Возведение высотных зданий

Аннотация

Лапина О.А.

Понятие высотное здание. Понятие небоскрёб. Особенности монтажа таких зданий. Конструктивная основа высотных зданий. Монтаж ядра жесткости. Обеспечение устойчивости и пространственной жесткости высотного здания. Способ выполнения монолитного ядра жесткости. Особенности возведения высотных зданий в жарком климате. Особенности технологии заливки бетонной смеси в жарком климате. Реализация "зеленых" идей по улучшению экологической обстановке в регионе. Снижение потребности в кондиционировании. Использование технологий монолитного строительства. Система жизнеобеспечения в высотном здании.

Ключевые слова: высотные здания, небоскрёбы, ядро жесткости, преднапряженный бетон, жаркий климат, система жизнеобеспечения

Небоскрёб ( с  англ. skyscraper) — очень высокое  здание. Небоскрёб — это свободно стоящее сооружение, предназначенное для жизни и работы людей. В русском языке также используется термин « высотное здание» или просто «высотка». [2]

Развитие технологий  стали,  железобетона и водных напорных  насосов, а также изобретение  лифтов позволили в десятки раз увеличить высоту зданий, что особенно востребовано в  мегаполисах, где велика стоимость площади застройки. [1,2]

Высотные здания (выше 17 этажей) чаще бывают компактными, небольших размеров в плане, реже протяженными, многосекционными. Монтаж таких зданий осуществляют методом наращивания с использованием приставных, передвижных и самоподъемных башенных кранов. [2]

Конструктивной основой высотных зданий является стальной, железобетонный или комбинированный каркас с пространственным ядром жесткости или плоскими диафрагмами — связями. [2]

При железобетонном каркасе или металлическом, но обетонированном, монтаж последующих ярусов возможен только после заделки стыков колонн, обетонирования металлических колонн нижних ярусов и набора бетоном стыков не менее 70%  марочной  прочности. [1,2]

В большинстве высотных зданий предусмотрено ядро жесткости, которое воспринимает горизонтальные нагрузки от примыкающих частей здания и обеспечивает устойчивость и пространственную жесткость всего здания в процессе монтажа и эксплуатации. В некоторых зданиях сначала выполняют монтаж ядра жесткости, например, лифтовой шахты до проектной отметки, а затем — возведение остальных конструктивных элементов. [2]

Ядро жесткости чаще выполняют в монолитных конструкциях, обычно бетонирование ядра опережает монтаж каркаса на 1...2 яруса. Для надежного соединения каркаса к ядру здания в стенках ядра жесткости должны быть оставлены штрабы, проемы с оголенными стержнями  арматуры для крепления к ним балок каркаса сварными или болтовыми соединениями. Это очень трудоемко, но гарантирует, что монолитное ядро сразу начинает воспринимать горизонтальные нагрузки установленной части  каркаса. [1,2]

По конструктивным особенностям и технологическим условиям бетонирование ядра жесткости может отставать от монтажа каркаса. Это отставание допускает, что смонтированные конструкции сразу свариваются и обетонируются, чем обеспечивается быстрый набор стыками 70%-й прочности. [1,2]

  Самым ярким примером высотного здания является высочайшее здание мира – Бурдж Халифа. Помимо того, что оно является самым высоким рукотворным зданием в мире (828 метров), во время его строительства были учтены особенности климатического района, ведь Арабские Эмираты являются одной из наиболее жарких стран мира.

Для возведения Бурдж Дубай использовался преднапряженный железобетон и стальная арматура. Потребовалось поистине колоссальное количество бетона – 320 кубометров. На стальные элементы здания израсходовали 60 тыс. тонн арматуры. Чтобы здание обрело устойчивость, в фундамент было забито 192 свай, каждая имела диаметр 1.5 метра и длину около 50 м. В устройстве фундамента использованы особые технологии, которые позволили добиться высокой плотности и инертности бетонной базы к действиям любых химикатов и грунтовых вод. [3]

Во время строительства Бурдж Халифа был установлен еще один рекорд. Ранее технологам не удавалось закачивать бетонную смесь на высоту более 532 метров (например, для строительства ГЭС Рива дель Гарда в Италии). В дубайской же башне бетонные работы велись вплоть до высоты в 606 метров (156 этаж). Остальные элементы башни уже выполнены из облегченной стали. [4]

Бетонная смесь, использовавшиеся в строительстве Бурж Халифа, прошла специальные испытания, которые показали, что материал способен выдержать определенное давление даже в экстремальных ситуациях. Особая технология заливки бетона смогла предотвратить неравномерное застывание смеси в связи с высокими температурами. Как известно, в Дубае в дневное время столбик термометра иногда достигает 50 градусов Цельсия, поэтому в бетонную смесь инженеры добавляли лед. Работы по заливке бетона в опалубку в жаркие сезоны велись в ночное время, когда воздух становился более влажным, а температура окружающей среды немного снижалась. Подобные меры предосторожности привели к тому, что смесь застывала равномерно, без возникновения трещин. [3,4]

В гигантском небоскребе Бурдж Халифа предполагалось реализовать «зеленые» идеи по улучшению экологической обстановки в регионе. Одна из  «энергетических» задумок – облицовка фасада башни солнечными панелями. Фотоэлектрические панели по плану должны занимать около 15 тыс. м. кв. [4]

Для того чтобы снизить потребность в кондиционировании Бурж Халифа покрыли специальными светоотражающими панелями из стекла. Естественный воздухообмен и охлаждение здания обеспечивает прохладный воздух, циркулирующий по конвекционной системе, пронизывающей башню снизу доверху. Для поддержания оптимальной температуры в помещениях (18 градусов) применяется морская вода. Ее охлаждают и прогонят по специальным трубам. [4]

При сооружении самого высокого здания в мире использовались технологии монолитного строительства. В грунт вбивались сваи, изготовленные из бетона, укрепленного арматурой. Затем проводилась стяжка фундамента здания с помощью специальных видов бетона. При строительстве уникального небоскреба было использованы сотни тонн усиленной арматуры и металлоконструкций, а бетон и  стальная арматура стали основными материалами, используемыми при сооружении Бурдж Дубай. Подобные технологии и материалы планируется использовать и при строительстве небоскреба "Охта-центр" в Санкт-Петербурге. [3,4]

Система жизнеобеспечения в башне продумана и исполнена не хуже, чем все остальное. Для водоснабжения используется рециркулируемая дождевая вода. Электроэнергию башня вырабатывает сама для себя посредством гигантской турбины, вращаемой ветром, а также солнечных панелей общей площадью около 15 тыс. м². [3,4]

Но с южным солнцем нужно быть осторожнее, поэтому одновременно здание оборудовано системой защиты от перегрева. Кроме того, башня “проветривается” воздухом по всей высоте и охлаждается с помощью подземных модулей. [3,4]

Список используемой литературы:

1. Городецкий А.С., Батрак Д.А., городецкий М.В., Лазнюк С.В. Расчет и проектирование конструкций высотных зданий из монолитного железобетона. –Киев «Факт, 2004. – С. 106

2. Маклакова Т.Г. Высотные здания. – Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006. – С. 160

3. Учеб. пособие / В. П. Генералов; Самарск. гос. арх. -строит, ун-т. - Самара, 2009. - 296 с, ил.

4. Монография. М.: ГУП "ИТЦ Москомархитектуры", 2007. - 400 с.: ил.