Высотное строительство: этапы и задачи

Не существует двух абсолютно одинаковых сооружений, даже зданияблизнецы таких комплексов, как World Trade Center в Нью-Йорке или Petronas Twin Towers в Куала-Лумпур, изначально задуманные совершенно одинаковыми, в некоторых деталях отличаются друг от друга. Более того, значительная часть расчетов, технических идей и решений может неоднократно меняться в процессе проектирования и строительства.

Процесс возведения современных высотных зданий – это решение сложного комплекса архитектурных, конструктивных, инженерных и технических задач, который, на мой взгляд, можно разделить на следующие составляющие:

• разработка концептуального решения;
• архитектурное проектирование;
• инженерные изыскания;
• расчет основания и фундаментов;
• расчет несущих конструкций;
• проектирование инженерных систем здания и наружных сетей;
• проектирование вертикального транспорта;
• разработка решений по обеспечению комплексной безопасности;
• разработка систем мониторинга за техническим состоянием здания в процессе возведения и эксплуатации;
• разработка решений по организации и технологии строительства;
• организация контроля качества выполнения работ (например, ISO).

Архитектурное проектирование

Разработка концептуального решения является первым шагом в долгом и сложном процессе создания уникального объекта. Концепт современного здания инициирует использование новых технических решений и методик инженерных расчетов, создание инновационного оборудования и строительных технологий.

Уникальные здания и сооружения зачастую становятся символами и оказывают существенное влияние на архитектурный облик и имидж городов и даже государств, в которых они возведены. Например, это Empire State Building, American International Building, Эйфелева башня, Petronas Twin Towers, Биг-Бен, здание МГУ, Исаакиевский собор и многие другие. Такими символами могут стать и Burj Mubarak al Kabir в Кувейте, башня «Газпром» в Санкт-Петербурге и даже невысокое по современным меркам (всего лишь 150 метров) здание The City Council of Copenhagen.

Поэтому необходимо рассматривать проекты современных высотных зданий в контексте окружающей застройки, функциональности, воздействия на окружающую среду и визуального восприятия, современных методов строительства и расчетов, технологий и материалов.

Инженерные изыскания

Инженерные изыскания, включающие в себя геологические, геодезические, геотехнические, гидрометеорологические и экологические исследования, дают информацию, необходимую для оптимизации проектирования, возведения и эксплуатации зданий и сооружений.

Чрезвычайно важно, чтобы подземная часть здания вписывалась в геологическую среду и не вызывала в ней необратимых изменений и негативных процессов, таких как карстово-суффозионные процессы, подтопление, барражный эффект и др., влияющих на устойчивость самого здания и зданий окружающей застройки. Геологические и геотехнические изыскания необходимы для правильного выбора типа основания, проектирования фундаментов, подземной части здания, земляных работ и выбора системы дренажа и водопонижения.

В проекте инженерной подготовки территории используются данные, полученные при экологических изысканиях. Также на их основании разрабатываются мероприятия по оздоровлению геологической среды.

Крайне важно учитывать сейсмические условия района строительства и прогнозируемый сейсмический риск, оказывающие существенное влияние на выбор типа и расчет основания, фундаментов и несущих конструкций здания.

Расчет и строительство основания, фундаментов и подземной части здания

Правильно выбранное основание и точно рассчитанные фундаменты являются залогом в первую очередь устойчивости здания и, в сочетании с технически грамотно разработанной и возведенной подземной частью, гарантируют успешную и экономичную эксплуатацию в дальнейшем.

Грунтовые основания – наиболее де - формируемые элементы сооружения, их свойства достаточно изменчивы и поэтому наименее точно, чем другие конструктивные элементы здания, поддаются количественному описанию. Данные обстоятельства являются особо значимыми при проектировании и возведении высотных и уникальных сооружений. Для оснований высотных зданий, помимо вертикальных нагрузок измеряемых сотнями тысяч тонн, характерны значительные эксцентриситеты приложения нагрузок и возникающие при этом моменты.

Наиболее эффективными решениями считаются следующие типы фундаментов:

– плитные фундаменты повышенной жесткости;

– свайные фундаменты;

– свайно-плитные фундаменты;

– коробчатые фундаменты;

– плитные «плавающие» фундаменты (имеется в виду, что разница между природным вертикальным напряжением в ненарушенном массиве грунта и напряжением под подошвой фундамента минимизирована за счет его оптимально рассчитанного заглубления).

Кроме того, рекомендуется использовать архитектурно-компоновочные решения, позволяющие обеспечить благоприятное взаимодействие здания с основанием, такие как:

– развитая подземная часть повышенной этажности;

– диафрагмы жесткости в подземной части;

– стилобаты;

– планировочные схемы, позволяющие минимизировать эксцентриситеты нагрузок на основание и неравномерность осадок.

Практически всегда возведение подземной части современного высотного здания проводится в условиях крайне стесненной городской застройки и по Code EC 7 соответствует самой сложной, третьей категории геотехнических задач. Это оказывает существенное влияние на выбор проектных решений, методов и способов производства строительных работ и мониторинга.

Для устройства фундаментов высотных зданий характерна непрерывная укладка больших объемов бетонной смеси, порой достигающих 9000–10000 куб. м и требующих выполнения специальных мероприятий по уходу и контролю над процессом твердения бетона.

В качестве ограждающих конструкций котлована используется стена в грунте, чаще всего выполняемая по технологии slurry wall, позволяющей достигать значительных глубин при больших объемах работ в короткие сроки, с минимальными отклонениями по вертикали и в плане. Реже используются стены из буросекущихся свай или армированные грунтоцементные стены, выполняемые по jet technology. Толщина стены в грунте может достигать 1,5 метра, а глубина – 40–45 метров.

При возведении подземной части здания необходимо:

– организовать наблюдение за нагрузками и осадками и их соответствие прогнозируемым значениям;

– определить пределы деформаций и усилий в зданиях окружающей застройки;

– организовать наблюдение за деформациями и осадками ограждающих конструкций котлована и фундаментов;

– организовать измерение напряжений от давления грунтовых вод и грунта. Также заранее необходимо разработать технические мероприятия и меры по обеспечению

*Виктор Соо – специалист с многолетним опытом управления строительными проектами в Финляндии, Израиле и России. Его портфолио включает промышленные, административные, общественные и жилые здания с совокупным бюджетом около 1 миллиарда долларов.