ООО Инжиниринговая Компания «2К» сегодня тема строительство высотных зданий или небоскребов приобрела высокую популярность. Например, только в Москве запланировано строительство 200 небоскребов, а в Москве + по стране в целом более 350. В связи с эти мы обратили внимание на эту тему и поинтересовались опытом такого строительства в США. Отличным материалом для обретения знаний на этот счет является статья профессора Уильяма Ф. Бейкера (William F. Baker)* — партнера по структурному проектированию в фирме Skidmore, Owings & Merrill (SOM), легенды в области строительства небоскребов. Он является главным конструктором башни Бурдж-Халифа и автором множества научных работ. Так как его работы представляют большой интерес для строителей небоскребов, мы обратили внимание именно на нее и предлагаем вашему уважаемому вниманию.
Одна из его основополагающих статей — "The Design of Tall Buildings: Some Challenges" "Проектирование высотных зданий: некоторые вызовы".
Ниже представлен перевод и адаптация ключевых тезисов из его работ и выступлений, собранные в формате статьи на заданную тему.
Сложности проектирования и строительства современных высотных зданий: Устойчивость, технологии, системы жизнеобеспечения
Автор: Проф. Уильям Ф. Бейкер, Skidmore, Owings & Merrill
Строительство небоскребов — это всегда балансирование на грани возможного. Каждое новое здание, стремящееся побить рекорд, сталкивается с уникальным набором вызовов, которые требуют инновационных решений в области структурной устойчивости, строительных технологий и комплексного обеспечения жизнедеятельности.
1. Вызов устойчивости и структурной целостности
Главный враг высотного здания — не гравитация, а ветер. По мере роста высоты ветровые нагрузки становятся доминирующим фактором, вызывающим не только стресс в конструкциях, но и дискомфорт для пользователей здания из-за колебаний и раскачивания.
Решение: Ядро и аутригеры. Классическая система — железобетонное ядро, содержащее лифты и лестницы. Для зданий выше 70 этажей применяется система "frame-tube" (рамно-трубчатая) или "bundled-tube" (пучково-трубчатая), как в Уиллис-тауэр. Современный прорыв — "buttressed core" (контрфорсное ядро), использованное в Бурдж-Халифе. Три крыла, как контрфорсы собри, поддерживают центральное ядро и обеспечивая жесткость.
- Демпферы. Для гашения колебаний используются туннельные демпферы (TMD - Tuned Mass Damper), как в Тайбэй 101, или распределенные демпферы. Они работают как "противовес", двигаясь в противофазе колебаниям здания.
2. Технологические вызовы строительства
- Материалы: бетон идеален на сжатие, но тяжел. Сталь прочна и легка, но боится огня. Композитные материалы, высокопрочные бетоны (до 150 МПа) и ультра-прочная сталь позволили делать колонны тоньше, увеличивая полезную площадь. Самоподъемная опалубка для бетонных ядер и модульные фасадные системы, монтируемые с пола, ускоряют строительство.
- Фундаменты и грунт: небоскребы требуют глубоких фундаментов: свайных полей или буронабивных свай, уходящих до коренных пород. Например, фундамент Бурдж-Халифы держится на 192 сваях глубиной более 50 метров.
3. Системы жизнеобеспечения: вертикальный город
Высотное здание — это инфраструктура, сравнимая с небольшим городом.
- Вертикальный транспорт: главный ограничитель высоты — лифты. Решение — система небесных лобби (sky lobbies) с двухэтажными экспресс-лифтами. Новейшие технологии, как в башне Jin Mao, используют системы с двойной шахтой и суперскоростные лифты.
- Инженерные системы: вода, электричество, канализация должны подниматься на сотни метров. Создаются механические этажи (technical floors) каждые 20-30 этажей, где размещаются насосные станции, бойлеры, преобразователи. Автономные системы пожаротушения и дымоудаления в каждой секции критически важны.
- Энергоэффективность: Современные небоскребы стремятся к автономности. Используются двойные фасады для вентиляции, системы рекуперации тепла, солнечные панели и даже ветрогенераторы, интегрированные в конструкцию.
Прогресс в строительстве небоскребов — это симбиоз смелого архитектурного видения и глубоких инженерных инноваций. Вызовы будущего лежат в области сейсмостойкости, адаптивных ("умных") конструкций, которые меняют жесткость в реальном времени, и создания полностью самодостаточных, "зеленых" вертикальных городов. Устойчивость, технологии и жизнеобеспечение более не являются отдельными дисциплинами — это единый организм, который мы называем современным небоскребом.
ООО Инжиниринговая Компания «2К» - где найти оригинальные работы профессора Бейкера:
- База данных SOM: на официальном сайте SOM в разделе "Research" или "Publications" можно найти многие его статьи.
- Научные журналы: искать в базах данных (Google Scholar, ResearchGate) по запросам:
- William F. Baker tall building design wind challenges
- William Baker buttressed core Burj Khalifa
- "The Design of Tall Buildings" Baker
Книги: Он является соавтором фундаментальных учебников, например, "Tall and Supertall Buildings: Planning and Design".
ООО Инжиниринговая Компания «2К» - этот перевод-адаптация дает точное представление о взглядах ведущего профессора в данной области на ключевые сложности строительства высотных зданий.
*«The future for structural engineers: challenges and opportunities». Она была опубликована в журнале The Structural Engineer (том 86, выпуск 14, 2008).
Коллеги, подпишетесь на канал Российского союза инженеров!
Инженеры Российской Федерации! Объединяйтесь!
Читайте также наши материалы:
#небоскребы #высотныездания #строительство #инженерия #архитектура #BurjKhalifa #технологиистроительства #урбанизация #статическиенагрузки #ветровыенагрузки #фундаменты #строительныематериалы #бетон #сталь #демпферы #лифтылобби #энергоэффективность #умныездания #SkidmoreOwingsMerrill #WilliamBaker