Небоскребы

1.Сирс Тауэр (Sears Tower) - стальной гигант из "Города Ветров". 

Сирс  Тауэр был построен более 30 лет  тому назад. В 1974 году небоскреб стал самым высоким зданием в мире, превзойдя Всемирный Торговый Центр  в Нью-Йорке на 25 метров. Более  двух десятков лет Сирс Тауэр удерживал лидерство и лишь в 1997 году уступил Куала-Лумпурским "близнецам" - башням Петронас.

Сегодня Сирс Тауэр, несомненно, одно из самых  величественных зданий в мире. До сих  пор это сооружение остается самым  высоким небоскребом на территории США. Некоторые по-прежнему считают Сирс первым номером в строчке высочайших сооружений мира. И, действительно, полная высота, включая антенны, составляет 527 метров, что больше, чем показатели нынешнего победителя в гонке за высоту тайванского небоскреба-гиганта - Тайбей 101 (его высота ок.508 м). 

1.1. Основные характеристики Сирс Тауэр.

Прежде  чем рассказывать о строительстве  небоскреба, стоит коротко упомянуть  основные характеристики здания и озвучить самые интересные цифры. Итак, стоимость  башни Сирс высотой в 443 метра составила 150 млн. долларов - по тем временам это довольно внушительная сумма. В наши дни эквивалент затратам стал бы почти 1 млрд. долларов, а это в 1.5 раза меньше вложений в тайванский Тйбей 101. Для повышения коммерческой привлекательности башни, проектировщикам было дано поручение создать светлое здание с просторными холлами и большими офисными площадями. Понятно, что свет и воздух могли обеспечить только высокие потолки, а, следовательно, размеры небоскреба следовало увеличить за счет роста вверх. 

1.2.История Сирс Тауэр.

В 70-ых года XX века в Америке происходил настоящий бум небоскребов - высотки  росли как грибы после дождя. Итак, 110-этажный Сирс обещал стать  самым великим зданием не только в Чикаго, но и в США, и даже во всем мире. В 1969 году родилась сама идея строительства гигантской башни, однако заказчиками высотки двигало отнюдь не желание бахвальства, а сугубо практический интерес. В распоряжении застройщика оказалась площадь, в одном из деловых районов Чикаго, едва превышающая 5000 кв. м.

Основная  доля забот по разработке небоскреба легла на архитекторское бюро Skidmore. В апреле 1971 года строительство вступило в активную фазу, а уже весной 1973-ого здание было полностью завершено. Удивительные темпы, не правда ли?

Уникальность Сирс Тауэр в том, что при желании этот небоскреб мог бы "надставляться", наращивая дополнительные этажи - эта особенность именно трубной архитектуры. 

1.3. Строительство стального гиганта.

Основным  строительным материалом, который пошел  на возведение Сирс Тауэр, была сталь. Как известно сталь - очень прочный материал. Для формирования небоскреба использовали несущие конструкции, состоящие из сварных труб с квадратным сечением. Первоначально было задумано внедрить 15 таких труб, потому что помимо офисов в Сирс Тауэр планировалось устройство гостиницы. Однако позже гостинца была исключена из проекта, и число труб решили уменьшить до 9.

Эти гигантские трубы, составленные в единый ступенчатый  конгломерат в расстановке 3х3, позволили  зданию эффективно противостоять ветру. Чикаго - это не только "город небоскребов", но еще и "город ветров. Вполне допустимая, средняя скорость ветра составляет 14 миль/час, тогда как на высоте эти показатели возрастают многократно. Ступенчатая структура Сирс Тауэр является лишь в малой степени дизайнерской прихотью архитектора, в основном она играет сугубо функциональную роль.

Итак, 9 квадратных труб расположены на разной высоте. Площадь, занимаемая одной трубой, равна 22х22 метра. Трубчатый дизайн - выдумка инженера-проектировщика Фазлура Кана. Он просчитал, что каждая отдельная труба с квадратным сечением принимает на себя часть сильной ветровой нагрузки и поэтому давление на здание распределяется равномерно. Но не все трубы имеют одинаковую высоту, только 2 из них доходят до самого последнего этажа, тогда как 3 штуки вздымаются до 90-ого, еще 2 штуки оканчиваются на 66-ом, а 2 прерываются на 50-ом этаже. Т.е., здание начинает сужаться именно с 50-ого этажа. Венчают небоскреб 2 телевизионные антенны, каждая высотой около 88 метров.

Надо  отметить, что конечная высота Сирс была ограничена далеко не техническими возможностями, а регламентом Военно-Воздушных  сил США. Просто более мощное сооружение стало бы серьезным препятствие  на пути следования самолетов.

В 70-ые года XX-ого века трубное проектирование являлось инновационным. Для того чтобы обеспечить зданию нужную устойчивость был организован прочный фундамент, поддерживаемый 114 сваями, вбитыми глубоко в землю. Вес башни поистине колоссален - более 440 млн. фунтов. Для укрепления трубчатых несущих конструкций была использована сеть балок и колонн в наружных стенах.

Для отделки  небоскреба применили черный алюминий, который отличается пластичностью, хорошими декоративными качествами и легкостью. Стекла установили тонированные - это позволило избежать перегрева здания. Для осуществления вентиляции на уровне 29,64,88,104 этажа сделаны большие вентиляционные решетки, которые выполняют также декоративную функцию, прикрывая балочные фермы.

Внутри  здания курсируют 104 высокоскоростные лифта, разделяющие небоскреб на 3 зоны. В здании имеется система указателей, помогающая людям в ориентировании. В Сирс Тауэр имеется особая система пожаротушения, которая работает автоматически, кроме того, само сооружение построено из огнеупорного материала, поэтому даже в случае возгорания ему не грозит обрушение. 

1.5. Skydeck - невероятная смотровая площадка

Туристы, приезжающие в Чикаго, считают  своим долгом посетить самую высокую  точку города - смотровую площадку Skydeck. Она располагается на 103 этаже  Сирс Тауэр в 412 метрах от основания здания.

В настоящее  время Сирс Тауэр уже не принадлежит  компании Sears. Из-за финансовых трудностей владельцы были вынуждены продать  небоскреб и переехать в здание меньших размеров. Сейчас Сирс Тауэр  сдается в аренду, но название Башни осталось. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Башня "Жемчужная  река". 

В экологическом  строительстве одно из ведущих мест занимает не ОАЭ и не США, а именно Китай. Интересно, почему? Все просто. В Китае в связи с перенаселением вскоре будет наблюдаться существенная нехватка ресурсов, к тому же развитая промышленность сильно загрязняет окружающую среду. Выход один - поправить экологическую ситуацию за счет строительства "нулевых" домов. "Нулевые дома" с экологической точки зрения - это сооружения, полностью обеспечивающие себя электричеством, теплом и водой без привлечения сторонних источников.

Воплощение  в жизнь подобных эко-проектов в  Китае началось довольно давно. Пока, правда, большого распространения такие "нулевки" не получили, но, тем  не менее, прецедент создан и дело за малым - за внедрением энергосберегающих технологий в широкую практику. И проект Башни "Жемчужная река" полностью соответствует всем новым тенденциям в эко-строительстве. Впрочем, это не совсем проект, а уже реальный объект, который построен в городе Гуанчжоу на юге Китая. 

2.1 Особенности строительства.

Итак, Башня, имеющая поистине живописное название "Жемчужная река", возводится в  районе Тяньхе города Гуанчжоу. Изначально разработчики планировали Жемчужную  Реку как энергоположительное здание, т.е. не только вырабатывающее энергию для собственных нужд, но и отдающее ее другим объектам. Однако позже от этой идеи отказались. Действительно, заставить огромный дом потенцировать энергию, достаточную для самообслуживания довольно трудно, а уж превратить небоскреб в электростанцию-донора и вовсе немыслимо.

Первый  камень Башни был заложен 8 сентября 2006 года, а к концу 2010 года небоскреб  был пущен в эксплуатацию. Всего в здании два ряда турбин: первый, примерно на 20-21 уровне, а второй - на 40-41. Таким образом, технические этажи, обдуваемые всеми ветрами, делят Башню на три практически равных части. Не стоит забывать о том, что ветряки послужат отличным преобразователем энергии ветра в электричество.

Внешний облик Башни "Жемчужная река" напоминает гигантскую голубую волну, которая восстает из каменных джунглей. Такой замысловатый дизайн придумал известный американский архитектор Gordon Gill.

Заказчиком  строительства Pear River Tower выступило  крупнейшее в Китае предприятие  по производству табачной продукции - China National Tobacco Corporation. Так, в своем заказе на разработку проекта главным условием было собрать все самые известные и новые технологии в сфере "зеленого строительства" и органично воплотить их в одном здании, коим и стала Жемчужная Река.

2.2 Конструктивные особенности  и экологические  задумки

Башня "Жемчужная река" является вполне самодостаточным сооружением, не нуждающимся  в богатых украшениях. Внушительные размеры небоскреба и его невиданные обтекаемые формы - лучший декор, гораздо более яркий, чем помпезные шпили или магическая многоцветная иллюминация.

Высота  здания согласно проекту немалая - 310 метров. Всего в доме предусмотрен 71 этаж - 69 офисных и 2 технических. Именно на технических уровнях устроят  гигантские ветряные турбины, которые установлены вертикально в специальных каналах. Такое расположение ветряков более эффективно. Разработчики подсчитали, что автономные ветряные мельницы давали бы в 15 раз меньше энергии, чем те, которые планируется интегрировать в здание. На высоте в сотню метров дуют сильнейшие ветры. К тому же скорость ветра в 2.5 раза усилится за счет конструктивных особенностей здания. Фасад небоскреба в форме гигантской вертикальной волны плавно закругляется перед каждым каналом с ветряками. В образовавшуюся гигантскую щель потоки воздуха направятся с большей силой, способствуя наращиванию вращения огромных лопастей турбин и потенцируя генерацию мегаватт энергии. Еще одно положительное свойство отверстий в небоскребе - уменьшение ветровой нагрузки на здание, которую неизбежно испытывают все небоскребы. Расположение сооружения тоже выбрано неслучайно, фасад дома ориентирован навстречу ветрам, дующим с юга Китая.

В Жемчужной  Реке предусмотрена и масса других инноваций, существенно экономящих средства на обслуживание здания и способствующих рациональной планировке помещений. Например, в полы встроена система, по которой циркулирует охлажденная жидкость. Таким образом, осуществляется кондиционирование. Инженерам удалось избежать объемных сетей принудительного воздушного охлаждения. Высвободившиеся площади использовали для устройства 5 дополнительных этажей, причем безо всяких дополнительных расходов и увеличения первоначальной высоты здания.

В Гуанчжоу большую часть года тепло и  влажно, поэтому разработчики уделили большое внимание не только системе охлаждения, но и осушения воздуха. Она организована также в скрытых вентиляционных шахтах, где установлены пассивные осушители воздуха, позволяющие убрать излишнюю влагу без привлечения энергетических ресурсов. Сухой горячий воздух будет поступать из каналов, организованных между двойным остеклением южного фасада. Подобная вентиляция стекол к тому же снизит общий нагрев здания и, как следствие, затраты на его кондиционирование.

Солнечную энергию планируется использовать в полной мере, нисколько не меньше, чем ветряную. Для этого фасад здания обрамят фотоэлектрические панели. Излишки энергии будут запасаться в аккумуляторных батареях. Специальные панели, не только предусматривают улавливание солнечной энергии, но еще и уменьшают нагрев здания. Экономия воды, впрочем, как и теплоснабжение здания, в Башне задумано по последнему слово экологической моды. Например, в дом внедрят тепловые коллекторы, в которых вода будет нагреваться за счет солнечной энергии. Эту горячую воду пустят на обогрев и хозяйственные нужды. Откуда же возьмется сама вода? С неба. На крыше установят сборники дождевой влаги, которые будут направлять ее на дальнейшую очистку и переработку.  

2.3 Преимущества новых "зеленых" технологий "нулевых" домов.

Как можно увидеть в Башне "Жемчужная река" собрано множество разных задумок. Остается ответить на вопрос, почему же будущее именно за таким энергосберегающими домами? На самом деле ответ очевиден. Дом, независимый от каких либо наружных источников энергии, полностью автономен. Он будет существовать и отлично себя "чувствовать" даже, когда цены на нефть взлетят в разы, а стоимость электричества, подаваемого из центральных электростанций, резко увеличится.

Второй  плюс таких домов - в бесспорной экономии природных ресурсов. Достаточно представить, что все офисные и жилые здания в мире смогли бы обеспечивать себя энергией сами. В таком случае экологическая ситуация явно пойдет на поправку. Ну и, в-третьих, - сооружения подобного типа очень экономичны. Они не требуют больших затрат на содержание, кроме того, стоимость коммунального обслуживания несравнима мала. В год владельцы здания смогут экономить сотни тысяч долларов, поэтому возможно, спустя несколько десятков лет, денежные вложения, пошедшие на строительство здания, полностью окупятся.

Несомненно, как мне кажется, "зеленные" офисные и жилые здания привлекают к себе большое внимание общественности. Квартиры и коммерческие площади в них продаются и сдаются гораздо быстрее, чем в обычных типовых постройках. Да, преимуществ более чем достаточно. Таким образом, осталось дело за малым - внедрить передовые технологии во все сферы строительства и поставить это дело на поток не только в Китае, но и в других странах мира. 
 
 
 

3. Поворотная архитектура высотных зданий

Высотных зданий в последние годы получило распространение проектирование и строительство высотных зданий с поворотом этажей относительно центральной оси на различные углы. Такой прием позволяет максимально обеспечить этажи здания естественным светом, изменить воздействие ветровых нагрузок на высотное здание, обеспечить широкий обзор окружающей местности и, кроме того, получить необычную объемно-пространственную структуру, перебивающую монотонную плоскость фасадов.

Введение. 

   Так что же такое небоскреб? Все чаще и чаще мы слышим это понятие, ведь с развитием инфраструктуры, бизнеса, торговли, и транснациональных корпораций строительство небоскребов по всему миру становится неотъемлемой частью современности. 

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».

     Самым первым небоскребом принято считать построенное в 1885 году в Чикаго здание «Хоум Иншуренс Билдинг» (The Home Insurance Bulding). Строение просуществовало до 1931 года. В нем было… 10 этажей, и для того времени его возведение оказалось настоящим прорывом в строительстве.

    ХХ век стал временем не только высоких технологий, но и очень высоких строений. Причины, по которым возводятся небоскребы, хорошо известны. Это, прежде всего, плотная городская застройка, нехватка и дороговизна земли в деловых центрах крупных мегаполисов.

      Пусть с опозданием, но тенденция появления высотных строений докатилась и до нашей страны. И если раньше вопрос «строить или нет небоскребы в России» был чисто теоретическим, то сегодня сразу на нескольких площадках идет активное возведение подобных зданий.

     Каждый небоскреб – это уникальный и единственный в своем роде проект, имеющий целый ряд особенностей.  

    На начало декабря 2011 года в мире насчитывается около 2552 небоскрёбов (высотой более 150 м), из них 56 — сверхвысокие; ведётся строительство более 600, в том числе 91 — сверхвысоких. Строительство ещё 147 небоскрёбов (из них 31 — сверхвысокие) пока приостановлено. Больше всего небоскрёбов (высотой более 150 м) в Китае (вместе с Гонконгом и Макао) — 823, в США — 665, в Японии — 159 и в Объединённых Арабских Эмиратах — 144, в Южной Корее — 129, в Австралии — 70. В России построен 21 небоскрёб, ещё 12 строится.

    И в своей работе я постараюсь  описать материалы и конструкции  небоскребов, привести интересные мировые примеры и рассказать о строительстве небоскребов в России. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      В 2006 году в Москве прошла конференция «Высотное строительство в России: проблемы и перспективы». Участниками было отмечено, что рынок девелоперских и строительных услуг оказался неподготовленным к решению многих задач, связанных со сложным и трудоемким процессом возведения небоскребов. Серьезные дискуссии вызывал девелопмент подобных проектов, их градостроительные, архитектурные, конструктивные, инженерные особенности.

Одной из основных проблем при строительстве  высотных зданий в России остается отсутствие общефедеральных СНИПов (строительных норм и правил), которые  бы регламентировали строительство  объектов высотой больше 75 метров. Пока застройщики вынуждены руководствоваться лишь местными нормами или разрабатывать индивидуальные для каждого здания.

Небоскреб – особенное во всех отношениях здание, требующее учета массы  нюансов. По мнению Билла Прайса (Bill Price), специалиста в сфере возведения высотных зданий, директора консалтинговой фирмы WSP Consulting Engineers London (Великобритания),при создании небоскребов взаимодействуют три группы элементов, которые аллегорически можно назвать природными стихиями – «Земля», «Ветер», «Огонь». «Земля» – это факторы, связанные с расположением, геологией и другими особенностями участка, на котором возводится здание. «Ветер» – это устойчивость, прочность сооружения, проблемы вертикальных коммуникаций, аэродинамика. «Огонь» – это блок вопросов, связанных с безопасностью и надежностью постройки, а также средства спасения при чрезвычайных ситуациях, прежде всего пожарах.

Каждый  фактор требует нетривиальных подходов. Часто именно при строительстве  небоскребов изобретались и впервые  применялись новые технологии. Например, при возведении легендарного Empire State Building в Нью-Йорке были разработаны такие решения, как каркасная металлическая конструкция из чугуна Богардуса и пассажирский лифт Отиса. Небоскреб состоит из фундамента, каркаса и прикрепленных к нему стен. В этом небоскребе основную нагрузку несет именно каркас, передавая ее непосредственно на фундамент. Благодаря такому новшеству проектный вес здания значительно уменьшился и составил 365 тысяч тонн.

Вопрос  «Ветра» (т.е. аэродинамики и устойчивости конструкции) достаточно оригинально решен при строительстве другого, самого высокого на сегодняшний день сооружения – башни Taipei International Financial Center (высота - 571 метр), построенной в 2004 году на Тайване. Панели этого небоскреба могут выдерживать порывы ветра скоростью до 300 километров в час. Их толщина достигает 3 сантиметров, панели могут «прогибаться» на глубину 18 сантиметров и возвращаться на место. А чтобы обезопасить небоскреб от последствий землетрясений, на крыше здания установлен металлический шар весом 600 тонн, который должен стабилизировать колебания, вызванные подземными толчками.

При проектировании высотного здания необходимо принимать  в расчет и факторы, не относящиеся  непосредственно к строительству. Заведующая отделом разработки и  апробации градостроительных нормативов НИиПИ Генплана Москвы Маргарита Лифановская говорит, что «согласно нормативам, на каждого жителя высотки должно приходиться не менее 5 кв. м озеленения. Традиционным благоустройством территории проблему не решить, поэтому придется строить зимние сады и прочее. Другая важная задача — обеспечить новые дома транспортной инфраструктурой и машиноместами».

Учитывать надо… даже тень! Американские ученые подсчитали, что 38-этажный небоскреб  способен отбрасывать тень длиной 300 м, закрывая в течение дня от солнечных лучей более 30 тыс. кв. м близлежащей территории. Между тем в любом городе существуют нормы инсоляции (время солнечного освещения квартир), которые нельзя нарушать.

Воистину, построить небоскреб – целая  наука. 

Конструкция

Сегодня в Москве самая часто используемая строительная технология — монолитная. Из железобетона отливают каркас здания, потом делают облицовку, возводят внутренние стены. В большинстве стран мира применяют другой вид конструкции каркаса — сварной из металлических швеллеров.

    Наши дома выходят прочнее и теплее (именно из-за климата, кстати, каркасная технология не нашла применения в России). Но у монолитных зданий есть и оборотная сторона — огромный вес постройки. Учитывая, что нью-йоркский Манхэттен — это гранит, а московские почвы в основном состоят из суглинка, долгие годы считалось, что сооружать у нас высотки вообще невозможно. Когда же строили, находили иной раз весьма нестандартные решения. Например, под зданием МГУ (на Воробьевых горах) бесперебойно работают холодильные установки, замораживающие грунт.

    Фундаменты небоскребов — плитные, то есть в основании здания лежит огромная железобетонная плита, отлитая прямо на месте строительства. Иные варианты просто невозможны. Нельзя, к примеру, построить небоскреб на фундаменте из свай — огромная масса сооружения просто вдавит их в землю.

    Что касается внешней отделки, то здесь каждый застройщик использует то, с чем он привык работать. Одни устраивают панорамное (от пола до потолка) остекление, другие — навесные вентилируемые фасады. Эти технологии применяют и в обычном невысотном строительстве. Каких-то специальных небоскребовских особенностей нет. 

Компоновка

Теоретически  в высотных зданиях можно разместить любые помещения — и жилые, и нежилые. Единственное ограничение, диктуемое технологией, сводится к тому, что на нижних этажах нельзя создать просторные помещения — на них давит огромная масса находящихся выше этажей, поэтому необходимы внутренние опорные стены или как минимум колонны. В остальном же начинку небоскреба застройщик вправе тасовать как душе угодно.

    В реальности, конечно, здравый смысл и принятые на рынке традиции диктуют каждому помещению его место. Подземные помещения и нижние этажи отдают паркингам и техническим службам — всевозможным насосным станциям и бойлерным. Выше, располагаются торговые центры, кафе и рестораны, предприятия бытового обслуживания, то есть места, куда ходят посетители. Еще выше — офисная зона: клиентов в бизнес-конторе, как правило, меньше, чем в магазине. На самом верху находятся жилые помещения — гостиницы или квартиры и апартаменты. Данное решение вполне объяснимо: для нормальной жизни требуется определенное уединение, и именно на верхних этажах поток посторонних можно ограничить. Кроме того, там больше света, тише и чище воздух — выхлопные газы от автомобилей столь высоко не залетают. И виды из окна, за которые состоятельные люди готовы платить, тоже лучше.

       И наконец, на самом верху нередко располагают еще один пласт объектов с хорошим видом из окна. В первую очередь это дорогие рестораны. Правда, желание их владельцев быть поближе к небу входит в конфликт с уже упоминавшимся стремлением жителей к уединению. Поэтому рестораны размещают, как правило, в нежилых зданиях. 

Техника

Высотное  здание должно быть оснащено теми же инженерными системами, что и обычные дома. Однако к этим системам здесь предъявляют повышенные требования, во-первых, по надежности — совершенно очевидно, что на 15-й этаж в случае поломки лифта еще можно подняться по лестнице, а на 50-й такой путь для многих чреват инфарктом. Во-вторых, требуется и большая мощность: в высоком здании проживают много людей, и воды и электричества должно хватать на всех.

     На таких объектах обязательно создают автономные энергосистемы, которые в случае отключения центрального электроснабжения гарантируют нормальное существование дома в течение трех-четырех часов: не прекратят работать лифты, продолжится подача воды, в квартирах будет электричество. Или например, в системе водоснабжения через каждые 12 этажей создают специальные технические помещения, где устанавливают дополнительные насосы, удерживающие давление воды на большой высоте. Благодаря этому водопроводные трубы прокладывают напрямую без использования накопительных резервуаров. При разработке лифтовой системы учитывают высоту здания, количество квартир на каждом этаже — это позволяет рассчитать объемы пассажиропотоков. Лифтовые кабины и шахты делают пожароустойчивыми.

      И, конечно, очень серьезно в небоскребах решают проблемы, связанные с обеспечением безопасности. Правила, предъявляемые к высотным зданиям, в разы жестче тех, что применяют к малоэтажным постройкам. Пожарная безопасность включает в себя систему оповещения: многочисленные датчики, реагирующие на малейшее изменение температуры и задымление, информация с которых поступает на единый автоматизированный пункт управления, где дежурит оперативный сотрудник. Также устанавливают системы активного пожаротушения — обычно это сплинкерные конструкции, которые распыляют в очаге возгорания воду или специальные гасящие составы. Вся используемая здесь техника, разумеется, сертифицирована государственными органами пожарной безопасности.

     Специалисты тщательнейшим образом разрабатывают систему эвакуации. Инструкции и планы на этот счет также согласованы с противопожарными службами и предполагают разные виды: вывод людей по лестницам, эвакуацию на лифте и даже на вертолете. В случае необходимости в действие вступает целая программа: загораются световые табло, указывающие пути эвакуации, включается голосовое оповещение, сотрудники служб охраны помогают жителям быстрее покинуть здание.