Публикации »

Современное строительство высотных зданий

Современное строительство высотных зданий

 

Практически с начала времен человек стремился ввысь. Вавилонская башня, египетские и южноамериканские пирамиды, Кельнский собор, Empire State Building, «Москва-Сити», Burj Dubai — всё это звенья одной бесконечной цепи, связывающей тысячелетия развития высотного строительства.

 

Каждая новая высота представлялась современникам предельной: выше — только небо. Сегодня тоже может показаться, что предел «штурма небес» почти достигнут: некоторые небоскребы уже вплотную подошли к километровой отметке. Однако прогресс не остановить. Чего мы достигли, что ждет нас в ближайшем будущем, какие чудеса нам еще предстоит увидеть?

 

Вчера и сегодня

Считается, что современное высотное строительство началось по прозаической причине — из-за нехватки земли в быстро растущих городах. Отчасти это так. Например, ограниченность острова Манхэттен действительно заставила нью-йоркских застройщиков «тянуть» корпуса вверх. Но это не объясняет настоящую «гонку за высотой», которая развернулась с конца XX века на вполне свободных территориях вроде Аравийской пустыни.

На самом деле, ответ прост: люди начали строить небоскребы потому, что научились это делать. Высококачественная сталь, бетон, безопасный лифт — главные предпосылки для бума высотного строительства. В особенности способствовали росту этажности железобетон и развитие технологий работы с ним.

Несмотря на то, что сами по себе бетонные работы стали использоваться еще в глубокой древности (например, Великая Китайская стена во многом создана по технологии монолитного строительства), свои удивительные способности бетон проявил наиболее полно именно при создании высоток. Прорывом стало изобретение металлического каркаса — он и позволил возводить сооружения практически любой высоты.

Ускорило «гонку по вертикали» и изобретение съемной многоразовой опалубки. Придумали ее в послевоенной Германии, разрушенной бомбежками, когда нужно было быстро и качественно возводить «с нуля» практически всю инфраструктуру. Ни времени, ни материалов, ни рабочей силы катастрофически не хватало, поэтому, по легенде, немецкий бизнесмен и инженер Георг Майер-Келлер решил собирать готовые деревянные щиты с помощью металлического крепежа, чтобы оперативно перемещать их от одного объекта к другому. Идея оказалась настолько удачной, что сейчас монолитное строительство любой этажности сложно представить без разборной опалубки.

За истекшие десятилетия современные опалубочные системы ушли очень далеко от своего прародителя. Принятая сегодня повсеместно в высотном строительстве щитовая опалубочная система включает в себя каркасные щиты, подпорные элементы и детали крепежа. Каркасные щиты — основа системы. Они собираются из жесткой металлической рамы (стальной или алюминиевой) и опалубочной плиты, как правило, фанерной. Благодаря конструктивным особенностям сборная опалубка позволяет заливать любые поверхности — вертикальные, горизонтальные, изогнутые, округлые и даже наклонные.

— Во многом свойства опалубки зависят от прочности и качества материала щита: он должен выдерживать огромные нагрузки (до 8 тонн залитого бетона на кв. м) и быть устойчивым к агрессивному (термическому и химическому) воздействию застывающего бетона. Березовая ламинированная фанера по соотношению «вес — прочность» превосходит даже сталь, а специальное покрытие фенольной пленкой обеспечивает надежную защиту от вредных факторов. Поэтому опалубка из таких щитов с успехом позволяет реализовывать практически любые архитектурные идеи, — пояснил Андрей Кобец, менеджер по развитию продукции «СВЕЗА» (мирового лидера в производстве березовой фанеры).

С одной стороны, чем выше здание, тем оно прочнее, но с другой — строительные материалы должны быть легче, иначе небоскреб может просто не выдержать собственного веса. И высотное строительство потребовало объединенных усилий химиков, металлургов и архитекторов. В результате, армирование бетона сталью позволило избежать главного противоречия, существующего в применении любых аналогов камня, — отсутствия у последнего достаточной прочности на растяжение. В невысоких строениях это не принципиально, но уже с 4 или 5 этажей для устойчивости конструкции приходится утолщать стены.

В современном строительстве это неприемлемо. Обойти проблему помогло железо — оно обладает примерно равным бетону коэффициентом температурного расширения (проще говоря, одинаково реагирует на тепло и холод). Таким образом, эластичный металл принимает на себя растягивающее усилие, давая возможность строителям без опаски продвигаться ввысь.

Еще выше подняла стройку вверх технология преднапряженного железобетона. Метод состоит в следующем. Стальная высокопрочная арматура перед укладкой бетонной смеси натягивается специальным устройством. Когда бетон схватывается, сила предварительного натяжения передается застывающему материалу, сжимая его. Таким образом, частично или полностью устраняются растягивающие напряжения от нагрузки.

— Преднапряжение позволяет существенно снизить вес конструкции и повысить ее прочность, — рассказывает Денис Портаев, руководитель направления по преднапряжению (промышленно-строительный холдинг ГК «ПромСтройКонтракт»). — Благодаря этой технологии расстояние между несущими колоннами можно увеличить до 2-х раз, снизить до 20% толщину перекрытий и сократить на 25% расход бетона.

Интересно, что одним из первых разработчиков этого метода (наряду с европейскими компаниями) стал советский ученый Виктор Михайлов.

 

Над уровнем неба

В наши дни в мире построено свыше 2 600 небоскребов. Треть из них (862) возведена в Китае (включая Гонконг и Макао), в США — 665, Японии — 163, ОАЭ — 146, остальные в других государствах, причем с каждым годом к «небесному клубу» присоединяются всё больше стран.

И хотя высотное строительство давно перестало быть экзотикой, каждый небоскреб — здание уникальное. Существует целый ряд «унифицированных» проектных решений, которые служат ориентиром для профессионалов. Такие решения обновляются и утверждаются на регулярных встречах международных независимых сообществ инженеров и архитекторов, в частности: IABCE (International Association for Bridge and Structural Engineering), ASCE (American Society of Civil Engineers) и CIB (International Council for Research and Innovation in Building and Construction).

В1976 г. CIB на своем симпозиуме приняла (считающуюся сегодня общепринятой) классификацию небоскребов по их высоте в метрах: здания ниже30 мотнесены к сооружениям повышенной этажности, здания до 50, 75 и100 мсоответственно —  к I, II и III категориям многоэтажек, а свыше100 м— к высотным. В свою очередь последняя группа тоже делится по высоте — с шагом в100 м. На сегодня в мире выше400 моколо 10 зданий, от 300 до400 м— немногим больше 20-ти, а от 200 до300 м— порядка 100. Больше всего небоскребов в диапазоне от 100 до200 м, и подсчитать их точно невозможно — слишком велики темпы строительства.

Вне зависимости от архитектурных изысков все современные небоскребы объединяет общая структура: как правило, это башня более-менее округлой формы. Единство объясняется двумя главными факторами. Во-первых, здание такой высоты не должно мешать естественному освещению своих более низких соседей. Во-вторых, чем больше высота, тем сильнее ветровые нагрузки (верхние этажи высоток при сильных ветрах раскачиваются вполне ощутимо для их обитателей). Чтобы снизить воздействие ветровых нагрузок, надо выбирать оптимальную в аэродинамическом отношении форму здания:  пирамиду, цилиндр или призму — главное, чтобы основание высотки всегда было несколько шире вершины.

При всех заведомых преимуществах высотных пирамид (устойчивость и аэродинамическая стабильность) их не возводят — в силу сложности и материалоемкости. Зато цилиндров и призм предостаточно по всему миру, например, можно вспомнить знаменитую Burj Dubai (ОАЭ) или столичные высотки комплекса «Москва-Сити», в частности ее «Северная башня»: корпус башни построен по монолитной технологии и завершен сплошным стеклянным фасадом.

— Выбор строительной технологии зависит от архитектурного решения здания, — поясняет Александр Глоба, инженер производственно-технического отдела (строительная компания INRI). — И основные сложности заключаются в правильном комбинировании методов. «Северная башня» решена изначально правильно как архитектурно, так и технологически, поэтому она интересна.

 

Что дальше?

Будущее, как известно, начинается сегодня. И ближайший рубеж высотного строительства — километр — вот-вот будет перейден, до заветной отметки осталось совсем немного: открытый недавно Burj Dubai превысил800 м. Но высота вовсе не главная тенденция, и не она определяет ближайшие перспективы небоскребов.

Можно выделить два основных тренда, которые воцарятся в ближайшие 10–20 лет, — это экологичность и архитектурная необычность проектов.

Тенденция архитектурного своеобразия поначалу не кажется особенной, ведь, как уже говорилось, любой небоскреб уникален. Однако если взглянуть на высотки даже 10-летней давности, то можно увидеть, что в них нет никаких архитектурных изысков, как правило, это просто башни из стекла и бетона, в лучшем случае со шпилями необычной формы. Лишь в последние годы появились здания, которые действительно различаются, например, оригинальностью дизайна. Так вот именно они и задают очередной «высотной гонке» новое направление — на этот раз за красотой. Например, можно выделить кувейтскую высотку «Аль-Хамра Фирдаус» (Al Hamra Firdous). Несмотря на довольно заурядную, по нынешним меркам, высоту («всего»412 м), она стала мировой достопримечательностью, похожей, скорее, на современную художественную инсталляцию. Динамичной, сложной формой небоскреб напоминает движущуюся человеческую фигуру в национальной арабской одежде. Добиться такого эффекта удалось благодаря использованию современных строительных технологий.

— Сложный силуэт здания удалось получить, используя технологию  монолитного строительства, — говорит Андрей Кобец (компания «СВЕЗА»). — В данном случае эффектную спиральную форму внешней стены позволила создать съемная опалубка со щитами из березовой фанеры. При строительстве применялась и фанера «СВЕЗА». Этот проект на сегодняшний день стал уникальным. Впервые в мире был построен небоскреб исключительно по монолитному методу. Достаточно сказать, что на возведение Al Hamra Firdous ушло более 500 тыс. тонн цемента. Это настоящая рукотворная скала!

Экологичность строительства, еще одна глобальная тенденция, которая активно развивается уже сегодня. Она возникла не столько на волне моды на экологию, сколько как протест против дискомфорта, который человек испытывает от агрессии урбанизации. Выходом из проблемы может стать организация среды обитания, максимально приближенной к природной, внутри «стальных пещер» мегаполисов. Такая среда — биоклиматическая — ближайшая цель архитекторов и проектировщиков.

«Все выше, и выше, и выше…» — девиз не только летчиков-пилотов. Современные архитекторы уже более века следуют этому лозунгу. Благодаря монолитной технологии строительства на смену стандартным стеклянным башням приходят рукотворные горы, покрытые лесами, меняются интерьеры и техника, но одно остается неизменным — земное притяжение. Благо, новейшие материалы и технологии постоянно расширяют возможности строителей.

 

Андрей Риккинен по материалам компании «СВЕЗА»

Автор: по материалам редакции
Дата: 12.02.2013
Журнал Стройпрофиль 104
Рубрика: бетоны и жби: технологии, оборудование




«« назад