№3(59)
Сентябрь 2017
ISSN
1990-4126

English

«Архитектон: известия вузов» № 18 - Приложение Июль 2007

Архитектура


 Хорошаева Екатерина Владимировна

cтудентка УралГАХА Научный руководитель: кандидат архитектуры, профессор Барабанов А.А.

ВЫСОТНОЕ ДОМОСТРОЕНИЕ


Аспекты, проблемы и пути решения

Витрувий писал, что место в центре внимания при проектировании зданий нужно всегда оставлять красоте (Польза-Прочность-Красота). И только по прошествии многих веков, архитекторы поняли, что, как ни странно, удобно лишь то, что красиво, и наоборот. Именно с этой темы нужно начинать разговор об архитектуре высотных зданий. В последнее время фразу «город в облаках» можно услышать все чаще, а зданий, возвышающихся над землей на сотни метров, становится все больше.

Райт, потративший всю свою жизнь на строительство жилища для человека, на склоне своей карьеры проектирует Skyscraper высотой в милю. На основе односемейного дома в течение чикагского периода он разработал начала современной архитектуры. Сейчас практические все известные мировые небоскребы популярны не за счет своей высоты, а за счет яркости эстетического образа. Так, Крайслер-билдинг Уильяма Ван Алена каскадами света струится в ночи Нью-Йорка, Пичтри-Плаза Отель Джона Портмана красуется циллиндрической башней в Атланте, а Эмпайр-стейт-билдинг, наряду со статуей Свободы, давно вошел в список символов Америки.

Образ здания не появляется из ниоткуда. Его формирует функция, градостроительное окружение, народные традиции (Эмиратские Башни-Близнецы), а иногда даже случайные ассоциативные ряды, возникшие у архитектора в какой-то момент его жизни (например, Фостер – бывший летчик, возможно, оттуда симпатии к обтекаемым формам). И потому темой для данной статьи является крупное обобщение требований в различных отраслях знаний и рекомендации архитектору перед началом проектирования высотного здания.

- Сначала рассмотрим планировочные, инженерные, объемные, образные и контекстуальные вопросы.

- Не менее важен конструктивный аспект.

- И на сегодняшний день первое, от чего стоит отталкиваться при проектировании «высоток» в России, это пожарные ограничения.

 

Архитектурный и градостроительный аспекты.

Архитектура фасада высотного здания оказывается загнанной в довольно таки узкие рамки пожарных и технических норм, однако многие проблемы решаются сами собой, при правильности выбора приема.

Как решение вопроса инсоляции первых этажей, расположенных среди высотной застройки, в европейских городах предлагается сооружение эркеров. В таком случае комфортность посетителей и арендаторов общественной зоны обеспечивается, однако от ощущения некомфортности жильцов на более высоких этажах, их оторванности от земли можно избавить лишь частично за счет ввода большого количества озеленения.

Решение, разработанное в 53-х этажном здании Комерц-Банка во Франкфурте на Майне (Германия) обусловливало сооружение в треугольнике здания атриума на всю высоту, что само собой устраивало отличную вентиляцию всех помещений. А наличие четырехэтажного зимнего сада успокаивает зрителя и позволяет ему ощутить себя ближе к природе.

Часто в «современной» архитектуре России применяются «несовременные» приемы, так называемые штампы, причиной появления которых служит, по большей части, нежелание проектировщика уходить от «традиций».

Выявление каркаса здания еще со времен «чикагской школы» подчеркивало выразительность сооружения, а потому этот прием и по сей день можно назвать актуальным. Эта школа многое сделала в области выбора архитектурного стиля «высоток», выбора конструкций для них, опередив на десятилетия законы проектирования и строительства высотных зданий.

Обращаясь к теме расположения высотных доминант, можно сказать что в мировой практике уже сложились определенные типы застройки высотными зданиями городов. Как пример можно привести такие полярные типы как «высокоурбанизированный» (Нью-Йорк, Чикаго, Монреаль, Сан-Пауло и др.) и «слабоурбанизированный» или «рассредоточенный» (Лондон, Париж, Берлин и др). Многие отечественные ученые-градостроители сходятся во мнении, что второй тип наиболее перспективен для российский городов с их развитыми историческими центрами. Однако для Екатеринбурга возможен синтез подходов, то есть формирование не только единичных высотных доминант на периферии, окраинах и въездных зонах (наиболее выгодных участках), но и их групп в «деловых центрах».

 

Фасадные системы и остекление

Перед проектировщиками встают еще конструктивный и экологический вопросы. С середины здания 20-40% ветровых потоков движется вниз (исследования в аэродинамической трубе). Энергия этих потоков создает локальные ветровые нагрузки на здание (в первую очередь, на его фасад). Таким образом, на уровне входа ветровые нагрузки могут быть подобны или даже больше, чем на высоте 100 м. При проектировании фасадов учитывается локальная (панельная) нагрузка.*

*Существует структурная и локальная (панельная) ветровая нагрузка. При структурной в 150 кг/ м2, панельная равна 500 кг/ м2. Когда структурная трясет судно, панельная рвет паруса.

А летом у облучаемых солнцем фасадов увеличиваются конвективные потоки. Мощные турбулентные потоки не совсем предсказуемы, так как их движения зависят от формы здания, рельефа и многих других факторов. И потому перед строительством желательно проводить испытания каждого макета в аэродинамической трубе.

Характерно, что суровый климат России с перепадами температур от –300/–400 до +400/+500 (на солнце) при суммарном перепаде за год 80-90 градусов и значительным периодом чередования похолоданий и потеплений (образование наледей, сосулек, инея) обусловливает необходимость надежной защиты несущих и ограждающих конструкций, уже не говоря о порывах ветра, ударных волнах грозовых разрядов, мощных зарядов ливня и града, которые нередки на высоте выше 100 метров. Ветровая нагрузка в России приравнивается к 4-5-бальному землетрясению, но эту мощь возможно и даже нужно обратить в полезную сторону, используя энергию ветра для технических целей (так же, как и солнечную). Все вышеперечисленное, в первую очередь, накладывает ограничение на конструкции и материалы, применяемые на фасаде здания.

Наружные стены высотных зданий могут быть несущими и навесными. Несущие выполняются из стали и железобетона, а навесные представляют собой легкие конструкции, преимущественно заводского изготовления (подразумевается система вентилируемого фасада). В таких панелях применяются стекло, пластмасса и алюминий. В большинстве случаев возможно использование вентилируемых систем на всем фасаде или его части. Но даже у таких современных панелей с точки зрения выполнения ими свето- и теплотехнических функций, а также функций по акустике и вентиляции, остаются открытыми вопросы по разрезке панелей, узлам крепления, стыковым соединениям, монтажу, эксплуатации и т.п. Таким образом, фасадные системы превращаются в высокотехнологичную машину. Отделка может быть различной – от натурального камня или керамогранита до декоративных металлических листов. Однако необходимо отметить, что не все системы, представленные сегодня на рынке, могут удовлетворить пожарным требованиям. Так, широко распространенные системы крепления облицовки из алюминия не подходят для высотного строительства, а потому предпочтение должно отдаваться коррозионностойкой стали. Теплоизоляционный материал также должен относиться к классу негорючих (плиты из каменной ваты, плиты двойной плотности).

Однако инженерами других стран уже разработаны более совершенные фасады. Это, например, система двойного фасада в здании «Городские ворота Дюссельдорфа», здания биоклиматической архитектуры.

Окна высотных зданий могут быть неоткрывающимися, частично открывающимися или полностью открывающимися. В первом случае окно снабжено специальным воздухозаборным клапаном (иногда проблема решается системой кондиционирования), а во втором и третьем – защитным полимерным экраном или экраном, изготовленным из особо прочного стекла. Мытье окон осуществляется при помощи специальной машины, в составе которой люлька и канатная система. Особое внимание должно быть обращено у проектировщиков сплошных остекленных фасадов на применение огнестойких стеклянных конструкций.

 

Инженерные системы

Необходимо отметить наличие высокой степени качества и концентрации инженерного обеспечения высотных зданий. При планировке нельзя забывать о том, что одной из причин разрушения высотных зданий при пожаре является ошибочная компоновка инженерных систем, а также – отсутствие принципа независимости и резервирования.

 

Конструктивные системы

И, безусловно, чуть ли не главной является конструктивная проблема. Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что с развитием высотного строительства было разработано несколько конструктивных систем: каркасная с диафрагмами жесткости, рамно-каркасная, бескаркасная с перекрестно-несущими стенами, ствольная, каркасно-ствольная, коробчатая (оболочковая), ствольно-коробчатая. Выбор той или иной конструктивной схемы зависит от ряда факторов, в числе которых: высота здания, условия строительства (сейсмичность, грунтовые особенности, ветровые воздействия), архитектурно-планировочные требования. Каждая из перечисленных систем имеет свои разновидности (рис.1). Также повышение жесткости зачастую достигалось путем применения формы конуса к зданию (советское высотное домостроение).

Рис.1. Конструктивные схемы

Повышенная сопротивляемость здания ветровым нагрузкам может быть достигнута за счет применения рациональной формы плана. Так, более приоритетной можно считать круглую форму (наибольшее ветровое сопротивление), менее удачной, но все же рекомендуемой считается овальная (эллиптическая) и, наконец, квадратная формы плана (рис. 2). Положительные характеристики этих форм были подтверждены зарубежным опытом эксплуатации и множеством исследований в этой области.

Рис.2. Рекомендуемые формы планов.

 

Пожарные нормативы и инженерные решения

После обрушения Башен-Близнецов специальная комиссия выдвинула несколько новых требований по проектированию высотных зданий, в числе которых внедрение в планировку дополнительных лестничных блоков и более широких лестниц. Самыми важными путями эвакуации, безусловно, остаются лестницы. Для высотных зданий наличие 2-х, а то и 3-х незадымляемых лестниц является обязательным условием.

Но помимо эвакуации, важно соблюдение принципа взаимоизолированности помещений друг от друга. Внутри здание делится на пожарные отсеки, предназначенные для воспрепятствования распространения дыма внутри отсека. Коридоры также разделяются на короткие дымовые отсеки, обеспечивающие свободные от дыма пути эвакуации. «Нарезка» отсеков производится с помощью специальных дымоустойчивых дверей. Большие по площади помещения отгораживаются стенами, имеющими большую пожароустойчивость.

При проектировании высотных зданий применяют высокопрочные материалы: модифицированный бетон и арматуру класса А500сп. Влияние высокотемпературного воздействия на эти материалы не изучалось. Это приводит к некорректным результатам расчетов на огнестойкость и огнесохранность.

Нанесение огнестойких составов (штукатурка, лаки, краски, прошедшие спецификацию ГУ ГПС МЧС России) является одним из способов повышения уровня безопасности несущей конструкции. Метод «обетонирования» не является безопасным и потому рекомендуемым для использования, потому что высока связь между бетонной поверхностью и защищаемой конструкцией. В случае возникновения наружных трещин это может привести к распространению их на несущий материал.

Выводом из подобных рассуждений может быть то, что при проектировании необходимо закладывать повышенный запас прочности, долговечности и надежности конструкции. Планировочным методом может быть создание зон безопасности жизнедеятельности в самом здании на случай пожара в виде технических этажей, в пространстве которых возможно пребывание людей в случае пожара. На этих этажах предусмотрены автономные системы подачи воздуха, освещения, питьевой воды. Верхнее и нижнее перекрытия тех. этажей должны быть огнесохранны (сохранять свою работоспособность при пожаре и после него) и рассчитываться на нагрузку с верхних конструкций в случае их обрушения. Подобные меры позволят локализовать пожар в пределах между техническими этажами и обеспечить возможность спасения людей, на период тушения.

Особенностью перекрытий высотных зданий (помимо довольно большого пролета) является увеличение их толщины до 900 мм за счет подвесных потолков и технических полов, в которых размещены инженерные сети. Так, при высоте этажа 3,6 м, «жилой» высоты остается всего 2,7 м. По причине большого количества инженерных коммуникаций в «высотках», решения по их размещению не могут быть традиционными, а потому предлагается устраивать достаточно высокие технические помещения и коридоры. Все эти меры значительно уменьшают «чистую» жилую площадь, и потому рациональность планировки до сих пор остается открытым и, пожалуй, самым важным вопросом для архитектора.

Также в вопросе высотного домостроения есть аспект, из-за которого застройка высотками мелких городов представляется невозможной. Это отсутствие необходимого оборудования: автоматических установок пожаротушения, систем автоматической пожарной сигнализации, средств противодымовой защиты.

Кроме активной внутренней системы противопожарной защиты, высотные здания должны быть обеспечены внешними средствами пожаротушения. Чаще всего это различного рода техника – подъемники, высотные автолестницы, площадки на крыше для спасательных вертолетов и т.д.

Несмотря на довольно активное строительство «высоток» в Америке и Европе, первенство в этой области на данный момент все же принадлежит азиатскому региону, а облик и стиль зданий у этих территориально довольно таки далеко расположенных друг от друга стран отличается не принципиально: мировое высотное домостроение – это современная архитектура, то есть чистые формы, смелые решения и яркие образы.

 


Библиография

  1. Высотное домостроение. Мировой и отечественный опыт. Уникальные и специальные технологии в строительстве. Информационный сборник. Рук. С.Копбаев – М., 2004.
  2. Белова Е.М. Здание биоклиматической архитектуры – «Городские ворота Дюссельдорфа». // Журнал «АВОК», 2006. – №2,3
  3. Binder Georges. Sky high living. Australia. 2002.
  4. http://www.stroinauka.ru


ISSN 1990-4126  Регистрация СМИ эл. № ФС 77-70832 от 30.08.2017 © УрГАХУ, 2004-2017  © Архитектон, 2004-2017