Высокие эксперименты

Тонкие моменты
43­этажный комплекс «Эдельвейс», построенный по программе «НКМ» на Давыдковской улице, иначе как печально знаменитым уже не назовешь. Жители в письме к мэру Москвы Юрию Лужкову жаловались: «Энергоснабжение дома в нарушение действующих норм осуществляется по временной схеме, вследствие чего в доме нет ни аварийного освещения, ни дублирующих схем электроснабжения. Основные системы жизнеобеспечения дома выходили из строя за последний месяц свыше десяти раз» (опубликовано на сайте информагентства Stringer 28 ноября 2005 года). Генеральный директор одной из компаний­соинвесторов проекта, ЗАО «СпецВысотСтрой», Константин Золотухин, как писали СМИ, был объявлен в федеральный розыск. Второй соинвестор – Группа компаний «Конти» – сдала жилой комплекс «Эдельвейс» в 2005 году, и теперь его обслуживанием не занимается, так как ТСЖ самостоятельно выбрало управляющую компанию. И хотя здание было принято госкомиссией, в нем масса недоделок. Как прокомментировали ситуацию в пресс­службе «Конти», «многочисленные статьи о недоработках, об отсутствии резервных источников электроснабжения и т. д. не всегда имеют под собой реальные основания. Действительно, пока комплекс был подключен по так называемой временной схеме, случались перебои в энергообеспечении, но сейчас таких проблем нет. Если бы действительно имело место отсут­ствие резервных источников электроэнергии, то дом просто не был бы принят к эксплуатации государственной комиссией».
Причин такой ситуации много, но основных, по мнению специалистов, две: отсутствие опыта и желание сэкономить на всех этапах работ. В частности, инженерные системы здания создавались собственными силами застройщика с привлечением специализированных компаний, хотя в столь сложных сооружениях этим полностью должны заниматься инженерные компании, имеющие опыт создания сложной инженерной ин­фраструктуры. Представители застройщика несколько раз обращались в инжиниринговую компанию «Экопрог», но, как отметили там, совместной работы не получилось, так как предложения специалистов сочли неприемлемыми. «Необходимость комплексного подхода к созданию инженерных систем здания не оспаривали, но посчитали, что смогут сделать это дешевле», – отметили в «Экопрог».
Высотные объекты относятся к уникальным сооружениям, а строительство в Москве нетиповых объектов – отдельная тема. Ряд ЧП, связанных с авариями на уникальных зданиях, не внушают оптимизма. 14 февраля 2004 года рухнул «Трансвааль­парк», после этой трагедии был проведен мониторинг всех уникальных сооружений в Москве. В том числе и Басманного рынка, который обрушился 23 февраля 2006 года.
Контроль за качеством строительства каждая компания осуществляет в меру своих возможностей и ответственности. «На участке строительства комплекса «Город Столиц» установлены web­камеры, так что всегда в режиме online можно посмотреть, как обстоят дела на стройке», – отмечает Алексей Белоусов, коммерческий директор холдинга «Капитал Груп». «Основной проблемой является отсутствие квалифицированных строителей. В Москве не хватает бригадиров, бетонщиков, сварщиков», – жалуется Юрий Буланов, главный инженер ЗАО Корпорация «Конти».
В столице опыт строительства высотных объектов есть – это знаменитые сталинские высотки, но с тех пор подобных объектов не возводилось. И, как отмечал генеральный директор «ЦНИИЭП жилища» Станислав Николаев на конференции «Уникальные и специальные технологии в строительстве», теперь приходится догонять иностранцев, учась на своих ошибках. Поэтому застройщики активно используют чужой опыт. «Нужно использовать опыт тех стран, которые близки нам по климатическим и геологическим условиям, – считает Сергей Никифоров, руководитель проектов компании Arup. – Это прежде всего Англия, Германия, Китай (Гонконг, Шанхай), Япония, Корея, в которых сейчас небоскребов строится очень много и быстро. Также стоит отметить Канаду и США. Их опыт может пригодиться при планировании, строительстве, обслуживании и эксплуатации подобных зданий». Около 90% всех высоток в мире проектируют американские специалисты, и их знания очень ценны.
Особый объект требует особого подхода. Высотное здание – сложное инженерное сооружение, с этим связаны особенности проектирования, строительства, эксплуатации, учет дополнительных рисков в нештатных ситуациях. «Высотное здание – это не десять пятиэтажек, поставленных друг на друга. К нему нельзя применять те же мерки, что к обычному зданию, – объясняет Виталий Гинзбург, президент компании «Экопрог». – Оно требует иной проработки в плане инженерных систем, там должны по­другому решаться вопросы электроснабжения, водоснабжения, вентиляции, кондиционирования, вертикального транспорта. Особым образом решаются вопросы систем пожаротушения».
Кстати, ответить на вопрос, какое здание считать высотным, довольно сложно. В России определен норматив – свыше 75 м. «Важно учитывать не только высоту, но и фактор уникальности здания, – отмечает Сергей Никифоров. – Оно может быть не очень высоким, но достаточно гибким, то есть соотношение размера этажа к высоте здания очень маленькое. Даже если здание 70 м, но с небольшой площадью этажа, имеет смысл рассматривать те же факторы комфортного проживания, что и в высотном строительстве».

Правила игры
При строительстве обычных зданий известно, что и как будет происходить при прохождении согласований и строительстве. Для высотных зданий надо использовать другие технологии. До недавнего времени в России не было строительных норм и правил (СНиПов) для зданий выше 75 м просто потому, что не было таких зданий. «Каждый высотный проект требовал индивидуального согласования со множеством институтов, что увеличивало себестоимость строительства и его продолжительность», – рассказывает Артур Александров, директор по строительству делового комплекса «Федерация» (корпорация Mirax Group). Нормативная база для высотного домостроения утверждена в прошлом году. Были приняты временные (до введения федеральных) городские нормы проектирования и эксплуатации высотных зданий.
«В России появились нормы, но их использование – тоже эксперимент, – считает Сергей Никифоров. – Вообще существует очень много нормативов, но один из самых уязвимых вопросов – как грамотно их интерпретировать, использовать для высотных объектов. Ранее, когда мы начинали проектировать в Москве, было сложно найти стандарты, которые можно было полностью использовать для зданий. Поэтому приходилось привлекать наших специалистов, занимающихся высотным строительством, из других стран, чтобы сделать здание эффективным со всех точек зрения. Сейчас мы ориентируемся на существующие нормативы, но их недостаточно. Тех, что не хватает, пытаемся «закрыть» техническими условиями, которые разрабатывают специализированные российские компании. Несмотря на то что принципы конструирования, архитектурного планирования, строительства примерно одни, для каждого высотного объекта требуются индивидуальные технические параметры. Например, по пожарным требованиям: каждое высотное здание в силу уникальности требует особого подхода к их разработке. Вряд ли в ближайшее время появится универсальный стандарт или норматив, который можно свободно применять для любого высотного здания. Потому что здание 100­метровой высоты может существенно отличаться от 300­метрового. И требуется разрабатывать отдельно нормативы под высоту каждого здания».
Для создания высотных объектов должны быть определены технические требования по наполнению, составу инженерных систем, уровню их реализации. Без выполнения технических требований здание не должно быть принято. «В настоящее время продолжается совершенствование нормативной базы, системы технического регулирования, стандартизации и т. д. Вносятся изменения в федеральный закон о техническом регулировании, который осуществляет правовое регулирование отношений в области установления, применения и исполнения обязательных требований к продукции, процессам производства, эксплуатации, выполнению работ или оказанию услуг, – рассказывает Виталий Гинзбург. – Приняты временные городские нормы. По распоряжению правительства Москвы при согласовании с Москомархитектурой каждый проект высотного строительства обязательно должен содержать раздел «Комплексное обеспечение безопасности», в котором разработаны требования к инженерным системам, к режимам эксплуатации систем и к работе диспетчерских служб при возникновении нештатной ситуации. Эти требования позволяют разработать алгоритмы взаимодействия инженерных систем во время чрезвычайной ситуации и снизить размеры возможного ущерба».
Из­за отсутствия единых норм и потому длительного и сложного процесса согласования проекта инвестор сталкивается с необходимостью совмещения процессов строитель­ства и согласования, что неизбежно добавляет «экспериментальности» и без того сложному проекту. «Проектное финансирование обязывает инвестора как можно быстрее получить доходы от капиталовложений, – объяснят Артур Александров. – Проектирование меньше 2 лет продолжаться не может, а строительство – меньше 3 лет. Кроме того, рынок постоянно меняется, и те идеи, которые мы закладывали два года назад, претерпевают изменения. Поэтому мы просто обязаны ­вносить корректировки в процессе строительства. Однако стоит отметить, что совмещение процесса строительства с процессом доработки проекта и его согласования – это общемировая практика».

Надежда и опора
Фундамент высотного здания – один из самых существенных вопросов. Как и по другим проблемам высотного строительства, здесь невозможно найти универсальное решение. «Нужно учитывать много факторов, которые влияют на выбор фундамента, – рассказывает Сергей Никифоров. – Как ведет себя здание, на какие грунты опирается. Если, к примеру, рассматриваются две башни, надо понимать, как здания ведут себя по отношению друг к другу и что при этом происходит с фундаментами. При действии всех нагрузок, которые могут возникать в здании от людей, оборудования, двигающихся предметов, ветра или землетрясений, может происходить неравномерная осадка здания. Для того чтобы уменьшить ее, здание следует возводить на грунтах с высокой несущей способностью».
По поводу строительства небоскребов на московских грунтах было немало споров. «Все знают, что в Нью­Йорке скальные породы, но не все знают, что в Чикаго, например, сплошные болота, тем не менее там строили и строят высотные дома, – говорит Юрий Буланов. – На востоке объекты возводятся вообще на песчаных островах, среди моря. Ничего нет особенного в наших почвах». Не раз говорили и о наших сложных климатических условиях. Но, например, в Торонто, который очень близок нам по климату, строят высотные здания.
В Москве для постройки высоких объектов принято использовать сваи, которые опираются на известняк – мощное основание, которое будет держать все здание вместе с подвалом. В среднем используются сваи глубиной 20–30 м. Современное оборудование позволяет изготавливать сваи глубиной до 50 м и диаметром около 2 м. Свайные фундаменты требуют более ответственного технического контроля при строительстве, нежели сплошные плитные фундаменты, так как большая часть работ скрыта от визуального контроля. Особое внимание уделяется чистоте основания при заливке свай, так как это один из факторов, который существенно влияет на несущую способность сваи.
В настоящее время одним из самых оптимальных фундаментов для высотных зданий по своей надежности и технологии возведения считается свайно­плитный. Толщина плиты определяется нагрузками от здания, она может быть и 3, и 5 м. При возведении плит используется технология непрерывной заливки. Плита высотой 4,5 м служит основой 73­этажной башни «Москва» в комплексе «Город Столиц». «Непрерывное бетонирование фундамента – 6400 кубометров – заняло 36 часов, в течение которых по Третьему транспортному кольцу постоянно курсировала колонна из 40 самосвалов, наполненных цементом. В общей сложности в заливке фундамента башни «Москва» было задействовано около 1000 самосвалов», – рассказывает Алексей Белоусов.
Еще одна проблема высотных и, соответ­ственно, тяжелых комплексов – осадка.
Особенно актуален вопрос осадки во время и после завершения строительства. Осадку проверяют обычно каждый год в течение 10 лет после сдачи объекта. «Визуально осматривается геометрия здания, шахты лифтов, – рассказывает Сергей Никифоров. – Такие наблюдения производят в центральной части башен, ядре и по углам. Если деформация превышает ту, что была спрогнозирована, должны быть разработаны специальные мероприятия по их устранению. Также наблюдают за соседними зданиями, осадка для которых закладывается заранее».
Надежность высотных комплексов зависит не только от правильно выбранного фундамента. Еще один важный аспект – конструктивная прочность. Она изначально закладывается с запасом. «Увеличение надежности происходит на 15–20%, – говорит Сергей Никифоров, – но это не значит, что на столько же вырастает стоимость. Конечно, это определенные затраты для заказчика, но каждый должен отдавать себе отчет, что эти затраты неизбежны, и их обязательно надо учитывать при высотном строительстве».

Меньше, но лучше
Строительство высотных зданий влечет за собой быстрое развитие рынка строительных материалов. Основная проблема строитель­ства, в том числе и высотных зданий, – достижение необходимой несущей способности и при этом уменьшение несущих конструкций. Соответственно, нужны материалы более высокой прочности.
В мире идут активные споры, из чего возводить здания: из бетона или стали. Например, в США больше строят стальных объектов, а в Европе либо композитные – стальные сечения с бетоном, либо бетонные (с арматурной сталью). В России возводили железобетонные здания, сейчас все чаще появляются сооружения с композитными конструктивными элементами (с жесткой арматурой). Используются композитные колонны, перекрытия.
Преимущества стальных конструкций – в размере сечения элементов и скорости возведения. Сталь привлекает архитекторов и девелоперов в большей степени, так как они получают больше площади на этаже. Но в России применение стали связано с модернизацией технологий изготовления металлоконструкций для высотных зданий, а покупать за границей дорого.
Поэтому стальные здания здесь не очень приживаются. «Первый вопрос, который возникает: как обеспечить огнестойкость конструкций, – объясняет Сергей Никифоров. – И когда проводятся мероприятия по защите элементов от огня, становится очевидно, что стальные здания не всегда более эффективны при архитектурном планировании и конструировании, учитывая возможные прогрессирующие разрушения (которые могут возникнуть в части здания из­за удара самолета, пожара или локального взрыва). На Западе железобетонные конструкции для строительства высотных зданий получили широкое применение только в 70­х годах. Бетон в России выигрывает гонку между сталью и железобетоном до тех пор, пока не появятся новые материалы по огнезащите стальных конструкций или не снизятся требования по огнестойкости».
В настоящее время в основном используется бетон марки В­40, В­60. Но уже появилось необходимость использования бетонов еще большей марки. Сверхпрочные марки Б­80 и Б­100, в частности, используются при строительстве комплекса «Федерация». «Как показали наши разработки, грунтовые условия в Москве диктуют снижение массы высотного здания. Для этого целесообразно переходить на бетоны более высоких классов – 60–80, – полагает Юрий Буланов. – Бетоны таких классов разработаны НИИЖБом и могут достаточно широко применяться в отечественной практике». В мире при возведении высотных зданий бетон марки В­80 применяется очень широко.
Активно идет разработка новых материалов. Но тут опять встает вопрос сертификации, использования нормативов. «В России мы стараемся использовать традиционные материалы, которые доступны на рынке, – отмечает Сергей Никифоров. – Применение новых технологий всегда влечет за собой определенные риски для девелоперов, связанные с их сертификацией, согласованиями, они требуют дополнительного опыта от подрядчиков при обращении с ними. В конце концов это сильно влияет на сроки строительства».
В экспериментальном строительстве активно применяются и новые технологии. К примеру, при строительстве комплекса «Федерация» используется самоподъемная опалубка, самошагающие краны. Для фасадов «Города столиц» планируется применить новые светодиодные технологии, что позволит реализовать разнообразные варианты подсветки комплекса. Решение стеклянного фасада построено на основе современных энергосберегающих технологий. Внешняя сторона стекла имеет повышенный коэффициент светоотражения, что позволяет сохранить фасад от перегрева, а внутренняя сторона стекла имеет высокие показатели по теплоизоляции. Знаменитый архитектор Норманн Фостер в своих проектах небоскребов применяет так называемые «дышащие» фасады, благодаря которым удается добиться естественной вентиляции огромных зданий и, соответственно, значительного снижения затрат на электроэнергию. Они использованы, к примеру, в центральном офисе швейцар­ской страховой компании Swiss Re, в проекте Башни «Миллениум» в Токио, в проекте Башни «Россия» в ММДЦ «Москва­Сити» . В 53­этажном здании «Коммерцбанка» во Франкфурте­на­Майне сэр Фостер спроектировал прозрачные фасады, в результате жители могут любоваться видами города сквозь офисную башню. Высокие технологии в архитектуре в перспективе будут использоваться все активнее, ведь архитектура зданий постоянно усложняется.

Комфорт на высоте
Для того чтобы большое и дорогое здание нормально функционировало, необходимо оснастить его системами жизнеобеспечения и безопасности: вентиляции, кондиционирования, тепло­ и электроснабжения и т. д. В современном комплексе число таких систем доходит до нескольких десятков, и важно правильно ими управлять. В решении этой проблемы специалисты обычно приходят к единому мнению: нужно разработать цен­трализованный пункт управления, на котором, условно говоря, все провода сходились бы к одному пульту. В частности, такие технологии были разработаны для «Федерации». «Мы используем открытый протокол BacNet, – говорит Артур Александров. – В стандарте ISO 16484 по управлению HVAC (системы вентиляции, кондиционирования и отопления) как базовый прописан протокол ВАСnet. Открытый протокол выбран на основании того, что определенные группы сигналов должны будут предоставлены с нашей диспетчерской на общую диспетчерскую «Москва­Сити» и в единую диспетчерскую МЧС России, согласно требованиям правительства Москвы. Исходя из оценки экономии система автоматизации здания окупает себя через 3–5 лет, после этого чистая экономия поступает в доход службы эксплуатации».
Инженерные системы высотных зданий по сравнению с обычными, сложнее и должны быть более надежными. Для таких объектов разрабатываются специальные инженерные решения. Так, по более высоким категориям осуществляется электроснабжение, обязательно предусматриваются резервные источники на случай аварий. Сложной инженерной задачей становится водоснабжение – поднять воду на высоту 50 этажей непросто. «Система водоснабжения высотного здания подразумевает специальные технические помещения, которые строятся, как правило, через каждые 12 этажей. Там устанавливаются дополнительные насосы, удерживающие давление воды на большой высоте», – поясняет Юрий Буланов.
«Для обеспечения надежности конструкций в постоянном режиме должен обеспечиваться контроль их устойчивости (прочности) с целью определения возможных прогрессирующих разрушений», – добавляет Виталий Гинзбург. Особое внимание уделяется лифтам. В «Эдельвейсе» установлены лифты фирмы «Тиссен», которые движутся со скоростью 3,5 м/сек. Как лифтовые шахты, так и сами кабины пожароустойчивы. Предусмотрена автономная энергосистема, которая исключает возможность того, что лифты окажутся заблокированы. «В случае отключения цен­трального энергоснабжения системы объекта переходят на резервное питание. Это значит, что в течении 3–4 часов лифты продолжат работу в обычном режиме, а в квартирах жильцов будут вода и электричество», – поясняет Буланов.
Пожаробезопасность – одна из важнейших тем. Пожарные нормы в России ужесточены по сравнению с мировыми в 2 раза. Высотные объекты «Конти» оборудованы системами автоматизации пожарной безопасности, включающими предотвращение возгорания, реагирование на любой очаг возгорания в любой точке здания и тушение огня. Все здание разделено на сектора через 10–15 этажей стенами из огнеупорных материалов, между секторами есть специальные нежилые помещения со своими инженерными коммуникациями. Они же – пожарные укрытия. Отделка стен, потолков и покрытия полов на путях эвакуации, в лифтовых шахтах и кабинах, вестибюлях, технических этажах выполнены из негорючих материалов. Образно говоря, здание только с виду одно целое. С технической точки зрения это несколько зданий – система сот.
«Огнестойкость конструкции «Федерации» составляет 4 часа, – говорит Артур Александров. – По нашим технологиям, все наружные вертикально перемещаемые конструкции при возникновении пожара будут отключены. На сегодняшний день пути эвакуации достаточно просторны, чтобы вывести людей из здания вовремя. Это пожарные лестницы, кроме них есть концептуальные решения – здание разделено на пожарные блоки. В случае возникновения в блоке пожара во всех остальных блоках лифты работают. А если возгорание возникло на нижних этажах, то всегда работают транзитные лифты». Но, по мнению Сергея Николаева, принятый норматив по огнестойкости – 4 часа – не является определяющим для безопасности людей: «Важно время эвакуации людей из горящего здания». Мировая статистика по пожарам свидетельствует, что в 95% случаев очаги пожара удается устранить локальными средствами, но при наличии действующей системы датчиков дыма и спринклеров. Но этот вопрос относится уже к теме правильной эксплуатации высоток.
Одна из важных составляющих комфорта обитателей небоскребов и прохожих у их подножия – ветровые нагрузки. Особенно большое значение этот вопрос имеет, когда два здания стоят рядом или комплекс окружен высотной застройкой. Для того чтобы изучить, как комплекс будет вести себя при порывах ветра, проводят ветровые обдувки здания в специализированных аэродинамических трубах. Испытание состоит из двух частей: определение усилия на конструкции и фасады при порывах ветра и их влияние на пешеходов. На основе результатов продувок вносят корректировки в конструкции и планировку здания.
Расчет ветровых нагрузок высотного здания допускает величину прогиба, равную 1/500 его высоты. При этом предполагается, что при таком прогибе обеспечивается целостность всех конструктивных элементов здания, а ускорения I­го тона собственных колебаний здания не создают отрицательных воздействий на самочувствие находящихся в нем людей. «Однако даже в США, где приняты аналогичные нормы, фактически при строительстве высотных зданий принимают значительно меньшие прогибы, равные 1/1500–1/1000, – рассказывает Юрий Буланов. – При строительстве высотного комплекса «Эдельвейс» нами также принят прогиб здания от суммарных горизонтальных нагрузок, равный 1/1000».
Частью анализа ветровых нагрузок является расчет возникающих ускорений при колебаниях сооружения. Это похоже на ощущение ускорения поезда, или наоборот, его торможение. «Здание будет устойчивым, визуально (без специальных приборов) невозможно будет заметить, при отклонении на 100 или 300 мм, но в зависимости от того, как быстро оно отклоняется, у людей могут возникнуть неприятные ощущения, – говорит Сергей Никифоров. – Уровень ускорения даже в пределах нормативных значений влияет на стоимость проекта, так как могут потребоваться более прочные и дорогие конструкции».
В мировой практике при проектировании высотных зданий все чаще используют демпферы – специальные гасители колебаний. Их равномерно распределяют по высоте здания для амортизации колебаний. Это новые технологии, и они все чаще используются в разных странах для «гашения» колебаний зданий при сейсмических или ветровых нагрузках.

Кто не ошибается...
Ошибки, допускаемые при строительстве высотных зданий, подразделяются специалистами на два вида. Первый: те, что были допущены при планировании и проектировании здания. Так как объекты проектируют и сдаются до стадии shell&core, архитекторам и проектировщикам сложно сразу представить все здание до мельчайших деталей. При больших объемах здания они могут пропустить, например, какую­то лестницу, и ее придется прорубить или доделать. Иногда люди забывают о разности усадок бетона между ядром жесткости здания и конструкциями внешнего периметра. Важна также правильность применения норм в разных случаях.
Второй тип ошибок – выбор материалов и их использование. Выбор прежде всего основан на опыте подрядных строительных компаний. «Когда архитектор или конструкторы предполагают применять определенные материалы, очень важно, чтобы строительные компании могли подтвердить, что эти материалы могут использоваться для высотного здания, ­ говорит Сергей Никифоров. – Какие­то конструкции для инженерных систем не очень хорошо комбинируются с отделочными элементами и особенно фасадными системами».
Другая сложность связана с пожарными рисками, которые являются самыми опасными для высотных зданий. Очень важно учитывать риск пожара, который может произойти на стадии строительства, например, при складировании материалов. Возгорание может повлиять на несущую способность наполовину законченного здания. К сожалению, примеры таких случаев тоже существуют. Один из них – это пожар во время строительства 12­этажного офисном здании в Лондоне, убытки от которого составили около 36 млн. фунтов.
По словам Станислава Николаева, отечественная строительная наука не успела застать этап строительства высотных зданий, ее «успели разрушить до того». И теперь, по его мнению, российским застройщикам необходимо учиться не бояться строить высотные здания с гибкостью более 4–10 м, минимизировать осадку «высоток» за счет применения свайно­плитных фундаментов, учиться познавать законы аэродинамики и аэроакустики, чтобы человек чувствовал себя комфортно и на отметке свыше 100–150 м, применять композитные материалы, одно­, двухслойные фасады и т. д. Причем проблема – не в техническом отставании, а в общей культуре проектирования, строительства и эксплуатации. Ее отсутствие, как полагает Николаев, может загубить или отодвинуть на года появление высотных объектов.
Тем не менее этот бум уже не остановить. Вслед за Москвой о «высоких» планах заявили и в других городах: Санкт­Петербурге, Новосибирске. «В нашем городе направление высотного строительства заметно активизировалось, – говорит Вячеслав Семененко, вице­президент корпорации «Петербургская Недвижимость». В частности, в Петербурге уже начаты работы по строительству 36­этажного здания в Северо­Приморской части города, вынашиваются планы по строитель­ству 40­этажной высотки».