Небоскреб в европейском контексте
Строительство высотных зданий в Европе требует разработки серьезной стратегии. Однако стоит заметить, что единой и идеальной высотной политики для европейских городов существовать не может. Где-то небоскребы просто не нужны, как бы некоторые политики и архитекторы ни желали их появления; где-то для их возведения необходимо разрабатывать внятную стратегию.
При всем при этом возведение высотных зданий в европейских городах с многовековой историей не представляется вовсе невозможным. Напротив, такие сооружения могут даже умножить достоинства того или иного города. С учетом всех перспектив развития, что предполагает как неустанный поиск, так и обращение к чужому опыту, каждому отдельно взятому городу следует открыто и разумно отдавать себе отчет в том, как относиться к высотным сооружениям и надо ли их строить.
Евроконтекст
Следует отметить, что небоскребы вовсе не чужды европейскому городскому ландшафту. Напротив, в Европе много высотных сооружений, по большей части культовых, которые господствуют на местном горизонте. Кое-где они до сих пор символизируют могущество возводивших их семей, что наиболее ярко представлено на примере тосканского города Сан-Джиминьяно. Пожалуй, первым высотным зданием в Европе стала башня Mathematische Turm в Кремсмюнстере (Австрия), называемая также Sternwarte, поводом для возведения которой явилась необходимость устройства обсерватории.
Местный монастырь был одним из первых мест, где в эпоху Просвещения научные исследования стали основным видом деятельности населявших его монахов. Поэтому в период между 1749-м и 1758-м годами монахи-бенедиктинцы построили обсерваторию, для чего архитектор – брат Ансельм Десинг спроектировал 49-метровую башню. Помимо обсерватории на крыше, башня также служила стрелкой огромных солнечных часов, устроенных в монастырском саду.
Стратегии
Сегодня имеется куда больше технических и общественных предпосылок, побуждающих к возведению высотных зданий. Городам приходится отвечать на эти вызовы времени, определяя условия строительства таких сооружений. В существующей практике есть несколько стратегий размещения высоток. Формирование городского центра. Небоскребы возводят в пределах основного центра, с тем чтобы данная территория воспринималась издали.
Эта стратегия вполне подходит для городов без ярко выраженного и ценного исторического ядра, но при этом претендующих на звание современного. Примерами тому могут служить Роттердам (Нидерланды), Франкфурт-на-Майне (ФРГ), Варшава (Польша), исторические центры которых серьезно пострадали во время Второй мировой войны. Создание высотных районов. В этом случае речь идет о строительстве квартала небоскребов на некотором удалении от центра города.
Такие участки характерны в основном для городов со сложившимся историческим ядром, в которых тем не менее наблюдается насущная потребность в высококачественных офисных площадях. В качестве примера можно назвать La Defense (Париж, Франция), Zuidas (Амстердам, Нидерланды), Centro Direzionale (Неаполь, Италия), Donau City (Вена, Австрия), «Москва-Сити» (Москва, Россия). Создание высотных ориентиров. Согласно такому подходу, одно здание господствует в панораме.
На самом деле для Европы это весьма типичное явление, когда колокольня или собор возвышаются над городским пейзажем. Однако реализация такой стратегии требует высочайшего качества архитектуры доминирующего объекта, не говоря уже о градостроительном контексте. К башням – ориентирам следует причислить Tour Montparnasse (Париж, Франция), Tour du Midi (Брюссель, Бельгия), Boerentoren (Антверпен, Бельгия), Torre Agbar (Барселона, Испания). Рассеивание.
По большому счету, это вряд ли можно назвать стратегией – просто высотные здания возводятся по всему городу. Однако и такая концепция имеет право на существование, если есть намерение сделать вертикальные объемы лицом тех или иных районов. Так как в этом случае каждое отдельно взятое здание становится ориентиром и доминантой, оно должно представлять архитектуру высочайшего качества. Наглядным тому подтверждением является Кёльн (Германия).
Полную версию статьи Вы можете скачать здесь
Текст ЯН КЛЕРКС, PR-менеджер CTBUH, редактор CTBUH Journal
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.
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
Самое высокое здание в Европе. Часть 4. Строительство надфундаментных частей зданий комплекса «Лахта Центр»
В конце октября 2018 года планируется ввод в эксплуатацию крупнейшего общественно-делового комплекса «Лахта Центр» на берегу Балтийского моря в Санкт-Петербурге, башня которого стала самым высоким зданием в Европе (рис. 1). Там разместятся офисы компаний корпорации «Газпром», а также обширные общественные пространства.
Общая информация об этом гигантском проекте приведена в первой части статьи [2]. Об инженерных изысканиях для него рассказано во второй части [3], о геотехнических решениях и ходе строительства фундаментов – в третьей [4]. Здесь мы рассмотрим создание надфундаментных частей зданий комплекса (прежде всего его башни), учитывая то, что они работают вместе с фундаментами и грунтовыми основаниями как единое целое.
Напомним, что до начала строительства была создана трехмерная (если учитывать время, то четырехмерная) BIM-модель «Лахта Центра», которая использовалась для контроля каждого этапа развития проекта путем сопоставления реально созданных конструкций с виртуальными. Выполнялись также виртуальные и натурные аэродинамические испытания моделей небоскреба, а также отдельных элементов его несущих конструкций и фасада для создания оптимального каркаса здания и определения наилучшего расстояния между башней и многофункциональным зданием.
Строительство надземной части небоскреба началось в августе 2015 года. В нем ежедневно участвовало до 3 500–12 000 человек (из которых 10% составлял инженерно-технический персонал). Если учитывать заводское производство материалов и элементов конструкций и т.п., то можно сказать, что в строительстве в общей сложности участвовало 20 тысяч человек ежедневно.
Отметим, что площадь поперечного сечения башни значительно меньше площади фундамента для снижения удельной нагрузки на грунт основания (рис. 2).
Всего на строительство надфундаментной части башни ушло 43 000 куб. м бетона и 189 000 уникальных металлических деталей общей массой 30 000 т.
Жесткость и устойчивость небоскреба против гравитационных, ветровых, сейсмических и опрокидывающих нагрузок обеспечивает каркас здания, основой которого является монолитное железобетонное ядро в форме толстостенной трубы, поэтому оно возводилось в первую очередь (напомним, что его возведение было начато еще в подземной части – на этапе строительства фундамента [4]).
Ядро имеет наружный диаметр 28,5 м в фундаментной части и 28 м на минус 1-м и 1-м этажах башни, расположенных над коробчатым фундаментом. Далее с набором высоты диаметр ядра уменьшается до 21 м на 87-м этаже (перед шпилем). Толщина его наружной стены многоступенчато уменьшается с 2,5 м в пределах фундамента и 2 м в нижней части башни до 0,4 м на этажах с 81-го по 87-й. Его внутреннее пространство предназначено для размещения вертикальных коммуникаций – лифтов, лестниц, труб, кабелей, технических помещений, зон безопасности на случай пожара и пр.
Начиная с третьего этажа при строительстве ядра жесткости использовалась самоподъемная опалубка, разделенная на две половины и перемещающаяся вверх по рельсам на наружной поверхности уже изготовленной части ядра с помощью гидравлических домкратов (рис. 3).
С отставанием на два этажа по периметру будущего фасада здания с 1-го по 82-й этаж устанавливались или наращивались сегменты стальных сердечников несущих колонн длиной по 8,4 м (что соответствует высоте двух типовых этажей небоскреба). Сердечники в виде «мальтийского креста» изготавливались в заводских условиях из двух двутавров (рис. 4). На нижних этажах их было установлено 15, выше их осталось 10 (рис. 5).
Основание башни имеет сечение в виде правильного пятиугольника с диаметром описанной вокруг него окружности около 60 м (напомним, что фундаментная часть шире и составляет 98 м в поперечнике). Этот пятиугольник уменьшается по площади, изменяет форму и поворачивается по мере увеличения высоты (в сумме на 89 градусов) (см. рис. 5). Таким образом, ребра башни закручиваются вокруг башни и сходятся в одну точку на вершине ее шпиля (см. рис. 1, а). Интересно отметить, что среди спиралевидно закручивающихся небоскребов «Лахта Центр» занимает второе место по высоте в мире (после «Шанхайской башни»).
С опозданием на три этажа сердечники периметральных колонн соединялись системой стальных балок с ядром башни (рис. 6). На эти балки укладывали профилированные стальные листы (рис. 7) и монолитный железобетон, создавая перекрытия между этажами (рис. 8).
В железобетон «одевали» также стальные сердечники периметральных колонн, в результате чего их поперечное сечение становилось квадратным с длиной стороны 1,5 м (рис. 9). Такие композитные колонны в 5 раз прочнее обычных железобетонных и в 2 раза дешевле стальных.
Для строительства использовались постепенно наращиваемые подъемные краны, «пристегнутые» к периметральным колоннам башни, а также «самоподъемный» кран, вмонтированный в лифтовую шахту внутри ядра (рис. 10). В конце строительства они были разобраны. Использовались также мини-краны, установленные на перекрытиях между этажами.
За вертикальностью ядра и соблюдением расчетных наклонов окружающих его конструкций следили 30 геодезистов с помощью 7 ультрасовременных систем лазерного и оптического геодезического оборудования, в том числе с использованием спутниковых систем навигации GPS и ГЛОНАСС (дублирование помогало перепроверять показания приборов). Максимальное разрешенное суммарное отклонение ядра от вертикальности составляло всего 6 мм. Отметим, что контролировать это было очень сложно из-за раскачивания сооружения от ветра [7–15].
Для обеспечения дополнительной жесткости каркаса здания примерно через каждые 70 м (через каждые 14 этажей) было создано 4 сдвоенных аутригерных уровня, напоминающих по структуре двухэтажный коробчатый фундамент [7]. Ядро и периметральные колонны в них соединяются десятью композитными радиальными стенами (диафрагмами жесткости), которые намного массивнее и прочнее стен на обычных этажах (рис. 11–14).
Эти пояса жесткости передают нагрузки с внешнего контура здания на ядро. Одновременно они являются техническими этажами, то есть предназначены для размещения узлов коммуникаций и другого технического оборудования, обеспечивающего работу инженерных систем здания.
Можно насчитать еще пятый пояс жесткости, который является самым верхним и представляет собой железобетонную плиту толщиной 1,5 м по всему сечению небоскреба выше которой располагаются предшпилевые уровни и шпиль.
Пояса жесткости надежно фиксируют и включают в работу каркаса периметральные композитные колонны (рис. 15), которые имеют некоторый наклон, обеспечивающий не только уменьшение площади пятиугольных этажей здания с высотой, но и их спиралевидное закручивание вокруг фасада (в целом на 89 градусов). Однако на самих аутригерных уровнях внешние колонны строго вертикальны.
Таким образом, башня как бы состоит из поставленных друг на друга пяти отдельных зданий, прочно соединенных между собой, так как каждый аутригерный уровень похож по структуре и функциям на фундамент. Даже при сильных порывах ветра аутригерные системы будут надежно сохранять связь между ядром башни и ее периметральными колоннами.
Даже при форс-мажорных обстоятельствах и 30%-ном удалении опорных конструкций небоскреб не разрушится. Он имеет кратный запас прочности по сравнению с обычным деловым зданием.
Более того, башня спроектирована таким образом, что может держаться на одном ядре. Даже в случае террористической атаки с воздуха она в состоянии противостоять прогрессирующему обрушению. Кроме того, ядро имеет высшую степень огнезащиты и способно выдерживать огонь в течение 4 часов без изменений свойств бетона и стали [7, 11, 16–20].
Этажи 83–87 представляют собой переходные предшпилевые уровни, пока еще обитаемые и отапливаемые. От расположенных ниже этажей они отличаются тем, что по их периметру располагаются не композитные несущие колонны, а обычные трубчатые стальные колонны-стойки (10 штук), причем меньшего поперечного сечения, чем первые (рис. 16).
Перекрытие между 87-м этажом и 88-м уровнем (377,35 м) можно считать кровлей здания. Выше нее располагаются технические уровни, предназначенные для размещения оборудования систем обслуживания фасадов, связи и навигации.
На уровнях 88–100 располагается нижняя часть шпиля, где число стальных колонн уменьшается до пяти. Шпиль, весящий около 2 000 т, имеет пирамидальный каркас (рис. 17, 18). Его основные несущие конструкции – периметральные колонны-стойки из стальных труб метрового сечения, которые продолжают спирально закручиваться вокруг центральной оси. Через каждые 8,4 м эти ребра скреплены горизонтальными и диагональными связями (кольцевыми балками и балками-раскосами соответственно) – также трубчатыми, но меньшего диаметра. Пять внешних углов шпиля создают фахверковые балки, образующие в плане треугольники.
Выше (начиная с 420 м), когда шпиль максимально сужается, вместо пяти периметральных колонн появляется центральная трубчатая колонна-стойка диаметром 1,42 м.
Шпиль покрыт сетчатой стальной облицовкой (рис. 19), которая не портит внешний вид башни и при этом препятствует парусности, а также сильному обледенению и формированию на элементах конструкции пластов снега. Кроме того, предусмотрено подключение к нему нагревательных элементов [7 –22].
Самые верхние 13 метров шпиля занимает цельная конусообразная завершающая конструкция.
Когда верхняя часть небоскреба еще строилась, снизу уже началось его остекление, общая площадь которого составила 72 500 кв. м, что равно 85% от общей площади фасада (площадь остекления фасадов всего комплекса достигла 130 000 кв. м). При этом под возводимыми этажами устанавливались защитные сетки для предотвращения падения вниз строительных инструментов и материалов.
Для облицовки фасада использовалось особо прочное многослойное стекло толщиной 4,2 см. Оно состояло из следующих слоев (изнутри наружу): закаленное стекло толщиной 8 мм, не образующее крупных и острых осколков в случае повреждения; пустое пространство толщиной 16 мм, заполненное аргоном; термоупрочненное стекло толщиной 8 мм; связующая пленка толщиной 1,5 мм; термоупрочненное стекло толщиной 8 мм; термоотражающее напыление, которое придает стеклу синий оттенок при ярком солнце и голубом небе и серо-голубой, серый или даже бронзовый оттенок в пасмурную погоду.
Из-за уникальной закручивающейся формы башни и изменений формы ее поперечного сечения с высотой почти все стеклопакеты отличаются друг от друга (точные места их установки определялись по индивидуальным штрих-кодам). Всего для башни было использовано 16 505 стеклопакетов. Большинство из них имеет форму гнутого параллелограмма (рис. 20), массу 740 кг, ширину 2,8 м и высоту 4,2 м (что эквивалентно высоте одного этажа).
Стеклопакеты делались гнутыми, чтобы остекление в целом выглядело гладким, а не ребристым. Для придания нужной формы их еще до монтажа помещали в алюминиевые рамы и подвергали воздействию силы тяжести под давлением грузов (рис. 21).
Фасадные панели (стеклопакеты в рамах) не прикреплялись жестко к каркасу здания, а навешивались на специальные скобы, расположенные на перекрытиях между этажами, чтобы избежать их деформирования при перепадах температуры, а также при усадках и осадках башни и ее раскачивании от ветра. При этом обеспечивалась герметичность стыков за счет специальных уплотнителей по периметру каждой панели.
Панорамное остекление фасада позволит оптимально использовать естественное дневное освещение. Само стекло с высокими теплоизоляционными свойствами, специально разработанное для Санкт-Петербургского климата, также позволит сократить потребление энергии при эксплуатации здания и внесет свою лепту в обеспечение комфортности пребывания в нем людей.
Повышению эффективности работы системы климат-контроля башни (а значит, энергосбережению) поспособствуют и так называемые буферные зоны в углах между «лепестками» с офисами. В этих зонах остекление выполнялось в два ряда (рис. 22, 23). С их помощью будет осуществляться естественное проветривание помещений в дополнение к механической вентиляции (между прочим, впервые в мире для супервысотного здания), поскольку на ребрах башни, примыкающих к буферным зонам, предусмотрены специальные клапаны, которые будут автоматически открываться или закрываться при определенных условиях.
Эти зоны занимают по высоте сразу два этажа, поэтому нижний ряд наружных фасадных панелей навешивался не на плиту перекрытия, а на направляющие рамы.
Интересно, что для сотрудников офисов будет возможность выходить в буферные зоны, как на застекленные лоджии, чтобы отдохнуть.
Для работы людей при мытье и ремонте фасадов будут использоваться специальные платформы, передвигающиеся снизу вверх по рельсам на ребрах башни вплоть до высоты 369 м с помощью лебедок, установленных на высоте 369 м. Выше будут работать промышленные альпинисты с использованием специальных электрических подъемников.
Автоматические датчики единой интеллектуальной системы управления микроклиматом, установленные по всему зданию, будут делать замеры освещенности, температуры воздуха, содержания в нем влаги, углекислого газа, пыли. На основе этих данных будут автоматически вноситься соответствующие изменения в работу систем отопления, вентиляции, кондиционирования, очистки и увлажнения воздуха, а также в работу клапанов и жалюзи в буферных зонах (см. рис. 23).
Интересным является использование размещенных под землей «аккумуляторов холода», помогающих беречь электроэнергию при поддержании комфортной температуры в здании в жаркую погоду. В теплое время года ночью, когда потребление энергии и ее цена ниже, будет намораживаться лед, который днем будет помогать кондиционерам справляться с нагрузками.
Напряжения и деформации конструкций башни будет отслеживать система мониторинга отечественной разработки. Для этого по всему зданию установлено около 3 000 датчиков.
Отметим, что башня «Лахта Центра» (как и весь комплекс) является одной из самых пожаробезопасных в мире. Проектом предусмотрены различные технические решения:
Напомним, что в «Лахта Центре» предусмотрено использование более ста инновационных «зеленых» технологий, обеспечивающих энергоэффективность (до 40% экономии энергии) и экологичность эксплуатации на основе комплексного подхода. Например, в дополнение к описанным выше технологиям предусмотрены:
Отметим, что работы по возведению башни, многофункционального здания, стилобата и входной арки шли одновременно (рис. 25).
Многофункциональное здание «Лахта Центра» из двух изогнутых корпусов высотой от 22 до 85 м (рис. 26) является конструктивно даже более сложным, чем башня. Из-за протяженности фасадов его называют «горизонтальной доминантой» или «лежащим небоскребом». Здание имеет огромную площадь основания, крупнейший в России крытый атриум между двумя его корпусами, фасады с отрицательными углами наклона, огромный шарообразный планетарий, подземный логистический проезд и другие сложные решения.
Стилобат, представляет собой трехэтажную (вместе с поземным уровнем) цокольную (подиумную) часть вокруг подножий башни и многофункционального здания и имеет в плане размер 77 м х 135 м (см. рис. 26).