Современные тенденции высотного строительства
С многолетним развитием архитектуры и строительной отрасли, с появлением лифта, удорожания земли, урбанизации, увеличении числа населения и другими факторами в нашу жизнь плотно вошли высотные здания.
Высотными могут по праву называться жилые и нежилые сооружения, высота которых превышает 75 м. Первый объект с такими требованиями появился в Нью-Йорке — Вулворт-билдинг, высота которого составляла 241 м, на то время рекордная высота сооружения в мире.
В том числе США из-за нехватки земельной площадки преуспели в ХХ веке в высотном строительстве. Полученный американский опыт и по сей день используют при возведении еще более высоких сооружений.
На сегодняшний день высотное строительство давно приобрело мировую популярность и развивается в еще более масштабных направлениях. Высотные сооружения с увеличением этажей теряют свою устойчивость, поэтому инженеры ежегодно разрабатывают, усовершенствуют и оптимизируют технологии строительства.
Сегодня небоскребы — это не только экономия места, земли, ресурсов, но и направлении искусства. Форма и технология меняется по запросу, но общие тенденции и характерные черты высотного строительства можно четко проследить.
Высотность. Рост этажности домов — непрекращающаяся борьба, на сегодняшний день, ранее нереальная цифра высоты сооружения в 200 м, стала нормальной, более 1319 небоскребов в мире имеет высоту более 200 м. Технологии сверхвысоких зданий существуют и применяются, но пока их стоимость не позволяет применять их широко, тем не менее, Объединенные Арабские Эмираты со своим отелем Burj Khalifa держат отметку в 828 метров!
Экономия земли. Небоскрёбы по своей сути несут роль сокращения распространения урбанизации территорий на природную среду, но еще более активно продвигается строительство «узких», но высоких зданий. «Карандашные» башни, например, которые занимают площадь земли не более теннисного корта, в скором времени позволят размещать в себе и игровые площадки, и места для прогулок, и транспортные развязки.
Многофункциональность. Сегодня широкую популярность имеет функциональность многоэтажных зданий. На первых этаж располагаются торговые помещения, выше — офисные, еще выше — жилые, есть и более интересные варианты с зелеными зонами, с пешеходными зонами и развлекательными центрами.
Экологичность и энергоэффективность. Само собой, высотные здания имеют заранее высокую потребность в ресурсах, в том числе в энергетических. И здесь применяются наиболее современные и эффективные инновации. Например, в новом кампусе (три 37-этажных башен с дополнительными строениями, конференц-центром и оранжереями) глобального интернет-ретейлера Amazon в Сиэтле предусмотрено отопление водой из дата-центра, которая после этого возвращается для охлаждения серверов компании. В кампусе высажено 40 тысяч тропических деревьев.
Оригинальность. Большинство высотных зданий приобретает новый образ, непривычный обычному небоскребу. И тут примеров масса, и воплощенных, и на стадии проектирования. Такие здания становятся надежным местом притяжения туризма.
Высотные здания предполагают долгую подготовку, точные расчеты, интересный замысел, рентабельность и экологичность, а при возведении — качественных материалов и выверенной технологии. С Баумак — ведущим производителем на юге России опалубочных систем и комплектующих к ним, эффективность крупного проекта будет на высоте.
Автономная некоммерческая организация «Научно-консультационный центр «Образовательные системы и проекты»
Профессиональное образование в области архитектуры, строительства и городского хозяйства
Новые технологии строительства небоскребов
Сегодня небоскребы стали неотъемлемой частью мегаполисов. Они не только изменяют архитектуру городов, но и оказывают большое влияние на развитие строительной отрасли в целом. Небоскребы появились более ста лет назад и с тех пор оказывают огромное влияние на развитие инноваций в строительстве. И это понятно, ведь небоскреб является вызовом для специалистов, работающих в разных областях.
Появление самого термина skyscraper («небоскреб») уходит своими корнями далеко в прошлое еще со времен парусных судов английские матросы, называли так централь-ную (самую высокую) мачту. Сегодня же этот термин стали использовать в отношении зданий большой высотности.
Концепция небоскреба впервые нашла материальное воплощение в Чикаго второй половины XIX века, когда этот город превращался в огромный коммерческий центр. Импульсом для этого послужил Великий пожар 1871 года, полностью уничтоживший старый город. При определении концепции возрождения Чикаго необходимо было учитывать его крайнюю перенаселенность, что и нашло должное отражение при разработке архитектурного проекта Трибьюн – Тауэра, разработчики которого вдохновлялись великими шедеврами античности и Возрождения.
Огромное значение для архитекторов, устремленных в будущее, имело появление во второй половине XIX века новых материалов и технологий. Прежде всего, материалов, из которых изготавливались каркасы и коробки зданий, т.е. стальные конструкции и опоры, несущие относительно независимые панельные и стеклянные перегородки. Еще одним «виновником» высотного бума можно назвать лифт Отиса, без изобретения которого строительство зданий выше 5 этажей было бессмысленным. Третьим новшеством явилось внедрение систем вентиляции и электрического освещения, что привело к возможности создания регулируемого микроклимата, не зависящего от меняющихся погодных условий. Эти технологические прорывы означали, что теперь при проектировании зданий архитекторы могли не принимать во внимание условия естественного освещения и вентиляции.
Сегодня строительные технологии позволяют возводить сооружения до трех километров высотой. Пока такие высотки не востребованы, прежде всего, потому, что доехать до «вершины» за разумное время довольно сложно. Поэтому на сегодняшний день большинство небоскребов не вырастает больше 500 метров. Однако даже и эта высота требует достаточно сложных технических решений. Поэтому, когда строители и архитекторы ре-шаются взяться за строительство высотки, они устраивают соревнование конкурсных решений и передовых технологий, и при воплощении в жизнь подобного проекта обязательно отслеживают научные достижения, чтобы затем применить их на практике.
В настоящее время большое внимание уделяется обеспечению максимальной прочности небоскреба и его способности выдерживать нагрузки разной направленности. К примеру, одно из самых известных зданий мира -Taipei International Financial Center («Тайпей 101»), высотой более 500 метров — потребовало решения крайне непростой задачи: в чрезвычайно сейсмоопасном районе Тайваня, где, к тому же, не редкость ураганы, возвести небоскреб, способный выдержать землетрясение и мощный удар ветра.
Решение архитекторы позаимствовали в ботанике. Подобно стеблю растения башня способна гнуться благодаря особой конструкции металлических облицовочных панелей. Они имеют толщину 3 см и при этом могут прогибаться внутрь до 18 см, без проблем возвращая свою форму. В результате зданию не страшен ветер в 300 км/ч. Кроме того, Тайпей 101 имеет крупнейший в мире инерционный демпфер, который представляет собой стальной шар, весом 660 тонн и диаметром 5,4 метра, подвешенный между 87 и 91 этажами. Он висит там как маятник, и кода сильный ветер начинает раскачивать здание, начинает раскачиваться и шар, тем самым погашая колебания небоскреба.
При возведении в Петербурге «Лахта центра» — общественно-делового комплекса со штабквартирой группы Газпром, открытие которого намечено на 2018 год, будет использоваться новое решение. Все этажи небоскреба планируется выстроить вокруг ствола или ядра, который будет возводиться из бетона. Внутри него разместят все инженерные коммуникации, включая трубопроводы, кабельные системы и лифты. Чтобы уменьшить колебания небоскреба, через каждые семьдесят метров будут расположены распорки из железобетона, которые соединят внешние колонны. В свою очередь для обеспечения надежного соединения внешних колонн с центром здания будут использоваться металли-ческие балки. Одним словом, у здания будет повышенный запас прочности, а всю конструкцию можно будет использовать в течение неограниченного срока.
Одним из слабых мест в развитии «небоскребостроения» является высокое энергопотребление. Однако, как показывает практика, решения, минимизирующие энергопо-требление реализуются все чаще. В частности при строительстве «Лахта центра» будут использованы уникальные фасадные конструкции и гнутые стеклопакеты 2,8 на 4,2 метра весом около 740 кг. Такой объем уникального фасадного стекла на высотном объекте будет использоваться впервые. Воздушное пространство между слоями остекления фасада обеспечит одновременно теплоизоляцию и естественную вентиляцию, что позволит снизить затраты на отопление и кондиционирование. Специальные системы будут поддерживать оптимальный температурно-влажностной режим. Кроме того, именно такая конструкция остекления позволит создать и подчеркнуть плавную форму башни.
Аналогичная технология была применена при строительстве высотного 55-этажного здания Гренландского центра компании Skidmore, Owings & Merril в Пекине. Остекленный фасад здания выполнен по технике барельефа и состоит из двух видов трапецеидальных стеклянных модулей, особым образом преломляющих свет внутри и сна-ружи. Трапециевидные стеклянные элементы фасада также повышают теплозащиту здания и значительно снижают нагрев от солнечных лучей.
Что касается внешнего вида высотных зданий, то и здесь проектировщики и архитекторы, опираясь на последние достижения в области строительных технологий, все чаще отходят от традиционных форм и стараются придавать высоткам футуристический облик. Первые многоэтажные здания, появившиеся в американских городах в 20-30е г. прошлого века, отличались достаточно вычурным архитектурным обликом, и возводились чаще всего в готическом стиле и только в середине минувшего века приняли привычный для нас облик, который специалисты называют «чистой геометрией». Сегодня небоскребы могут иметь практически любою форму — квадратные, прямоугольные, овальные, круглые высотные здания появляются по всему миру. Оказывают влияние на внешний облик небоскребов также и новейшие тенденции.
Полон футуристических идей и знаменитый Turning Torso («Крученый небоскреб») в шведском городе Мальмё. Само здание трудно назвать супергигантом – его высота со-ставляет всего 190 м, но оно имеет весьма необычную форму — фактически, это спираль, делающая полный оборот по высоте. Самое интересное здесь, что бетонное здание заковано в стальной экзоскелет (внешний каркас), выполненный из конических стальных труб. Он охватывает весь периметр и крепится к стенам между каждым модулем горизонтальными и диагональными трубами. Они, в свою очередь, стальными анкерами устанавливаются к углам конструкции. В результате, центральная часть отвечает за вертикальную устойчивость, а экзоскелет воспринимает мощную ветровую нагрузку и гасит вибрации от нее.
И в очередной раз своим необычным подходом к строительству поражает Дубай. Фантастические решения воплощаются в строящемся сейчас в ОАЭ Green Environmental Tower («Вращающийся небоскреб»).
Этот небоскреб вполне способен стать самым впечатляющим зданием Дубая. Мечтали ли вы когда-нибудь засыпать с видом на закат, а просыпаться с видом на восход? Так вот уникальность этого небоскреба в том, что мечты станут реальностью. Этажи будут вращаться непосредственно владельцами квартир, однако если позволить всем этажам вращаться согласованно, под управлением компьютера, возникают интересные эффекты. В результате высотка «оживает», постоянно меняя свою форму.
Но 68-этажная башня — творение итальянской компании «Динамичная архитектура» — (Dynamic Architecture) намерена привлечь внимание инвесторов не только внешним эффектом. Начинка здания не менее оригинальна. Важная и интересная деталь этой башни — огромные горизонтальные ветровые турбины, встроенные в промежутки между этажами. Каждая из 50 горизонтальных ветротурбин, размещенных между этажами, развивает мощность до 300 кВт, и, по расчетам, всего восьми будет достаточно для полного обеспечения энергией всего сооружения. Кроме того, крыша здания станет полем из солнечных панелей. Избыток электроэнергии будет продаваться, причем планируется, что на этом можно будет заработать до 7 млн. долларов в год.
Также авторы этого проекта гордятся тем, что предусмотрели технологию быстрого возведения башни со сборкой этажей прямо на месте. Краны и прочая традиционная строительная техника потребуются строителям лишь при возведении центрального ядра здания, вокруг которого и будут крутиться этажи и ветровые турбины. Далее это ядро само будет играть роль направляющих лифта, на который будут «наворачиваться» вверх треугольные блоки-сегменты. В итоге на сборку одного этажа требуется всего 3 дня.
История продолжается, и небоскребы самых непредсказуемых и экстравагантных форм продолжают подниматься к небу над метрополиями мировой цивилизации. Мы живем в такое удивительное время, когда трудно, а порой и невозможно провести грань между реальностью и технологической сказкой, поскольку возможно уже прямо сейчас гдето осуществляются самые невероятные идеи.
Как изменились технологии строительства небоскребов за последние 100 лет
На сегодняшний день Бурдж Халифа является самым величественным творением строительной инженерии. Но как человеку удалось создать столь удивительное строение? Чтобы понять это, нам следует вернуться в прошлое и посмотреть, как начиналась история небоскребов.
1. Было тяжело найти информацию, которая повествовала бы о начале эры небоскребов. Но в одной американской литературе мне попалась статья про первое упоминание небоскребов в США. Эта история началась в 1870 году со строительства Equitable Building в городе Нью-Йорке высотой всего лишь в 7 этажей (43 метра). С его постройкой деловые люди осознали, что верхние этажи позволяют получить хороший вид из окна и меньше шума с улиц, поэтому свои офисы они стали размещать на нижних этажах, а верхние сдавать в аренду по более высокой цене. Архитекторы в свою очередь поняли, что прежде чем можно будет проектировать более высокие здания необходимо найти способ перемещения людей между этажами и в частности на верхние этажи. Изобретенный инженером Грейвс О́тис безопасный лифт позволил решить эту проблему.
2. Как выяснилось, следующей сложностью, возникшей на пути инженеров, стали строительные материалы. Монаднок-билдинг в Чикаго представляет собой 16 этажное здание, выстроенное в старой традиции кирпичной архитектуры с толщиной стен нижних этажей в два метра. Его вес оказался настолько тяжелым, что уже через несколько лет здание ушло вглубь на полметра в мягкий грунт Чикаго. Этот факт стал звоночком для архитекторов о необходимости подбора новых конструкций для строительства более этажных зданий. Даниел Бёрнем, сконструировавший Флэтайрон-билдинг придумал конструкцию из стальных опор и балок, составляющих вместе единый стальной каркас, который был намного легче и прочнее традиционного кирпича. Внешняя обшивка из кирпича защищала стальной каркас внутри от неблагоприятных климатических воздействий снаружи.
3. Изобретение мощных кондиционеров в середине 20 века позволило отказаться и от так называемой «каменной кожи», одетую на здания (здание штаб квартиры ООН). Кирпич был заменен специальным стеклом, что в совокупности с кондиционерами позволило увеличить высотность и избежать парникового эффекта внутри самого здания. Внешнее покрытие этого специального стекла покрыто тонким слоем металла. Этот слой подобно солнцезащитному крему отражает ультрафиолет нагревающий здание. Вдобавок к этому на внутреннее стекло нанесен тонкий слой серебра, также участвующий в отражении проникающего снаружи тепла.
4. Все бы хорошо, технологии помогают сделать здания все выше и выше, но рано или поздно возникает вопрос о скорости строительства, так как большая высота требует специальных технологий для производства строительных работ на высоте. Австралийскими инженерами был предложен кран-кенгуру, который мог поднимать тяжелые конструкции на верхние этажи. По окончанию строительства первых трех этажей кран мог перемещаться по внутреннему колодцу вверх и продолжать строительство следующих трех этажей. Строителям всемирно известных башен-близнецов удавалось возводить два этажа за неделю. В 1970 году всемирный торговый центр занял первую строку в списке высочайших зданий мира.
5. Теперь, когда достигнута высота небоскребов в 500 метров, возникает очередная инженерная проблема — ветростойкость. В 1970 году архитектор, разрабатывающий проект нового здания головного офиса Уиллис-тауэр в Чикаго понимает, что здание с традиционным внутренним стальным каркасом будет не в состоянии выдержать сильные ветровые нагрузки на такой высоте. Создатель башни предлагает технологию, когда каркас здания выносится наружу так, что здание приобретает внешний скелет. Данное решение является лучшим из всех когда-либо найденных решений в области ветростойкости, позволяющее даже при скорости ветра выше 90 километров в час иметь отклонение верхнего этажа башни Уиллис-тауэр всего на 15 сантиметров.
6. Ветра есть везде, а вот землетрясения только в сейсмических районах. В 1999 году в Тайване был создан самый высокий на тот момент небоскреб — башня Тайбэй 101. В центре Тайбэй 101 помещены 36 жестких стальных труб, заполненных бетоном, которые задают зданию прочность. Остальная часть конструкции эластична. Она может сгибаться под воздействием стихии. Благодаря своему массивному железобетонному каркасу башня Тайбэй 101 способна выдерживать землетрясения магнитудой до 6 баллов по шкале Рихтера.
7. Во время известных событий 11 сентября 2001 года одной из самых главных проблем башен-близнецов стала эвакуация людей из горящих зданий. Поэтому седьмым технологическим решением в современных небоскребах является технология эвакуации. В Бурдж Халифа предусмотрены 9 специальных огнеупорных помещений. Они расположены приблизительно через каждые 30 этажей что делает их относительно легко доступными для всех Стены помещений защищены слоями железобетона и листовых огнеупорных покрытий, позволяющих людям находиться внутри в течение 2 часов. Данные помещения оборудованы специальной системой, падающей в них воздух по огнеупорным трубам. Герметичные огнеупорные двери предотвращают проникновение дыма. В огнеупорных помещениях люди могут находиться до прибытия аварийных служб. Также в них предусмотрена система раннего предупреждения.
Как только срабатывает детектор дыма термодатчик или автоматический водный огнетушитель приводит в действие систему мощных вентиляторов. Они нагнетают чистый прохладный воздух здания по огнеупорным воздуховодам. Свежий воздух вытесняет дым из лестничных шахт гарантируя проходимость путей эвакуации. Это система пожарной безопасности полностью отвечает требованиям небоскреба 21 века.
Таким образом,высочайший небоскреб Бурдж Халифа является результатом исторического скачка строительной инженерной мысли. Его высота составляет около 800 метров, 163 этажа, вместимость до 35000 человек, перемещающихся между этажами здания на 53 лифтах, способных развивать скорость свыше 35 километров в час и подниматься на верхний этаж менее чем за 50 секунд.
В основу каркаса Бурдж Халифа входит более 30 тысяч тонн стали. Снаружи здание обшито панелями из стекла и металла с подвижными соединениями высотой до двух этажей, позволяющие каждой секции расширяться и сжиматься под действием высоких температур Дубая.
форма здания меняется каждые 30 этажей общая форма восходящие спирали многим напоминающее сталагмит