Проектування висотних будівель, Будівельний портал
Висотним прийнято називати будівлю висотою понад 75 м (понад 25 поверхів). Ці будівлі можуть мати різне призначення: бути готелями, офісами, житловими будинками, навчальними будинками. Найчастіше висотна будівля є багатофункціональною. У ньому, крім приміщень основного призначення, розміщуються автостоянки, магазини, офіси, кінотеатри та ін.
Істотним фактором, що негативно впливає на розвиток висотного будівництва, є відсутність сучасної нормативної бази, без якої неможливий успішний розвиток цього виду будівництва.
У зв'язку з цим Держбуд України спільно з Урядом Москви намітили протягом 2004 року створення нормативної бази, що включає розробку московських міських будівельних норм (МГСН) на проектування багатофункціональних висотних будівель і цілого ряду рекомендацій, що охоплюють різні аспекти проектування таких будівель. До розробки цих документів залучено понад 20 провідних науково-дослідних, проектних, будівельних та експлуатаційних організацій. Головною організацією, що координує всю цю роботу, призначено ВАТ «ЦНДІЕП житла».
У ряді країн, особливо в США, накопичено значний досвід проектування, будівництва та експлуатації висотних будівель. Однією з перших висотних будівель можна вважати Вулворт білдінг (Woolworth Building) у Нью-Йорку заввишки 241 м (57 поверхів), зведений у 1913 році. Довгий час найвищим будинком у світі вважався Емпайр стейт білдінг (Empire State Building), що має 102 поверхи і загальну висоту 381 м (з антеною – 448 м). Надалі його потіснили будівлі Міжнародного торгового центру (World Trade Center) у Нью-Йорку (415, 417 м) та Сірс Тауер (Sears Tower) у Чикаго (442 м). В останні роки будівництво найвищих будівельперемістилося на Схід - Малайзію, Тайвань і Китай.
У 1998 році в Куала-Лумпур збудовано дві вежі-близнюки Петронас-тауерс (Petronas Towers) заввишки 452 м, в 2004 році в Тайбеї планується завершити будівництво будівлі Міжнародного фінансового центру (Taipei 101, більш відомий як Taipei Financial 4 зі шпилем - 508 м). Будівля Шанхайського всесвітнього фінансового центру (World Financial Center), будівництво якого передбачається завершити у 2007 році, становитиме 492 м. Існує проект будівництва в Сеулі до 2008 року 580-метрової будівлі (International Business Center).
Останніми роками активно будуються висотні будинки.Висотні будинки, особливо будівлі значної висоти, мають свою специфіку, що істотно відрізняє їх від звичайних будівель. По-перше, зі зростанням висоти будівлі різко збільшуються навантаження на несучі конструкції, у зв'язку з чим з розвитком висотного будівництва було розроблено кілька конструктивних систем таких будівель: каркасна, рамно-каркасна, поперечно-стінова, ствольна, коробчаста, ствольно-коробчаста (« труба в трубі», «труба у фермі») та ін.
У свою чергу, стовбурні системи мають свої різновиди: консольне опирання перекриттів на ствол, підвішування зовнішньої частини перекриття до верхньої несучої консолі «висячий будинок» або його опирання за допомогою стін на консоль, що несе нижче, проміжне розташування несучих консолей висотою в поверх з передачею в них від частини поверхів Стволом або ядром у висотних будинках є жорсткий (монолітно виконаний) сходово-ліфтовий вузол.
Вибір тієї чи іншої конструктивної системи залежить від багатьох факторів, основними з яких вважаються висота будівлі, умови будівництва (сейсмічність, ґрунтовіособливості, атмосферні, особливо вітрові, дії), архітектурно-планувальні вимоги. Слід зазначити, що за даними німецьких дослідників вітрові навантаження найчастіше значніші, ніж сейсмічні впливу. Одні з найбільш високих на сьогодні будівель – Джон Хенкок Сентер у Чикаго та Міжнародний фінансовий центр у Тайбеї – виконані за схемою «труба у фермі», за якої зовнішній периметр стін жорстко пов'язаний зі стволом і додатково укріплений потужними діагональними зв'язками. В цьому випадку вся будівля працює як тверда консоль, закріплена в тіло фундаменту.
Для зменшення коливань висотних будівель під впливом вітрового натиску останніми роками почали застосовувати підвішені у верхній частині інертні маси.
Практикою будівництва встановлено, що каркасні та рамно-каркасні системи, що володіють обмеженою жорсткістю, доцільно застосовувати в будинках висотою до 40 поверхів, ствольні – до 50–60 поверхів, ствольно-коробчасті та коробчасті – до 80–90 поверхів, а понад це – схемою «труба у фермі».
Одними з основних вимог, що висуваються до висотних будівель, як показала світова практика, є вимоги комплексної безпеки, що передбачають забезпечення шляхів евакуації при кризових ситуаціях, протипожежні та антитерористичні заходи, надійний контроль та управління всіма системами інженерного обладнання, дублювання ряду систем життєзабезпечення та ін.
У зв'язку з цим українськими нормативами (СНіП 10-01-94 та СНіП 21-01-97*) наразі передбачено розробку технічних умов на проектування кожної висотної будівлі. ВАТ «ЦНДІЕП житла» спільно з низкою інших організацій з метою забезпечення повного та обґрунтованого складання технічних умов заЗавдання Москомархітектури розробив у 2002 році «Загальні положення до технічних вимог щодо проектування житлових будівель висотою понад 75 м». Вони є практичним посібником зі складання технічних умов, що відбиває особливості проектування висотних будинків.
В «Загальні положення» включені розділи з архітектурно-планувальних рішень, підстав, фундаментів та підземних частин висотних будівель, їх інженерного та санітарно-гігієнічного забезпечення, а також комплексу протипожежних заходів.
Слід особливо зупинитися на застосуванні склопрозорих огорож. Аналіз проектів вже перших висотних будівель показує, що архітектори схильні широко застосовувати засклені зовнішні огорожі та вітражі. При цьому не враховується, що опір теплопередачі цих конструкцій не перевищує 0,8 (м2К)/Вт, що в 4 рази нижче необхідного опору теплопередачі, що пред'являється до зовнішніх стін. Внаслідок цього стає неможливим зробити теплоефективними висотні будинки з такими рішеннями фасадів.
Проектування основ, фундаментів та підземних частин висотних будівель можуть виконувати лише організації, що мають ліцензію на будівельне проектування будівель І та ІІ рівнів відповідальності у складних інженерно-геологічних умовах.
При проектуванні висотних будівель їх слід розміщувати на територіях, де відсутні прояви карстової небезпеки та зсувних явищ, а також у зонах прояву інших небезпечних та техногенних процесів.
Пред'являється ряд спеціальних вимог до інженерно-геологічних досліджень під час проектування висотних будинків. Як фундаменти рекомендуються плитні, у тому числі підвищеної жорсткості (коробчасті), комбіновані плитно-пальові та пальові. Враховуючиособливості московських ґрунтів та складні техногенні умови, питомі навантаження на основу під плитними елементами фундаменту не слід приймати понад 0,5 МПа. Самі фундаменти повинні виконуватися з бетону класу не нижче В25.
Розрахунок основ, фундаментів та підземних частин висотної будівлі необхідно виконувати за двома граничними станами: за несучою здатністю та за деформаціями (опадами, кренами, прогинами та ін.). Специфічним для таких будівель є вимога, щоб розрахунок системи основа – фундамент – надфундаментні конструкції виконувався з урахуванням послідовності та прийнятої технології зведення будівлі. У процесі проектування, починаючи з передпроектної стадії до початку будівництва, необхідно розробляти програму моніторингу, яка передбачає обстеження будівель навколишньої забудови, їх основ та фундаментів.
p align="justify"> При проектуванні конструкцій наземної частини висотні будівлі слід відносити до I рівня відповідальності і приймати коефіцієнти надійності по відповідальності при висоті будівлі від 75 до 100 м рівними 1,1; у діапазоні висот від 101 до 125 м – 1,15, а понад це – 1,2. Під впливом вітрового навантаження переміщення верху висотного будинку має перевищувати 1/500 його висоти, що забезпечує цілісність скління і перегородок, і навіть нормальну роботу ліфтів. Відповідно до закордонного досвіду, ця умова дотримується при відношенні ширини до висоти будівлі, що не перевищує 1/7. Жорсткість конструкцій висотного будинку має забезпечувати значення прискорення коливань верхніх поверхів під динамічним впливом вітру трохи більше 0,08 м/с2.
Поліпшити умови роботи будівлі під навантаженням та підвищити його жорсткість дозволяє також симетричне розташування мас і жорсткостей, можливо більш рівномірне.розподіл вертикальних навантажень на несучі елементи будівлі, а для точкових будівель – симетричний горизонтальний переріз, що наближається до квадратного. Слід сказати, що аналіз перших проектів висотних будівель показує: у ряді випадків архітектори нехтують цими вимогами, що знижує надійність висотної будівлі, потребує додаткових конструктивних заходів та витрат.
Основні несучі конструкції слід виконувати із залізобетону з гнучкою та жорсткою арматурою та сталі. Зарубіжний досвід показує, що залізобетон доцільно використовувати при висоті будівель до 60 поверхів. За німецькими джерелами використання високоміцного бетону класів В80 і вище нераціонально через його крихкість, нижчу в порівнянні зі звичайною технологічністю та високою вартістю. Сталеві несучі конструкції слід надійно захищати від впливу вогню, забезпечуючи їх межу вогнестійкості, рівну R 180. Як стовбури (ядери) висотних будівель слід використовувати сходово-ліфтові вузли із залізобетону по можливості в поєднанні з блоком вентиляційних шахт.
Дах висотної будівлі слід проектувати із внутрішнім водостоком.
Захист конструкцій та всієї висотної будівлі загалом від прогресуючого обвалення забезпечується такими заходами, як нерозрізність (статична невизначеність) основних несучих частин, відповідним проектуванням вузлів та з'єднань конструктивних елементів, гарантованою якістю застосовуваних матеріалів та іншими заходами.
Комплекс інженерного забезпечення висотної будівлі включає понад 30 систем. Ряд інженерних систем, таких як водопровід, каналізація, сміттєпроводи та ін., необхідно зонувати в межах між сусідніми технічними поверхами, які мають розташовуватись по висоті на відстаніне більше 50 м. Крім централізованих джерел теплопостачання висотної будівлі потрібно передбачати автономні джерела теплопостачання (АІТ), які можуть розміщуватися як у самій будівлі, так і у вигляді об'єктів, що окремо стоять. Необхідна кількість ліфтів, їх вантажопідйомність та швидкість визначають розрахунком при прийнятому інтервалі руху ліфтів 80-100 с, а кожен ліфт необхідно розташовувати в окремій шахті.
Особлива увага при проектуванні та експлуатації висотних будівель приділяється протипожежним заходам. Несучі конструкції будівель повинні задовольняти підвищеним вимогам за межами вогнестійкості, рівним не менше REI 180. Те саме стосується комунікаційних шахт і шахт димовидалення. Сама будівля повинна відповідати 1-го ступеня вогнестійкості при його висоті до 100 м, а вищі – особливого ступеня вогнестійкості, а клас конструктивної пожежної небезпеки – СО. Для забезпечення доступу пожежників до будь-якої квартири на фасадах будівлі рекомендується передбачати спеціальні випробувані підйомні пристрої з можливістю їх використання для ремонту фасадів та миття скла. Сказане стосується лише частини великого комплексу протипожежних заходів, які є обов'язковими при проектуванні та експлуатації висотних будівель.
Крім цього, при розробці МДСП «Багатофункціональні висотні будівлі та комплекси» буде регламентована їхня комплексна безпека, що включає безвідмовність та керованість усіх інженерних систем та заходи, пов'язані з антитерористичною діяльністю. Світовий досвід експлуатації таких будівель підтверджує їхню необхідність.