Строительство – это искусство

Двадцать километров «корней»

Первые небоскребы пытались строить на деревянных сваях, но сваи быстро гнили. Потом был опыт строительства на плоских бетонных фундаментах-плотах. Но даже при низких нагрузках (две тонны на кв. фут) "плоты" уходили вглубь, здания оседали. Далее высотки ставили на железных кессонах. Рекордная глубина опускания кессона – 66,5 м при строительстве небоскреба Центра Джона Хэнкока в Чикаго.

Сегодня здания-гулливеры стоят на сваях. Например, фундамент «Бурдж Халифа», в отличие от нью-йоркских небоскрёбов, не закреплен в твердом скальном грунте. Он заглублен на 50 метров. Для устойчивости сооружения в фундаменте применены висячие сваи длиной 45 метров и диаметром полтора метра. Всего таких свай около 200.

В малайзийском Куала-Лумпуре два супернебоскреба-близнеца «Петронас» стоят на мягком грунте на 120-метровых сваях.

С точки зрения геотехники сейчас несложно построить небоскреб на любом грунте.

Считается, что Петербург вырос на болоте, и высокое тут строить опасно. Однако специалисты утверждают иное. НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, главный институт страны по подземным изысканиям, провел детальное исследование грунтов на участке будущего петербургского небоскреба «Лахта центра». Верхние 15-20 м – слабый, слоистый грунт. Далее - 150 метров - идет пласт вендских глин протерозойского возраста. Вендские глины по характеристикам аналогичны скальным породам. Сваи в них держатся надежно. Так что питерская высотка имеет прочнейшее природное основание.

Фундамент под «Лахта центром» – сооружение сложное и мощное. Сваи длиной в ширину футбольного поля. Бетонный «стакан» глубиной с высоту Ростральной колонны на стрелке Васильевского острова. Две монолитно-железобетонные плиты общей толщиной с ширину Великой Китайской стены. А сердце фундамента - «коробка», которая аккуратно «упакована» в земле на глубине 21 метр. Она дополнительно укреплена звездообразно расходящимися траверсами. Нижняя плита фундамента «Лахта центра» - железобетонная конструкция толщиной 3,6 метра - претендует на мировой рекорд. По объему бетона - 24 тысячи кубометров - наш небоскреб превышает самую большую плиту, залитую в Лас-Вегасе под гостиницей «Венеция». Столько бетона нужно на строительство жилого квартала.

Фундамент – это своего рода корневая система здания. Подземная часть любого растения, как правило, в разы больше той, что на виду. Например, общая длина корней тыквы около 25 км, у пшеницы – 71, у овса – 87, чемпион – дикий фикус из Южной Африки с 619 километрами. С точки зрения выживания и питания такая структура организма оптимальна.

Архитектура многое «списывает» у природы. Высота «Лахта центра» 462 метра. Количество свай – 264. Суммарная длина всех свай-«корней», что держат небоскреб – более двадцати километров. Устойчивость гарантирована!

Ветер

Наука аэродинамика проверяет прочность и устойчивость конструкций высотного здания.

Небоскреб - это гигантский парус. Ветры ударяются о стены небоскреба и формируют мощные завихрения, направленные вверх и вниз. На уровне первых этажей ветер сильнее, чем на высоте 100 метров. Воздушные вихри способны создавать колебания, как при 4-5-бальном землетрясении. Частенько возникает «завывание» вокруг здания. Рядом с небоскребом всегда дует. Сильный ветер чрезвычайно опасен для небоскрёба. И чем выше здание, тем более опасными становятся эти вихри. Огромные силы, которые они порождают, перпендикулярны направлению ветра. Поэтому если здание упадёт от ветра, то, скорее всего, оно рухнет не по направлению ветра, а в сторону.

Форма здания имеет не последнее значение. Наилучшая — круглая, далее – овал, треугольник со скругленными углами, квадрат, ромб, спаренные высотки, Г- и Н-образные формы, пластины или волны. Достаточно оригинально решен «вопрос ветра» при строительстве Сирс Тауэр (Sears Tower) в городе ветров Чикаго. Небоскреб «сделан» из стальных труб. Девять гигантских труб квадратного сечения составлены 3 х 3 в единую ступенчатую структуру. 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. Все трубы имеют разную высоту, лишь две доходят до самого последнего этажа – 443 метра.

В 70-ые года XX-ого века трубное проектирование являлось инновационным. Сегодня на помощь архитекторам приходит компьютерное моделирование и аэродинамические испытания форм небоскреба и материалов на прочность. Надо заметить, что такие испытания – обязательны.

Например, модель Burj Khalifa продували в аэродинамической трубе более 40 раз. Секции башни спроектированы так, чтобы отклонять башню в разные стороны. Это разрушает мощь вихрей. Обдувая здание «Бурдж Халифа», ветер никогда не образует единого потока. Вокруг каждой части здания вихри движутся с различной скоростью.

Множество возникающих проблем порождает весьма интересные решения, а негативные факторы зачастую используются архитекторами во благо. Панели Taipei 101, которые при сильном ветре могут «прогибаться» на глубину 18 сантиметров, архитекторы «научили» возвращаться на место.

При сильном ветре некоторые небоскребы раскачиваются. При строительстве высоких сооружений проектировщики закладывают нормативы отклонения – коэффициент парусности. Например, шпиль Останкинской телебашни имеет уровень отклонения полтора метра – это именно от ветровой нагрузки.

Устойчивость придают массивные грузы, расположенные так, чтобы действовать в качестве противовесов. Кстати, именно ветер «виноват» в том, что шахты лифтов во многих небоскребах не проходят по всей высоте здания. Лифты разделены – на обслуживание нижних и верхних этажей.

Создатели петербургского небоскреба «Лахта центр» изучили опыт строительства самого высокого в мире небоскреба в Дубае и ряда других высоток. В петербургском небоскребе применены лучшие технологии, которые адаптируют и проверяют в нашем климате, на нашей земле. Ветровую нагрузку рассчитывали канадские и новосибирские специалисты. Модель макета объекта помещали в аэродинамическую трубу. Проверялось давление на фасад здания и на само ядро. Как и предполагалось, нагрузка ветра меняется в зависимости от высоты и составляет от 300 до 500 паскалей. Эти данные используются для расчета конструктивных элементов фасада и ядра небоскреба.