марковский, М., Щербач, А. Новое в строительстве высотных зданий из железобетона // Архитектура и строительство. – 2008. – № 2. – С. 72–81.
7. Теличенко, В. и др. Технологические особенности возведения высотных зданий // Высотное строительство. – 2008. – № 2.
Источник ais.byВозведение высотных зданий
Высотные здания имеют, как правило, небольшие в плане размеры. Конструктивная особенность таких зданий – в наличии центрального монолитного ядра жесткости, роль которого выполняет лестничная клетка с лифтовой шахтой.
В зависимости от последовательности выполнения отдельных работ высотные здания возводят следующими методами: раздельным, комплексным, раздельно-комплексным.
При раздельном методе все этапы работ выполняют последовательно: сначала бетонируют ядро жесткости, монтируют на всю высоту каркас, стеновые панели, а затем выполняют отделочные работы. Раздельный метод позволяет концентрировать материальные и трудовые ресурсы на отдельных видах работ: бетонных, монтажных или общестроительных. Это обеспечивает сокращение продолжительности отдельных этапов, но их последовательное выполнение, без совмещения работ, может обернуться удлинением общего срока возведения здания.
Комплексный метод – это совмещение выполнения на разных уровнях всего комплекса монтажных, строительных и отделочных работ, что сокращает срок строительства вследствие параллельного производства работ по монтажу каркаса, бетонированию ядра жесткости, омоноличиванию конструкций колонн, бетонированию монолитных участков перекрытий, монтажу стеновых панелей, отделочных и других работ. Возведение монолитного ядра жесткости при комплексном методе происходит отдельным потоком в совмещении с монтажом каркаса и, как правило, с опережением от примыкающих к нему горизонтальных конструкций каркаса.
При раздельно-комплексном методе одни этапы работ могут выполняться раздельно, другие – в совмещении: бетонирование ядра жесткости до промежуточной отметки; монтаж конструкций каркаса, стеновых панелей, отделочные работы; завершение работ по бетонированию ядра жесткости; окончание монтажа конструкций каркаса и совмещаемых этапов работ.
Выбор метода возведения высотного здания зависит от размеров и конфигурации его в плане, эксплуатационных параметров и расположения монтажных кранов, условий безопасности и возможного совмещения работ, продолжительности возведения здания и стоимости работ, особенностей монтажной площадки.
Монтажные краны для производства работ. Высотные здания возводятся с помощью передвижных, приставных или самоподъемных башенных кранов. Наиболее удобны передвижные или приставные башенные краны. С помощью передвижных башенных кранов можно монтировать здания высотой до 100 м.
Современные приставные башенные краны, башня которых подращивается (или наращивается) по ходу монтажа и крепится специальными распорками к каркасу здания или к ядру жесткости, применяют для возведения зданий высотой до 200 м (рис. 1, а). Отдельные модификации приставных кранов могут работать как передвижные – до определенной высоты подъема, что расширяет возможную зону их использования.
Рис. 1. Схема монтажа высотного здания: а – приставным башенным краном; б – самоподъемным краном; 1 – ядро жесткости (лестничная клетка, лифтовая шахта); 2 – приставной башенный кран; 3 – связи-распорки; 4 – бетонный фундамент приставного крана; 5 – монтируемый каркас здания; 6 – самоподъемный кран; 7 – опорные балки крана
Самоподъемные краны применяют при строительстве зданий любой высоты. В месте установки самоподъемного крана необходимо устраивать стальную шахту на всю высоту здания либо передавать нагрузку от крана на несущие конструкции здания. Необходимо также, чтобы бетон монолитного перекрытия в уровне опоры самоподъемного крана к моменту его установки достиг не менее 70%-й проектной прочности на сжатие.
Преимущество самоподъемных кранов – в возможности монтажа зданий, располагаемых на стесненных площадках. Самоподъемные башенные краны, опирающиеся на каркас здания (рис. 17, б) или на специальную стальную шахту, закрепляемую по высоте к каркасу или ядру жесткости, перемещаются только по вертикали, поэтому их размещение в плане обусловлено конфигурацией здания и радиусом действия кранов.
Обычно применяют один или два самоподъемных крана, которые охватывают все здание рабочими зонами. Каждый кран с одной стоянки монтирует конструкции в пределах одного яруса (двух, трех или четырех этажей), после чего поднимается вверх на новую стоянку.
Возведение монолитного ствола ядра жесткости и монтаж конструкций каркаса проводятся с помощью приставных кранов, установленных внутри ствола жесткости. Высотные здания возводят также с помощью кранов, работающих вначале как приставные или свободно установленные на земле, а с увеличением высоты – опираемых на разных уровнях на две шпренгельные балки и закрепляемых по высоте к стенке монолитного ствола жесткости.
Технологическая последовательность выполнения работ при возведении высотных зданий. При возведении каркаса высотного здания необходимо строго соблюдать условия технологических и конструктивных взаимосвязей выполняемых работ: каждый последующий ярус возводимого каркаса может выполняться только после закрепления в проектном положении смонтированных конструкций нижнего яруса.
Монтаж стеновых панелей или совмещают с монтажом конструкций каркаса, или выполняют после окончания монтажа каркаса на всю высоту здания.
В зависимости от принятого метода монтаж панелей производят основным краном или крышевым краном, установленным на здании.
Установка и эксплуатация крышевых кранов, применяемых для монтажа стеновых панелей и других элементов ограждения, возможны лишь после полного окончания сборки каркаса, обетонирования колонн и возведения ядра жесткости до уровня, от которого до опорных балок крышевого крана будет не более шести этажей. Опережение монтажа каркаса и установки крышевых кранов от уровней омоноличенных колонн и бетонного ядра жесткости определяют расчетами с учетом особенностей конструктивных решений.
С помощью крышевых кранов выполняют также бетонирование верхних ярусов ядра жесткости на высоту до шести этажей, подают на высотные приемные площадки бетон, раствор, мелкоштучные и сыпучие материалы, санитарно-техническое оборудование, столярные изделия и пр.
Отделочные работы при возведении высотных зданий могут совмещаться с монтажом конструкций каркаса и общестроительными работами; выполняться после окончания на всю высоту здания монтажных и общестроительных работ.
В случае совмещения отделочных работ с другими их начинают после окончания монтажа каркаса, омоноличивания конструкций и выполнения общестроительных работ на высоту 6–10 этажей. Работы выполняют на одной захватке первого яруса в то время, когда на второй захватке монтируют 6–10-й этажи. Затем монтажники и отделочники меняются захватками до тех пор, пока не будут закончен монтаж каркаса и выполнены общестроительные работы, что позволяет начать производство отделочных работ на обеих захватках. При таком совмещении процессов отделочные работы выполняют по направлению от нижних этажей вверх.
В законченных частях каркаса по высоте могут быть выделены зоны отделочных работ, над которыми по перекрытию устраивают гидроизоляцию и в нижележащих этажах производят окончательную отделку помещений. Отделочные работы в отдельных зонах, каждая из которых принимается высотой 8–10 этажей, ведут в направлении сверху вниз. После полного окончания работ по возведению каркаса здания отделочные работы начинают с верхних этажей. В этом случае увеличивается продолжительность возведения здания, но улучшаются условия работы отделочников.
Монтаж лифтов выполняют параллельно с возведением конструкций этажей и эксплуатируют их до сдачи всего объекта. В лифтах, используемых в процессе строительства, облицовка кабин выполняется после окончания отделочных работ.
Источник extxe.comТехнология возведения высотных зданий и сооружений
Высотными зданиями может похвастаться любой крупный город. Возвышающиеся над городом шпили, парящие в облаках башни являются символом благополучия, экономического роста и независимости. Город, претендующий на звание столицы области, края, округа не может отказаться от подобной архитектуры. Высотным зданиям свойственны следующие характеристики:
- высота зданий. Зачастую, для того чтобы этот параметр был больше, на небоскребах устанавливают шпили, позволяющие нарастить еще несколько метров желанной высоты;
- этажность и количество этажей. У небоскребов, как и у любых других зданий под этажностью поднимается число надземных этажей, а под количеством этажей – все этажи, в том числе подвальные, цокольные, технические и чердачные. В небоскребе количество этажей больше этажности из-за того, что необходимо размещать большое количество инженерного оборудования, обслуживающего вентиляционные камеры, лифты, системы связи и прочее. Технические этажи могут также размещаться в теле небоскреба;
- площадь застройки;
- общая площадь всех этажей;
- функциональное назначение;
- стоимость квадратного метра.
Небоскреб – это здание высотой более 30 этажей, предназначенное для работы или жизни людей
В большинстве случаев небоскреб повторяет очертания выделенной под строительство площадки(участка) и представляет собой вытянутый объем, высота которого намного превышает ширину корпуса и его длину. За счет большой концентрации нагрузок на фундамент и основание требуется точный расчет и конструирование подходящего по нагрузкам варианта.
В отличие от застройки средней этажности, небоскребы испытывают многократно большие нагрузки от воздействия природных факторов, к которым относятся солнечная радиация, ветер и общая геологическая ситуация.
Проектирование небоскребов также осложняется большим количеством людей на этаже и относительно небольшой пропускной способностью лифтов.
Главным ядром жесткости небоскреба являются лифтовые шахты и лестничные клетки, которые задают жесткость и устойчивость всему каркасу.
Готовые работы на аналогичную тему
Технология возведения высотных зданий и сооружений
Строительство высотного здания или небоскреба является масштабным проектом для любого города, поскольку он становится новой архитектурной доминантой и меняет городской ландшафт. Небоскребы строят по каркасной системе, это позволяет уменьшить расход материала и обеспечить гибкость планировок от этажа к этажу. В качестве основных материалов применяют железобетон или металл.
Возведение начинается с подготовительных работ на площадке и затем ведется в следующей последовательности:
- на подготовленной площадке проводят геодезическую разметку и приступают к устройству котлована, то есть земляным работам;
- выполняют работы по устройству фундаментной части;
- на фундаментах наращивают каркас, ограждающие конструкции устанавливают после готовности каркаса;
- выполняют работы, связанные с внутренней отделкой, прокладкой инженерных сетей;
- выполняют благоустройство территории.
Согласно требованиям пожарных нормативов окна последнего жилого этажа не должны располагаться выше 75 метров, так как на большую высоту не сможет подняться кабина пожарной лестницы.
Рисунок 1. Схемы возведения высотных зданий и сооружений. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Особенностью расчетов высотных зданий являет то, что их рассматривают как единую пространственную систему, которая состоит из основания, каркаса и покрытия. Для этой единой конструкции выполняют расчеты на статические и динамические нагрузки.
Последовательность монтажа имеет больше значение, так как нагрузка на элементы во время монтажных работ может превышать расчетные значения.
Помимо обычных процедур, связанных с экспертизой, зачастую проекты высотных зданий и небоскребов получают научно-техническое сопровождение, позволяющее разработать уникальные и оптимальные опытно-конструкторские решения. Виртуальная модель будущего здания проходит серию тестовых испытаний, проверяющих ее на надежность, прочность, устойчивость и воздействие различных по характеру нагрузок.
Источник spravochnick.ruКак строят небоскребы
Первые небоскребы строились по каркасной технологии. Сотни стальных профилей несли всю нагрузку. На этот стальной несущий каркас крепились остальные конструктивные элементы здания.
Однако выше 300 метров стальной «скелет» из колонн и балок уже не так эффективен. Архитекторы фирмы Skidmore, Owings and Merrill (SOM) разработали совершенно новую структурную систему высотных зданий – «поддерживаемое ядро». По этой технологии ядро находится в центре, а по сторонам — опоры.
Сегодня эта технология лежит в основе почти всех современных сверхвысоких небоскребов, в том числе и 462-метрового Лахта Центра в Санкт-Петербурге.
фото Vitaliy Romanov
Человечество училось строить высокие дома постепенно. Когда-то дом в три этажа считался высоким. Потом небоскребом назвали десятиэтажное здание. В двадцатом веке рекордом стало строительство 440-метрового Эмпайр Стейт Билдинг. А вот за последние 15 лет появились технологии, которые позволили еще шагнуть вверх еще почти на 400 метров. Например, Burj Khalifa — 828 метров.
В Саудовской Аравии строится Jeddah Tower, который будет выше 1 километра. В прошлом году в Китае все рекорды била 632-метровая Shanghai Tower.
К 2020 – прогноз – число мегатоллов, то есть зданий выше 600 м, достигнет 8.
Как происходило освоение высоты?
В восьмидесятые годы 19-го века изобрели каркасное строительство. Идея принадлежит американскому архитектору William Le Baron Jenney. Больше не нужны толстые стены. Нагрузку взял на себя каркас – сотни стальных профилей – beams, вес каждого – несколько тонн. Монтируется поэтажно.
Фасад и все остальное крепится к каркасу.
Технологию быстро освоили: The Trump Building, Chrysler Building, Flatiron Building, Empire State Building, American International Building, Woolworth Building – выходцы одной эпохи. Фото fototelegraf.ru
Выше 300 метров стальной скелет из колонн и балок уже не так эффективен в качестве системы устойчивости. В более позднее время пришло понимание, что стальные колонны, плавящиеся при сильном пожаре, несут риски коллапсирующего обрушения конструкции.
Альтернативные инженерные решения, легшие в основу системы устойчивости сверхвысоких объектов, появились в середине 60-х годов 20 века. Fazlur Khan, уроженец Бангладеша, работавший на архитектурную фирму Skidmore, Owings and Merrill (SOM), придумал инновационную конструкцию — «несущую трубу». Вместо привычной внутренней сетки из колонн инженер предложил использовать колонны по периметру, соединив их с мощной «сердцевиной» здания. По этой технологии были построены Sears Tower, John Hancock Center, World Trade Center.
На фото 1971-го года – строительство Willis Tower в Чикаго (до 2009 года — Sears Tower). Каркас состоит из девяти квадратных «труб», образующих один большой квадрат в основании. Каждая такая «труба» состоит из 20 вертикальных балок и множества горизонтальных. Все девять «труб» сварены до 50 этажа, затем идут семь труб до 66, к 90-му этажу остаются пять, а ещё на 20 этажей поднимаются оставшиеся две «трубы». Фото geektimes.ru
В начале 1980-х годов появились проблемы. «Труба» позволяет строить здания любой, даже заоблачной высоты. Есть лишь непременное условие: основание увеличивается пропорционально высоте постройки. Это резко ограничивает фантазии архитекторов.
В SOM приходит новый инженер-конструктор — Bill Baker, который вместе с архитектором Adrian Smith разработал совершенно новую структурную систему высотных зданий – «поддерживаемое ядро». По этой технологии ядро находится в центре, а по сторонам — треугольные опоры. Для наглядности можно сравнить с ракетой с длинными тонкими плавниками стабилизации.
Так построено самое высокое искусственное сооружение на земле. SOM, создатели Burj Khalifa, сделали башню в форме трилистника. С набором высоты каждый его элемент сужается. У самой вершины ядро переходит в шпиль. Фото cdn.mapme.club, ae.bookmyshow.com, doka.com
Ядро – центральная конструктивная часть Лахта Центра. Это – железобетонный «позвоночник» здания, который возводился с помощью самоподъемной опалубки. Внешний диаметр в нижней части — 28 метров. Толщина стен ядра — 2,5 метра. Для бетонирования используется бетон по классу прочности выше, чем в фундаменте, — B 80. На кубометр бетона – треть занимает арматура.
Внутри ядра размещаются все инженерные коммуникации — трубы и кабели, а также – вертикальный транспорт.
Вокруг ядра собирались этажи полезной площади длиной от ядра до наружного периметра от 8 до 18 метров. Всего в небоскребе 87 этажей.
Сегодня эта идея — «поддерживаемое ядро» — лежит в основе почти всех современных сверхвысоких небоскребов.
432 Park Avenue в Нью-Йорке, США. Высота 425 м. Фото designrulz.com, doka.com
Москва Сити. Фото asm-group.org, photo-day.ru, img-fotki.yandex.ru, radikal.ru
Если в пропорции высота небоскреба / поперечное сечение ядра значение больше 8, в конструкцию вводятся аутригеры. Это — плоские или пространственные конструкции — раскосные или безраскосные фермы, придающие конструкции горизонтальную жесткость и препятствующие прогрессирующему обрушению.
Например, в комплексе «Федерация» в ММДЦ «Москва-Сити» на 120-ти метровой высоте (32-36 этажи) небоскреба «Восток» смонтирована аутригерная рама – своеобразное кольцо жесткости — размером с пятиэтажный дом. Всего на «Востоке» четыре аутригерных этажа – с 32-го по 36-й, с 46-го по 50-й, с 60-го по 64-й и с 89-го по 93-й.
Evolution Tower в Москва Сити. Фото vkokorin.users.photofile.ru, asm-group.org
TAIPEI 101. Фото supertalls.fr
The Shard — небоскрёб в Лондоне. Фото akdemiryapiinsaat.com
Башня Lotte World Tower, Сеул, Южная Корея. Фото doka.com, asset.kompas.com, i.imgur.com
В сеульском 555-метровом гиганте два аутригерных уровня – на 39-ом – 44-м и 72-ом – 76-м этажах. Они соединяют ядро с восемью периметральными суперколоннами. Эти колонны противостоят опрокидывающему моменту, принимают на себя ветровые и сейсмические нагрузки, которые распределяются на стальные аутригерные фермы.
В петербургском Лахта Центре — четыре аутригерных уровня. Через каждые 16 этажей от центрального ядра горизонтально располагаются распорные элементы – десять мощных консолей, которые передают нагрузку на внешние колонны. Система постоянно балансирует между растяжением и сжатием. При этом почти на сорок процентов уменьшается опорный момент.
Walkie-Talkie в Лондоне. Фото cdn.vox-cdn.com
Socar Tower в Баку, 209 м. Фото Generosity Akhmedov (skyscrapercity.com)
30 St Mary Axe — 40-этажный небоскрёб в Лондоне, конструкция выполнена в виде сетчатой оболочки с центральным опорным основанием. Фото newsteelconstruction.com, avatars.mds.yandex.net
CCTV Building, Пекин, China. 234 метра высоты, 54 этажа. Завершённое в 2012 году, петлеобразное здание было «преднамеренной атакой» на привычные формы небоскрёбов – трехмерная композиции в виде петли с усиленным 75-метровым консольным выносом.
Обе башни отклонены от вертикали на 6 градусов и повёрнуты так, что поддерживают и уравновешивают друг друга. Главная особенность — пространственная решётка здания, формирующая основной объём. Её узор хорошо читается на фасаде здания. Фото mashpedia.com, krasfun.ru
Shanghai Tower. Фото inhabitat.com
62-этажный небоскреб One Thousand Museum в Miami. Внешняя оболочка делается с использованием армированного стекловолоконного бетона. Фото squarespace.com, hammer.lobster.media
150 North Riverside в Чикаго. Фото chicagoarchitecture.org, danieldschell.files.wordpress.com
Rothschild Tower в Тель-Авиве. Фото archdaily.com, wikimedia.org
Строительство Tribunal de Paris по проекту Renzo Piano. Фото i.ytimg.com
Ping An Finance Center в китайском Shenzhen. Высота – 599 м. Держат здание ядро и восемь композитных мегаколонн с диагональной фиксацией. Есть четыре аутригерных этажа и еще три технических. Фото skyscrapercity.com
Источник lakhtacenter.livejournal.com