Высотные жилые и офисные здания

До настоящего времени нет четкого определения понятия "высотное здание". Высотными зданиями в России со времен СССР считают здания высотой более 75 м или более 25 этажей. В других странах высотным зданием считается здание высотой от 35 до 100 м. Здания выше 100 м, а в США и Европе – выше 150 м считаются небоскребами, выше 300 м – супернебоскребами. Небоскребы возникли по одной простой причине – это дороговизна земли. В параграфе 5.1 приведен один из вариантов классификации зданий по этажности. На симпозиуме CIB, проходившем в 1976 г. в Москве, была принята общая классификация зданий но их высоте в метрах. Сооружения высотой до 30 м были отнесены к зданиям повышенной этажности; до 50, 75 и 100 м – соответственно к I, II и III категориям многоэтажных зданий, свыше 100 м – к высотным. Для классификации небоскребов был принят критерий высоты в метрах, а не этажности.

В высотных зданиях размещают гостиницы, офисы, учебные заведения, жилые комплексы. Жилые высотные здания составляют в общем объеме высотного строительства незначительную часть, их высота – в пределах от 30 до 70 этажей. Здания офисов составляют преобладающую группу сооружений в высотном строительстве. Высотный тип здания в конце XIX в. сформировался именно для размещения аппарата управления и банков. В настоящее время развернулись дискуссии по проектам зданий высотой более 500 м. Концепция эксплуатации подобных зданий не ограничивает их применения только для офисов. Наоборот, темой дебатов стал смешанный характер эксплуатации, при котором люди, работающие в конкретном здании, там и живут. Гостиничные комплексы строят высотными чаще, чем жилые дома. Объемно-планировочное решение гостиниц подчинено общему для высотного строительства требованию компактности формы плана – треугольного, прямоугольного, овального, круглого. В подавляющем большинстве случаев высотное здание многофункционально, т.е. включает в себя автостоянки, кинотеатры, офисы, жилые помещения. Многофункциональные высотные здания стали появляться с начала XX в., однако наибольшее распространение они получили позднее. Здание Бурдж-Халифа (Дубай) – на сегодня самое высокое многофункциональное строение на нашей планете (рис. В.17). Небоскреб высотой 828 м насчитывает 163 этажа. В нем размещаются офисы, гостиницы и рестораны. До 2003 г. башни Петронас (Малайзия) считались самыми высокими небоскребами в мире. Башни насчитывают 88 этажей, а между 42-м и 43-м этажами они соединены переходом (рис. В.18). Некоторые архитекторы считают, что к концу XX в. число функций в высотных зданиях сокращалось. Сейчас растет число однофункциональных зданий – офисов или отелей, вторая функция которых (торговля и развлечения) концентрируется только на первых этажах. Характерным остается сочетание двух функций. Чаще всего офисы размещают на нижних этажах, а жилые номера гостиниц – на верхних отметках. Встречается и обратное решение. Обязательным является размещение между разными функциональными зонами технического этажа.

Можно привести десятки примеров оригинальных небоскребов и сотни примеров высотных зданий, однако самым известным небоскребом по-прежнему остается Empire State Building в Нью-Йорке, 102 этажа, высота без мачты – 381 м. Он был построен в 1931 г. Количество небоскребов высотой более 400 м во всем мире – более десяти; высотой от 300 до 400 м – около 30, от 200 до 300 м – немного превышает 100, а здания высотой от 100 до 200 м являются самыми распространенными.

Высотное строительство в Европе началось в конце 1950-х – начале 1960-х гг. с отставанием от США более чем на полвека. В Японии высотное строительство получило развитие с 1970-х гг., а в крупнейших городах Китая – с 1990-х гг. В Японии его стимулировали наряду с экономическими технические успехи в создании высотных сейсмостойких конструкций; в Китае, как и в целом ряде других стран, – бурное экономическое развитие. Специфический характер оно приобрело в городах-странах Сингапуре и Гонконге в связи с их ролью международных финансовых центров Востока. Таким образом, центр возведения наиболее высоких зданий смещается в крупнейшие города Восточной и Юго-Восточной Азии.

История строительства высотных общественных и жилых зданий в России начинается в 1947–1951 гг. с семи "сталинских высоток" в Москве. Отечественная инженерная школа стала пионером исследований и внедрения в высотное строительство железобетонных конструкций с жесткой арматурой. Это произошло при возведении "сталинских высоток" у Красных ворот и на Смоленской площади. В 1960–1980-х гг. в Москве продолжали строить многоэтажные здания. Таковы модернистское бывшее здание гостиницы "Интурист" и гостиница "Космос", здание мэрии Москвы (бывшее здание СЭВ), институт "Гидропроект" на Волоколамском шоссе, гостиничный комплекс "Измайлово", "Дом туриста" и некоторые другие. Через 50 с лишним лет в Москве у Поклонной горы появилась следующая восьмая высотка, построенная по проекту ЦНИИЭП жилища. Высотный жилой комплекс "Эдельвейс" (рис. 6.43) превратился в визитную карточку столицы. Строительство этого жилого комплекса стало началом работ по реализации программы "Новое кольцо Москвы" по возведению высотных домов. Согласно этому документу до 2015 г. в столице будет возведено более 60 высотных жилых, гостиничных и офисных комплексов, в состав которых войдет около 200 зданий высотой более 30 этажей. Благодаря успешной реализации строительства комплекса "Эдельвейс" по распоряжению Правительства Москвы ЦНИИЭП жилища был назначен головной научно-исследовательской и проектной организацией по разработке нормативно-методической документации для проектирования, строительства и эксплуатации высотных зданий.

В 2005 г. специалистами института с привлечением ученых 16 научно-проектных и научно-исследовательских институтов впервые в Российской Федерации и мировой практике были разработаны нормы проектирования высотных зданий МГСН 4.19–2005 "Временные нормы проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий- комплексов", ставшие после переработки в 2009 г. Стандартом организации СТО 01422789-001-2009 "Проектирование высотных зданий". Этот документ

43-этажный жилой дом

Рис. 6.43. 43-этажный жилой дом "Эдельвейс" со встроенными нежилыми помещениями на первых этажах. Москва, ул. Давыдковская, д. 3

стал основным руководством в процессе проектирования высотных зданий.

Отсутствие современной нормативной базы в России препятствовало успешному развитию этого вида строительства. Действовавшие СНиПы устанавливали нормативные требования для жилых зданий высотой только до 25 этажей (75 м) и общественных зданий высотой до 16 этажей (50 м), поэтому при проектировании высотных объектов разрабатывают специальные технические условия для каждого конкретного здания. Эти технические условия разрабатываются ЦНИИЭП жилища совместно с генеральным проектировщиком, согласовываются в установленном порядке, в том числе на федеральном уровне, и утверждаются заказчиком строительства. С целью обеспечения надежности проектных решений, проведения инженерных изысканий и выполнения строительномонтажных работ надлежащего качества Комитетом но архитектуре и градостроительству города Москвы совместно с Комитетом города Москвы по государственной экспертизе проектов и ценообразования в строительстве, Мосгосстройнадзором и государственным учреждением города Москвы "Городской координационный экспертно-научный центр “Энлаком”" при участии ОАО "ЦНИИЭП жилища" разработано Положение о технических условиях на проектирование и строительство уникальных, высотных и экспериментальных объектов капитального строительства в городе Москве. Уже разработаны специальные технические условия на проектирование высотных зданий различного назначения для строительства в Москве, Санкт-Петербурге, Владивостоке, Казани, Красноярске, Новосибирске, Ростове-на-Дону, Сочи, Уфе и в других городах Российской Федерации.

Высотное здание

Рис. 6.44. Высотное здание "Февральская революция". Екатеринбург

Самым высоким зданием в России считается 75-этажный небоскреб "Меркурий Сити Тауэр" (рис. В. 19), построенный на 14-м участке Московского международного делового центра "Москва- Сити". Высота здания – 338,8 м, что позволяет считать башню самым высоким небоскребом и Европы. Небоскреб "Высоцкий" в Екатеринбурге – самое высокое здание России за пределами Москвы (высота – 188,3 м, 54 этажа). Высотное здание (рис. 6.44), построенное в центре Екатеринбурга на ул. Февральской революции, до 2012 г. было самым высоким жилым домом России за пределами Москвы (высота – 139,6 м, 42 этажа). Сейчас первенство принадлежит 40-этажному жилому зданию

"Олимп" высотой 145 м в г. Грозном.

Изначально планировалось, что высота "Февральской революции" будет составлять 26 этажей, но позже архитекторы увеличили здание вначале до 33, а затем и до 42 этажей. В здании высотой около 140 м расположено 215 квартир. С 1 -го по 3-й этаж находятся магазины, торговый центр и места бытового обслуживания, с 4-го по 32-й этажи – типовые квартиры, с 35-го по 40-й этаж – пентхаузы, на последнем этаже расположена художественная мастерская.

В доме есть пять технических этажей и четыре скоростных бесшумных лифта. Под зданием находится двухуровневый подземный паркинг.

При строительстве высотного комплекса "Континенталь" (рис. 6.45) была применена в полном объеме инновационная система мониторинга состояния грунтов основания и основных несущих конструкций здания. Наблюдения ведутся с начала нулевого цикла. При возведении основных несущих конструкций система была запущена в автоматическом режиме. Такая система является уникальной не только в России, но и во всем мире. Кстати, впервые эта система была применена в процессе возведения высотного здания "Эдельвейс" (см. рис. 6.43). Она действует по настоящее время.

Представляют интерес объемно-планировочные и конструктивные решения выеотных многофункциональных зданий на пересечении ул. Фонвизина с ул. Добролюбова (рис. 6.46) и около станции метро "Юго-Западная" в Москве (рис. 6.47).

48-этажный жилой комплекс

Рис. 6.45. 48-этажный жилой комплекс "Континенталь". Москва, пр-т Маршала Жукова

Многофункциональный высотный жилой комплекс. Москва, пересечение ул. Фонвизина с ул. Добролюбова

Рис. 6.46. Многофункциональный высотный жилой комплекс. Москва, пересечение ул. Фонвизина с ул. Добролюбова

Высотное многофункциональное жилое здание. Москва, ул. 26-ти Бакинских Комиссаров

Рис. 6.47. Высотное многофункциональное жилое здание. Москва, ул. 26-ти Бакинских Комиссаров

А вот в форме высотного здания в г. Екатеринбурге (рис. В.20) можно увидеть знакомые ступенчатые черты московских "сталинских высоток". Сходство со старыми советскими высотками заметно также в архитектуре жилых домов на Можайском шоссе, Новом Арбате, в Кунцево, на Долгоруковской улице и проспекте Вернадского, в жилом комплексе "Алые паруса" на берегу Москвы-реки, высотного жилого дома "Триумф-Палас".

Как уже отмечалось ранее, проектирование высотных домов и небоскребов осуществляется по индивидуальным техническим условиям. Во всем мире этим занимаются считанные проектные организации и фирмы, например в Чикаго (США) только четыре фирмы фигурируют на рынке проектирования высотных домов. Поэтому трудно дать всеохватывающие сведения о конструктивных решениях высотных зданий и небоскребов.

С. В. Николаев, генеральный директор ЦНИИЭП жилища, в своей статье "Проектирование высотных зданий", опубликованной в № 9 журнала "Жилищное строительство" за 2005 г., перечисляет основные технические сложности, ожидающие проектировщиков, взявшихся за проектирование высотного здания. Он считает, что оценка несущей способности грунта является основным фактором риска в высотном строительстве. Ошибки в оценке приводят к повреждению здания, невыполнению сроков строительства и возникновению дополнительных расходов. Основным правилом для высотных зданий является соблюдение симметричной центрированной нагрузки на фундамент. Классическим примером возникновения проблем при нарушении этого правила является 97-метровое здание GZ банка во Франкфурте, построенное в 1970 г., которое из-за особой геометрии имело смещенный центр тяжести. Осадка прекратилась только через 10 лет после завершения строительства здания и достигла максимальной величины в 31 см. Для высотных зданий ветер является негативным фактором, увеличивающим стоимость проекта. Проектировщики лишь недавно осознали серьезное влияние ветра на вытягивание дыма в случае пожара небоскреба. С середины высоты высотных зданий 40% ветровых потоков на здание движется вниз. Энергия этих потоков создает локальные ветровые нагрузки на фасад здания и на уровне входа в высотные здания ветровые нагрузки могут быть больше, чем на высоте 100 м. Последние образцы высотных зданий демонстрируют, что теории "чистой" стали или железобетона сегодня уже устарели. быстрое развитие высокопрочного бетона стало значительным вкладом в высотное строительство. Развитие насосных технологий, позволяющих сегодня закачивать материал на самые верхние уровни высоток, повысило статус этого материала и поставило его в один ранг со сталью. Современное бетонное оборудование открыло перед строителями принципиально новые возможности доставки бетона как по высоте (до 400 м), так и по дальности (до 2 км).

В заключение приведем еще несколько общих сведений, полезных для понимания сложности создания проекта высотного здания.

При проектировании высотных зданий используют уже разработанные рамно-каркасные, каркасные, поперечно-стеновые, коробчатые, ствольные, ствольно-коробчатые и оболочковые конструктивные схемы. Для высотных зданий высотой до 40 этажей применяют рамно-каркасную и каркасную схемы; в зданиях до 50–60 этажей высотой применяют ствольную систему; по коробчатой и ствольно-коробчатой схеме проектируют высотные здания до 80–90 этажей. Проектирование супервысотных зданий на сегодняшний день происходит по принципу конструкции "труба в ферме". Стеновая система, которая на протяжении столетий была основной для зданий любого назначения, в высотном строительстве применяется редко и преимущественно для жилых зданий и гостиниц, где мелкоячеистая планировочная структура совпадает с конструктивной. Самое высокое из построенных зданий стеновой системы – 47-этажный жилой дом "Конкордия Хаус" в Кельне – имеет поперечно-стеновую конструктивную систему (шаг стен 4,5 м) и выполнен с монолитными железобетонными несущими внутренними стенами и перекрытиями. На применении рамно-каркасной схемы основано проектное решение таких объектов, как 59-этажное многофункциональное здание "Пан-Америка" (арх. В. Гропиус) в Нью-Йорке или 48-этажное "Трансамерика-билдинг" (рис. 6.48) в Сан-Франциско (арх. У. Перейра).

Ствольная конструктивная система в качестве основной несущей конструкции здания, воспринимающей нагрузки и воздействия, содержит вертикальный пространственный стержень – ствол жесткости закрытого или открытого сечения на всю высоту здания. Наибольшее распространение в строительстве зданий различного назначения высотой до 60 этажей получила комбинированная каркасно-ствольная система, преимущественно с расположением каркаса только но наружному контуру здания. Совместность горизонтальных перемещений каркаса и ствола обеспечивают горизонтальные аутригеры-ростверки, расположенные через 18–20 этажей. Несущие конструкции ствольных зданий преимущественно железобетонные. Сечение стен монолитного ствола в зависимости от этажности меняется от 40–100 см в нижних этажах до 20–30 см в верхних. Оболочковая конструктивная система отличается максимальной жесткостью сре-

Рис. 6.48. "Трансамерика-билдинг" (Transamerica Pyramid), высота 260 м. США, г. Сан-Франциско, 1969–1972 гг.

ди рассмотренных схем, потом)' что несущие конструкции расположены по внешнему контуру. Она наиболее часто применяется в проектировании самых высоких зданий – от 200 м и выше. Основной оболочковой системе сопутствуют две комбинированные – оболочково-ствольная ("труба в трубе") и оболочково-диафрагмовая ("пучок труб"). В основной оболочковой и в комбинированной (оболочково-ствольной) системах в центре плана располагают ствол с размещенными в его пространстве лифтовыми шахтами и холлами. Конструкцию оболочки выполняют из стальных элементов или железобетона. Железобетонные оболочки выполняют монолитными или сборными, но чаще всего из конструктивного легкого бетона, совмещая несущие и теплоизолирующие функции стены. В последние годы оболочки в Европе выполняют преимущественно монолитными из тяжелого бетона с последующим утеплением и внешней облицовкой. Для элементов стальных оболочек чаще всего применяют прокатные или сварные элементы закрытого прямоугольного сечения с последующими утеплением и облицовкой.

По сравнению с малоэтажными зданиями высотное здание работает в большей степени как комплексное целое, и это является фундаментальным отличием процесса их проектирования. Гибкость большинства высоток, т.е. отношение высоты к ширине, обычно имеет значение от одного до восьми. Более высокие значения коэффициента гибкости приводят к возникновению недопустимых боковых ускорений наверху здания и необходимости использования демпфирующих элементов для обеспечения нормальной эксплуатации этих зданий. Нормативные горизонтальные перемещения верха здания с учетом крена фундаментов должны составлять для зданий высотой до 150 м не более 0,002//, свыше 250 м – до 0,001//, где Я – высота здания. Для промежуточных высот значение принимается по интерполяции.

В связи с преобладающим влиянием ветровых воздействий на устойчивость здания с учетом возможности резонансного вихревого возбуждения его колебаний горизонтальное сечение высотного здания или небоскреба существенно развивают (40 х 40, 50 х 50, 40 х 60 м в зависимости от высоты). Таким образом, площадь этажа высотного здания не превышает 2–2,5 тыс. м2 даже в 80–100-этаж- ных небоскребах. В целях снижения ветровых воздействий выбирают эффективную в аэродинамическом отношении цилиндрическую, пирамидальную или призматическую форму здания (рис. В.21). Для повышения устойчивости здания прибегают к расширению его сечения к основанию в одном или двух направлениях.

Фундаменты целесообразно использовать плитные, свайные и комбинированные плитно-свайные. В сложной грунтовой обстановке Москвы требования обеспечения допускаемых осадок диктуют применение наиболее дорогой и материалоемкой конструкции плитно-свайного фундамента. Несущие конструкции высотных зданий выполняются из железобетона и стали, используется жесткая и гибкая арматура. Горизонтальные несущие конструкции высотных зданий, как правило, однотипны и обычно представляют собой жесткий железобетонный диск (монолитный, сборно-монолитный, сборный) либо сталежелезобетонный. Специальные конструктивные мероприятия должны обеспечивать защиту здания от прогрессирующего обрушения при природных, антропогенных и техногенных чрезвычайных ситуациях. Они состоят в резервировании прочности несущих конструкций, обеспечении неразрывности и непрерывности армирования.

Окна выше 20–22 этажей из соображений безопасности следует оснащать неоткрывающимися створками (МГСН 4.19–2005). При строительстве каждого объекта обязательно осуществлять постоянный авторский и технический надзор, проводить научно- техническое сопровождение с привлечением ведущих научно-исследовательских организаций и мониторинг всего цикла возведения здания, с обязательной проверкой физико-механических характеристик строительных материалов.

Главное в высотном жилом или офисном здании – это комфорт его жильцов или персонала, напрямую зависящий от подвалов и технических этажей. Расположенное в них оборудование дает тепло в квартиры или офисы, обеспечивает функционирование вентиляции, водоснабжения, канализации и других инженерных коммуникаций, потушит пожар в случае чрезвычайной ситуации. Интересно, что 20–30% кубатуры небоскреба используется на размещение вертикального транспорта и его обслуживание (лифтовые холлы, лифтовые шахты, машинные отделения и проч.).

Проектами должны быть предусмотрены площадки для эвакуации людей спасательными вертолетами в случае возгорания.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >