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.
Современные тенденции высотного строительства: все выше в небо
Многоэтажные здания, чьи вершины буквально теряются в голубизне неба, получили «говорящее» название небоскребы (английский аналог — skyscraper) и уже стали неотъемлемой частью городских пейзажей практически всех мегаполисов планеты.
До сих пор специалисты спорят о минимальной высоте, позволяющей зданию носить гордое название «небоскреб». Общепризнанные в мире критерии были установлены Советом по высотным зданиям и городской среде. Согласно классификации организации, небоскреб — здание высотой не менее 150 метров, а многоэтажные дома выше 300 метров принято относить к сверхвысоким.
К концу 2011 года на планете насчитывалось 2552 небоскреба, из них 56 сверхвысоких, также велось строительство еще 600 подобных зданий, среди которых 91 поднимется на высоту более 300 метров.
Относиться к небоскребам можно по-разному — многие считают квартиры в высотках не слишком уютным местом жительства. Однако нельзя недооценивать их влияние на формирование современного городского пейзажа, а также важность инновационных технологий, применяющихся при их строительстве.
История небоскребов
В 19 веке в связи с резким увеличением городского населения впервые в истории человечества возникла проблема нехватки территорий под строительство новых зданий. Развитие промышленности привело к тому, что жители сельских районов начали в поисках работы массово переселяться в города, быстро превратившиеся в индустриальные и финансовые центры. Острая нехватка жилья вызвала появление рабочих общежитий, где в одной комнате были вынуждены ютиться по несколько человек, и коммунальных квартир.
Необходимость на небольшой площади построить здание с как можно большей жилой и коммерческой площадью привела к росту этажности зданий, однако в то время технологии строительства не позволяли наращивать количество этажей бесконечно, к тому же необходимость «карабкаться» несколько раз в день по лестничным пролетам мало прельщала новых владельцев квартир на последних этажах. К тому же насосы того времени поднимали воду на высоту не более 10 метров, так что жители 5 и 6 этажей уже оставались без водоснабжения.
Первым шагом к появлению настоящих небоскребов стало изобретение лифта.
В середине 19 века молодой инженер Элиша Отис создал первый паровой лифт, который уже был оборудован страховочным тросом, блокировавшим падение лифта в случае аварии. Интересно, что испытывать потенциально опасное изобретение инженеру пришлось на себе. Благодаря удачным испытаниям уже в 1857 году паровой лифт Отиса был установлен в одном из административных зданий Нью-Йорка.
Элиша Отис демонстрирует свой безопасный лифт
Второй помехой на пути к увеличению высоты зданий являлись строительные технологии. Первоначально растущий вес дома ложился на несущие стены, толщину которых строителям приходилось увеличивать. Такой подход делал строительство слишком дорогостоящим, длительным процессом и ограничивал возможное число этажей.
В 70-80 годы 19 века была разработана новая технология каркасного строительства, которая была реализована благодаря инновационным разработкам в сфере производства стали и железобетона. В случае возведения многоэтажного здания на металлическом каркасе, именно на него приходится основная нагрузка, и толщина стен уже не является значимым условием.
Родиной небоскребов считается Чикаго — после пожара 1871 года в центре города были уничтожены многие административные здания, и на освободившемся месте началось возведение новых домов, резко поднявшихся в высоту. Первым небоскребом планеты стало здание Страхового общества, поднявшееся в высоту всего на 10 этажей в центре Чикаго в 1885 году. Главное отличие первой «высотки» — использование каркасной технологии, и хотя дом просуществовал только до 1931 года, он по праву является пионером в области высотного строительства.
Уже в 1891 году небоскреб высотой в 11 этажей появился в Сент-Луисе, а затем эстафету перехватил Нью-Йорк, ставший настоящим городом небоскребов.
Интересно, что в Европе и России весьма скептично в то время относились к такой «гонке» количества этажей и Соединенные Штаты долгое время оставались единственной страной, улицы городов которой быстро застраивались небоскребами.
Экспансия растущих ввысь многоэтажных зданий была приостановлена глобальным кризисом, настигшим экономику США в 1929 году и получившим название Великой депрессии. Массовое строительство «высоток» было возобновлено в Америке только после Второй мировой войны, тогда же небоскребы начали массово появляться и в разрушенных войной европейских городах, а соревнование «Кто выше» продолжились уже в 70-е годы 20 века.
Первый небоскреб в Европе — Boerentower -появился в 1932 году, в Антверпене, в Бельгии. Высота здания составляла всего 87,5 метров, количество этажей — 25. Жители прозвали небоскреб «Фермерской башней», так как в здании размещались офисы сельскохозяйственных компаний. В 1960-е годы «высотку» намеревались снести, однако затем раритет был реконструирован, его высота увеличилась до 97 метров.
Финансовый центр Германии — Франкфурт-на-Майне — стал самым «высотным» городом Европы, но догнать Нью-Йорк так и не сумел. Затем лидерство по количеству небоскребов перехватили страны Азии и Ближнего Востока, переживавшие экономический бум.
Сегодня Европа заметно отстает от Америки и Азии по количеству небоскребов. Впрочем, исторический облик старинных европейских городов плохо сочетается со стройными, но слишком индустриальными многоэтажными башнями.
Архитектура и технологии
Первые многоэтажные здания, появившиеся на улицах Нью-Йорка, Чикаго и других американских городов в 20-30 годы прошлого века, отличались гораздо более вычурным архитектурным обликом, чем современные небоскребы. Первоначально «высотки» возводились чаще всего в готическом стиле и только в середине минувшего века приняли привычный сейчас облик, который специалисты называют «чистой геометрией». Одними из последних небоскребов, выстроенных в готическом стиле стали «сталинские высотки», появившиеся в Москве после войны — они были очень похожи на своих «американских собратьев», построенных в начале века.
Brandon Mcvittie. The Skyscraper
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. Например, уже традиционным стало использование в качестве внешней отделки стен зданий солнечных панелей, что позволяет решать проблему энергоснабжения «высотки». А в некоторых небоскребах устанавливаются даже ветряные электростанции, так что лопасти «ветряков» также становятся элементом облика здания.
Особенно строгие требования выдвигаются к безопасности небоскребов, например, все они в обязательном порядке оснащаются вертолетной площадкой, которая позволит эвакуировать людей в случае пожара, предусматривается также особая система вентиляции, использование противопожарных строительных материалов.
Чаще всего в качестве несущей опоры при строительстве небоскребов используется металложелезобетон — металлический каркас, на который приходится две трети нагрузки, окружает металлический стержень «панцирь» из бетонного каркаса высокой марки, поддерживающий оставшуюся треть массы здания.
При строительстве также используется специальная техника. Так, обычные краны, конечно же, не способны подниматься на такую высоту и для возведения небоскребов используются специальные подъемники, которые крепятся на уже построенные этажи «высотки» и как бы «ползут» ввысь вместе с новыми этажами.
Самые высокие небоскребы мира
На сегодняшний день пальму первенства уверенно удерживает небоскреб Бурдж Халифа в Дубаи, поднявшийся на головокружительную высоту в 828 метров. Это не только самое высокое здание на планете, оно выше всех сверхвысоких сооружений мира — телебашен, мачт и промышленных труб. В здании, чье строительство было завершено в 2010 году, 163 этажа, комплекс позиционируется как настоящий «город в городе» со своими зелеными зонами, жилыми помещениями, офисными и торговыми центрами.
Строительство небоскреба, имеющего необычную форму сталагмита, заняло 6 лет, его архитектором стал американец Эдриан Смит.
На втором месте по высоте находится башня Тайбэй 101, которая находится в столице Тайваня — Тайбэе. Высота этого небоскреба значительно меньше его конкурента из Дубаи — «всего» 508 метров. Количество этажей — 106 (из них 5 подземных). Строительство здания началось в 1999 году и было завершено торжественной церемонией открытия в последний день 2004 года.
Особенность Тайбэя 101 — необычная ступенчатая форма, создатели проекта стремились гармонично сочетать современные технологии с традициями древнекитайской архитектуры. Для поддержания равновесия между 87 и 91 этажами размещен маятник весом в 660 тонн. Специалисты обещают, что такой противовес позволит небоскребу выдерживать значительные колебания в течение 2,5 тысяч лет! Здание из стали, стекла и легкого алюминия также поддерживают 380 бетонных опор, уходящие в землю на глубину 80 метров.
В небоскребе расположен торговый центр, сотни магазинов, клубов и ресторанов.
Третье место в списке самых высоких небоскребов мира на сегодняшний день занимает Шанхайский всемирный финансовый центр. Его строительство было завершено в 2008 году, здание поднимается ввысь на 492 метра, количество этажей — 101.
Особенностью здания стало огромное трапециевидное «окно» на верхних этажах, которое призвано уменьшать сопротивление воздуха. Строительство Шанхайского всемирного финансового центра велось 10 лет, первоначально разработчики планировали установить на здание шпиль, чтобы побить рекорд Тайбэя 101, но затем отказались от этой идеи.
На четвертом месте расположились сразу две «башни-близнецы» — небоскребы Петронас, расположенные в Куала-Лумпур, Малайзия. Высота каждой из них — 452 метра. Интересно, что в создании проекта небоскреба принимал участие лично Махатхир Мохамад, премьер-министр Малайзхии, который настоял, чтобы здания были возведены в «исламском» стиле. Именно поэтому «высотки» представляют собой две восьмиконечные звезды, а полукруглые выступы были добавлены архитектором для устойчивости. Строительство велось с 1992 по 1998 год, соединяет башни крытый мост, обеспечивающий большую противопожарную безопасность. В зданиях кроме офисных центров, в том числе принадлежащих нефтегазовой компании «Петронас», расположены конференц-залы и художественная галерея.
Необычной формой также отличается еще один китайский небоскреб, чья высота в 450 метров позволила ему занять пятое место в списке сверхвысоких башен. Финансовый центр Наньцзин Гринлэнд расположен в городе Нанкин, кроме офисов многочисленных компаний здесь находятся сотни магазинов, несколько кафе и ресторанов.
Строительство здания у озера Сюаньу было завершено в 2009 году, небоскреб известен изумительным видом на два озера, реки Янцзы и горы Нинчжэн, который открывает с его смотровой площадки, расположенной на 72 этаже.
Как видим, лидерами рейтинга стали небоскребы государств Азии. Самый высокий небоскреб Соединенных Штатов — Уиллис-тауэр — с высотой 442 метра смог занять только шестую строчку в списке рекордсменов по высоте. Впрочем, выстроено здание в Чикаго было еще в 1973 году и в течение 25 удерживало пальму первенства, опередив башни Всемирного торгового центра в Нью-Йорке.
Самое высокое здание Москвы — «Башня Москва», которая является частью комплекса «Город столиц». Высота московского небоскреба, построенного в 2009 году — 301 метр, в 76-ти этажном здании находятся жилые апартаменты, а также бизнес-центр. Кстати, в настоящее время «Башня Москва» стала также самым высоким зданием Европы и стран СНГ.
Среди других, не столь высоких, но выдающихся небоскребов, стоит отметить самую известную башню мира — Эмпайр-Стейт-Билдинг в Нью-Йорке. Этот небоскреб в 102 этажа высотой 381 метр был построен еще в 1931 году и долгое время оставался самым высоким зданием мира. Эту «высотку» можно назвать настоящим символом Нью-Йорка.
И самыми печально известными небоскребами, конечно же, стали разрушенные 11 сентября 2001 года нью-йоркские «Башни-близнецы» — здания Всемирного торгового центра.
Перспективы
Строительство даже обычного, не сверхвысокого небоскреба обходится компании-застройщику в сумму не менее 80 миллионов долларов. А в случае возведения рекордсменов по высоте может достигать 700-800 миллионов долларов. Дорогостоящие изыскания начинаются еще до начала строительства — разработка, тщательная проверка и утверждение проекта будущего здания, участие в котором принимают только высококвалифицированные инженеры и архитекторы, изучение места предполагаемого строительства с учетом «ветровых нагрузок», особенностей грунта, сейсмологической обстановки в районе требуют значительных затрат.
Затем начинаются еще более существенные расходы на заложение максимально прочного фундамента, эксплуатацию и содержание строительной техники, а также оплату труда тысячам рабочих.
И все же, строительство высотных зданий, количество этажей которых уже давно достигает 100, является перспективным направлением в городской застройке. Возможность расположить на относительно небольшом земельном участке огромное количество жилой и коммерческой площади делает строительство небоскребов очень привлекательным для девелоперов.