ВЫСОТНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО В РОССИИ – ПРОБЛЕМЫ, ЗАДАЧИ И СПОСОБЫ ИХ РЕШЕНИЯ
За более чем столетний период проектирования и строительства высотных зданий, в том числе и небоскребов, в мире накоплен большой теоретический и практический опыт, выявлены основные проблемы по всем направлениям их создания и эксплуатации. Развитие высотного строительства в России выделило ряд проблем, требующих обязательного рассмотрения и решения:
Но, несмотря на ряд объективных трудностей и отсутствие достаточного опыта интерес к развитию высотного строительства существует. Внедрение высотного строительства диктуется в крупнейших городах реальным дефицитом территорий для строительства, отчасти дефицитом офисных и гостиничных площадей, которые, как показывает международный опыт, рационально размещать именно в высотных зданиях. В ближайшей перспективе следует ожидать именно такой направленности развития строительства небоскребов с отказом от размещения в них жилищ для постоянного пребывания. Наконец, нельзя сбрасывать со счетов извечно присущую человечеству психологическую тягу к победе над высотой.
Поскольку Россия приступила к внедрению высотного строительства с существенным отставанием, полезно ознакомиться с опытом других стран по решению основных проблем высотного строительства за рубежом. Для отечественной практики наиболее ценным представляется опыт градостроителей европейских столиц и в первую очередь:
Выбор той или иной конструктивной системы зависит от многих факторов, основными из которых считаются высота здания, условия строительства (сейсмичность, грунтовые особенности, атмосферные, особенно ветровые, воздействия), архитектурно-планировочные требования. Главным приоритетом в проектировании и строительстве высотных зданий является обеспечение их прочности и устойчивости, а также жесткости с учетом воздействия значительных ветровых усилий.
В предлагаемом конструктивном решении поставленные задачи решаются следующим образом. Несущими конструкциями, передающими вертикальные и горизонтальные нагрузки на фундамент здания, являются только диафрагмы жесткости, установленные у торцов здания и в его середине. На диафрагмы жесткости опираются функциональные несущие модули из 4-6 этажей, разделенные между собой арочными этажами, в которых отсутствуют колонны, т.е. вертикальные несущие элементы. Это позволяет передавать нагрузку от модулей на диафрагмы, ограничивая работу колонн в пределах модуля.
Каркас здания состоит из функциональных несущих модулей и арочных этажей. Функциональные несущие модули включают в себя 4-6 этажей, выполненных в каркасных конструкциях из монолитного железобетона. В верхних и нижних этажах модулей в створах продольных рядов колонн выполнены монолитные стены, образующие продольные балки-стенки (возможно, арочного очертания), опирающиеся на поперечные диафрагмы жесткости. Эти балки-стенки выполняют роль аутригеров, повышающих пространственную жесткость модуля. В них предусмотрены необходимые по планировочным решениям проемы и отверстия.
Шаг колонн в продольном направлении принят не более высоты этажа, а колонны продольных рядов объединены выступающими ниже монолитных перекрытий балками, соответствующими ширине колонн. Таким образом, каждый продольный ряд колонн совместно с выступающими балками представляет многоэтажную решетчатую пролетную конструкцию, передающую нагрузки на поперечные диафрагмы жесткости. В сочетании с нижним и верхним этажами, в которых каждый продольный ряд колонн объединен монолитными стенами, несущий модуль представляет собой пространственную пролетную конструкцию, передающую все нагрузки только на диафрагмы жесткости, надежно загружая и повышая их устойчивость при восприятии ветровой нагрузки.
Сечения и армирование колонн для всех модулей по высоте приняты одинаковыми, что упрощает технологию возведения здания. Колонны каркаса в пределах каждого модуля при их аварийном разрыве могут работать по двум схемам: на сжатие с опиранием на нижний этаж модуля или на растяжение, подвешиваясь к верхнему его этажу. Таким образом, выход из строя любой из колонн не может привести к прогрессирующему обрушению ни модуля, ни здания в целом.
Исключение передачи нагрузок от вышележащих модулей на нижележащие необходимо не только в период эксплуатации, но и в период его возведения. Для этого в армировании нижних этажей модулей применена жесткая арматура в виде продольных ферм по числу продольных рядов колонн в модуле. Эти фермы воспринимают нагрузку от подвесной опалубки и монолитного бетона и передают их только на поперечные диафрагмы жесткости. В поперечных диафрагмах жесткости выполнены продольные участки, размещенные в створах как средних, так и крайних продольных рядов колонн длиной на один шаг этих колонн, что повышает жесткость опоры каждого модуля и диафрагм в продольном направлении. Для увеличения жесткости диафрагм, возможно, их утолщение от центральной части к внешним краям, ширина диафрагм может быть переменной по высоте здания и выступать за его габариты. Это позволяет принимать жесткостные характеристики диафрагм независимо от планировочных решений.
В центральной части высотного здания между двумя средними диафрагмами жесткости размещается лестнично-лифтовой узел. Возможны и другие лифты, а также лестничные клетки различного типа. В пределах центральной шахты лифта на период строительства могут монтироваться конструкции растущего башенного крана для подачи строительных материалов по мере роста здания.
Учитывая архитектурную значимость высотных сооружений, предлагаемое решение открывает широкие возможности архитекторам для выбора разнообразных вариантов фасадов. Так, различие конструктивных решений верхнего и нижнего этажей модуля (стеновая система) и разделительного этажа (отсутствие колонн и стен) позволяет создавать определенный ритм архитектурных приемов по высоте здания. Кроме того, расположение конструкций по высоте и длине здания таково, что в любом месте фасада возможно устройство консольных участков в виде балконов, лоджий, эркеров, лестничных клеток и других объемных элементов. Своеобразие фасадам способны придавать и выступающие за габариты здания диафрагмы жесткости, которые по высоте здания могут иметь различную ширину, а их контур очерчиваться по кривой линии, например по параболе. В сочетании с завершающими элементами высотное здание будет отвечать современным архитектурным требованиям.
В связи с необходимостью развития фундаментов по площади их опирания подземные этажи ступенчато расширяясь книзу, выступают за габариты надземной части здания. В них достаточно места для размещения автостоянок на одном или нескольких уровнях.
В завершение необходимо сказать несколько слов об экономической стороне вопроса. Стоимость высотных зданий существенно выше, чем объектов массового строительства, и обусловлена не только специфическими конструктивными решениями, но также системами жизнеобеспечения и требованиями комплексной безопасности. Безусловно, при проектировании высотных зданий нужно принимать экономически оправданные технические решения, но при этом они не должны снижать надежность сооружения и превращать его в источник повышенной опасности для людей и окружающей среды. Только при этих условиях высотные здания станут своеобразной визитной карточкой государства, будут свидетельствовать о его экономическом благополучии и достижениях научно—технического прогресса в строительной отрасли.
Высотное строительство в России: проблемы, задачи, перспективы
Высотные здания относятся к числу наиболее сложных объектов строительства
Высотное строительство в России
Высотные здания относятся к числу наиболее сложных объектов строительства, поэтому ряд основных рекомендаций по их проектированию принимается согласованно международными общественными организациями инженеров и архитекторов. На симпозиуме, проходившем в 1976 г. в Москве, была принята общая классификация зданий по их высоте в метрах. К высотным зданиям были отнесены сооружения высотой свыше 100 м. При этом количество небоскребов высотой более 400 м во всем мире не достигает и десяти; высотой от 300 до 400 м – 30, от 200 до 300 м – немного превышает 100, а здания высотой от 100 до 200 м являются самыми распространенными, и количество таких объектов растет непрерывно. В частности, в Москве, где практика многоэтажного массового жилищного строительства и нормы проектирования были ориентированы на высоту зданий до 75 м, сложилась тенденция отнесения к высотным зданий выше 75 м.
В 2008 году доля высотного строительства составляет 16,2 млн кв. м от строительства в целом (88,1 млн кв. м). По прогнозам на 2010 год, она составит 22,4 млн кв. м от запланированного строительства 109,9 млн кв. м. Все вышеперечисленные факты определяют ежегодный рост рынка высотного строительства на уровне 15%.
В июле 2007 г. специальная комиссия по высотному строительству официально объявила нового рекордсмена среди высотных зданий. Им стала башня Burj Dubai («Бурдж Дубай»), где высотное строительство идет полным ходом. Башня Burj уже насчитывает 160 этажей и, по данным СМИ, по завершении всех работ (а завершение планируется на апрель 2009 года) побьет все мировые рекорды высотности, включая самый высокий жилой этаж, самую большую площадь помещений, самый высокий шпиль и прочие достижения в этой сфере. Общая высота башни Burj Dubai составит около 800 метров.
Сегодня в России уже ведется строительство и объявлены планы строительства более 30 небоскребов, среди которых наиболее известными являются проекты «Россия» – 120 этажей, «Федерация» – 93 этажа, «Охта-Центр» – 77 этажей. Один только ММДЦ (Московский международный деловой центр) «Москва-Сити» объединяет 15 высотных зданий.
Вслед за российскими столицами о проектах возведения небоскребов уже заявили Екатеринбург, Новосибирск, Краснодар, Иркутск, Ханты-Мансийск и Кемерово.
В Екатеринбурге, третьем городе в России по уровню экономической привлекательности, строится сразу несколько высоток. Максимальная этажность проекта «Антей-3», строительство которого началось в 2005 году, достигает 52 этажей. Башня комплекса «Стражи Урала» достигнет 41 этажа в высоту, а в наиболее известном проекте «Екатеринбург-Сити» предусмотрено строительство сразу четырех небоскребов: высота жилой башни «Исеть» составит 47 этажей, а офисных зданий «Урал» – более 60 этажей, «Татищев» – 50 этажей, «Де Генин» – 35–40 этажей.
В соседнем Новосибирске, являющемся деловым центром Западной Сибири, наибольшая этажность из заявленных новых амбициозных объектов зафиксирована в конгресс-центре Sky City, предложенном к строительству в прошлом году, всего – 30 этажей.
В Кемерово планируют построить сразу 2 высотки в едином комплексе высотой 56 и 65 этажей.
Проблемы высотного строительства
Однако развитие высотного строительства в России выделило ряд проблем, требующих обязательного рассмотрения и решения.
— Несовершенство нормативной базы.
— Недостаток опыта в проектировании и строительстве высотных комплексов. Нехватка квалифицированных строителей.
— Оправданная градостроительная и функционально-типологическая необходимость возведения.
— Предельно допустимая этажность (высотность).
— Правильный выбор конструктивной системы, схемы и проектных решений с учетом предотвращения потери устойчивости основания и самого сооружения, приводящей к разрушению и обрушению конструкций.
— Недопустимость отклонения от утвержденных проектных решений и изменения этажности сооружений в процессе строительства.
— Необходимое функциональное взаимодействие жилых и нежилых зданий и сооружений с транспортной и обслуживающей инфраструктурой города.
— Требуемая вместимость подземных, наземных и надземных автостоянок личного транспорта и их рациональное размещение.
— Эффективная минимизация угрозы внешней и внутренней опасности разрушения здания за счет создания специальной службы безопасной эксплуатации.
— Требуемая пожарная и эвакуационная безопасность людей, находящихся в высотных зданиях.
— Рациональная эффективность современных инженерных решений по жизнеобеспечению и оснащенности здания, энергосбережению и комфортности обслуживания.
Нашей задачей на сегодняшний день является разработка таких технико-конструктивных решений, которые сводили бы к минимуму ошибки монтажа и обеспечивали качественное и быстрое выполнение строительных работ.
Использование в высотном строительстве системы «Татпроф»
Фасады серий ЭК – 40 В и ЭК – 69 В
Один из примеров успешного использования фасадных серий системы «Татпроф» – строительство высотного здания в г. Астане, Казахстан.
Этот высотный торговый комплекс (высота порядка 80 м) под названием «Санкт-Петербург» (строительная корпорация «Кулагер», монтаж витражей ТОО «Аксункар») построен с применением «теплой» фасадной серии ЭК-69В.
Фасады серий ЭК-40В и ЭК-69В позволяют производить остекление зданий изнутри помещения. Представляют собой многоячеистые конструкции из рамочных элементов, выполненные по стоечно-ригельному принципу для линейного и радиусного остекления, с наружным или внутренним (ЭК-40В) радиусом при комплексном ограждении фасадов в «холодном» и «теплом» исполнении.
Предусмотрена возможность остекления фасадов различных типов: вертикальных, прямых и поворотных, встроенных и навесных; зданий с самым разнообразным дизайном, удовлетворяющая практически любые архитектурные решения.
Основным аргументом, обусловливающим выбор этих серий, является наличие в фасадных стойках встроенного элемента для навесного монтажа, позволяющего крепить конструкцию непосредственно к перекрытиям и проводить остекление без использования строительных лесов. Это способствует повышению технологичности сборки и, следовательно, упрощает и в значительной степени ускоряет монтаж. Еще один плюс – это простой демонтаж поврежденного заполнения изнутри помещения (не требуется применения лесов, люлек).
Именно поэтому за короткое время, прошедшее после разработки и внедрения в производство, эти серии получили одобрение и уже активно применяются в строительстве.
Обе серии характеризуются технологичностью и обладают высокой степенью унификации профилей и монтажных узлов со всеми сериями системы «Татпроф».
Система элементных фасадов ТП – 78 ЭФ
На протяжении всей своей деятельности компания «Татпроф» разрабатывает и внедряет современные и перспективные системы фасадного остекления. Одной из последних разработок является система элементных фасадов ТП-78 ЭФ для высотного монолитного строительства в климатических условиях России.
Удобная и технологичная в применении для строительства высотных зданий (небоскребов) серия ориентирована на изготовление крупногабаритных элементов светопрозрачных конструкций непосредственно в заводских условиях, что гарантирует высокое качество сборки. При этом число необходимых монтажных операций, выполняемых на объекте, снижается. Потребителю остается лишь навесить блоки на соответствующий каркас здания.
Важное преимущество серии: при применении системы элементного фасада отсутствует необходимость во внешних стенах зданий. Даже самое условное экономическое сравнение по расходу материалов, времени производства и качеству стеновых наружных конструкций позволяет понять преимущество применения элементных конструкций и отказ от наружных стен.
Герметизация стыка между элементами является одним из важнейших условий, обеспечивающих пригодность ограждающих конструкций. В элементном фасаде ТП-78 ЭФ используется многопроходной принцип уплотнения. Горизонтально устанавливаются четыре контура уплотнения, два из которых раскатываются по всей длине смонтированного нижнего этажа и являются непрерывными. В вертикальный стык также уложены четыре уплотнительных контура: два наружных и два соединительных. Таким образом, создается трехкамерная система, обеспечивающая необходимую термическую изоляцию, водонепроницаемость и сопротивление ветровой нагрузке. В сочетании со звукоизолирующим остеклением система обеспечивает повышенную шумоизоляцию. Конструкция фасадной системы позволяет использовать «глухое» и светопрозрачное заполнение толщиной от 6 до 50 мм.
Фасады серий ЭК-40В и ЭК-69В позволяют производить остекление зданий изнутри помещения. Представляют собой многоячеистые конструкции из рамочных элементов, выполненные по стоечно-ригельному принципу для линейного и радиусного остекления, с наружным или внутренним (ЭК-40В) радиусом при комплексном ограждении фасадов в «холодном» и «теплом» исполнении. Одной из последних разработок является система элементных фасадов ТП-78 ЭФ для высотного монолитного строительства в климатических условиях России.
Удобная и технологичная в применении для строительства высотных зданий (небоскребов) серия ориентирована на изготовление крупногабаритных элементов светопрозрачных конструкций непосредственно в заводских условиях, что гарантирует высокое качество сборки
Статья подготовлена по материалам презентации в рамках III международной конференции «Алюминий в строительстве» – «Высотное строительство в России: проблемы, задачи, перспективы».