Высотные здания. Особенности архитектурного проектирования. Пупавцев Р.Н., Семенова Н.В

Р. Н. Пупавцев, Н. В. Семенова

ВЫСОТНЫЕ ЗДАНИЯ. ОСОБЕННОСТИ АРХИТЕКТУРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Воронеж 2021

ВВЕДЕНИЕ

Формирование высотного строительства происходило на протяжении многих столетий. В настоящее время высотные здания являются главным элементом архитектурно-строительной культуры и составляющей модернизации городских пространств в мире. Крупнейшие города представлены знаковыми проектами современной архитектуры и технологиями строительства – они являются главными звеньями современного градостроительства.

Создание мегавысоких и ультрасовременных по формообразованию небоскребов – своеобразное соревнование современных стран мира при формировании облика современной архитектуры и будущего градостроительства. Технологии и принципы современного монолитного строительства позволяют воплотить в жизнь самые оригинальные и яркие идеи замыслов архитекторов многих стран.

Выделилось и развивается особое направление специализации в современном строительстве – строительство высотных зданий и комплексов. При этом назначение высоток может быть следующим: жилые здания (кратковременного проживания – гостиницы, отели, курорты, общежития в кампусах; постоянного проживания – жилые дома с ячейками-квартирами различной структуры и класса комфортности); административно-офисные здания; промышленные здания.

На высотное строительство возлагаются большие надежды, позволяющие решать проблемы современных мегаполисов и современных социальных тенденций. Кандидат архитектуры, профессор, Заслуженный архитектор, директор по научной деятельности АО «ЦНИИЭП жилища – институт комплексного проектирования жилых и общественных зданий» А. А. Магай считает, что «каждое высотное здание является уникальным объектом, разработанным в соответствии с социально-экономическими потребностями общества, служащим для различных функций. При этом высотные здания должны удовлетворять не только функциональным, но и природно-климатическим условиям, архитектур- но-композиционным требованиям, современным и перспективным конструктивным и инженерным решениям. С возведением высотного здания возникает новый тип жилой среды, особенно если здание является многофункциональным, когда жилье и место работы расположены в одном высотном объеме, где проживающие и работающие значительно экономят силы и время, затрачиваемые на дорогу от дома к месту работы и обратно. Архитектуре высотных зданий присущи особые, специфические черты, получающие отражение в архитектурной композиции и облике зданий и комплексов, такие как градостроительная значимость, крупномасштабность, подчиненность природноклиматическим, функциональным, конструктивным и санитарногигиеническим условиям, логическая обоснованность архитектурных приемов, большое разнообразие художественных образов» [1].

3

Неудержимый рост высотного строительства вверх и впечатляющие цифры самой высокой отметки современных построенных и проектируемых небоскребов

– отличительная черта современного архитектурного проектирования, инженерной мысли и дизайнерских решений специалистов из многих стран мира.

Настоящее учебное пособие состоит из четырех разделов. В первом дается определение понятию «высотное здание». Во втором рассматриваются вопросы их проектирования. Третий раздел посвящен принципам энергоэффективности при проектировании высотных зданий. В четвертом приводятся сведения о концептуальном архитектурном проектировании высотных зданий.

Каждый раздел сопровождается вопросами для закрепления материала. Для углубленного изучения рассматриваемой в данном учебном пособии темы представлены глоссарий и библиографический список рекомендуемой литературы.

Издание соответствует требованиям ФГОС ВО по дисциплинам «Архитектурное проектирование», «Конструкции высотных зданий», «Средовые факторы в архитектуре» и предназначено для студентов направления 07.03.01 «Архитектура».

1.ПОНЯТИЕ «ВЫСОТНОЕ ЗДАНИЕ»

Внастоящее время в связи с вводом в действие большого числа новых Сводов правил (СП) возникли заметные противоречия в определениях терминов «высота здания» и «высотное здание».

Понятия «высота здания» и «высотное здание» рассматриваются и формулируются в различных нормативных документах и в других справочных источниках. Эти понятия различаются в зависимости от назначения задач, решаемых данными документами.

«Высота здания определяется высотой расположения верхнего этажа, не считая верхнего технического этажа, а высота расположения этажа определяется разностью отметок поверхности проезда для пожарных машин и нижней границы открывающегося проема (окна) в наружной стене. При отсутствии открывающихся окон (проемов) высота расположения этажа определяется полусуммой отметок пола и потолка этажа. При наличии эксплуатируемого покрытия высота здания определяется по максимальному значению разницы отметок поверхности проездов для пожарных машин и верхней границы ограждений покрытия (СП 1.13130.2009, п. 3.1)» [2].

4

Особенно распространено определение «высота здания» в СП 1.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Эвакуационные пути и выходы (с Изменением № 1)» [2].

Определения «высота здания» и «высотное здание» сформулированы в следующих нормативных документах:

−СП 54.13330.2016 (СНиП 31-01-2003 Здания жилые многоквартирные), сноска к пункту 1.1 «…здесь и далее по тексту высота жилого здания – в соответствии с определением по пункту 3.1 СП 1.13130.2009» [3];

−СП 267.1325800.2016 «Здания и комплексы высотные. Правила проектирования» (пункт 3.5): «высотное здание: здание, имеющее высоту, определяемую в соответствии с СП 1.13130.2009 [2], более 75 м» [4].

В других СП также даются определения данному термину, например:

−в СП 118.13330.2012 «Общественные здания и сооружения» (Актуализированная редакция СНиП 31-06-2009 (с Изменениями № 1, 2), в Приложении Б): «высота здания (пожарно-техническая) – это расстояние между отметкой поверхности проезда для пожарных машин и: нижней границей открывающегося проема (окна) в наружной стене верхнего этажа; полусуммой отметок пола и потолка помещений верхнего этажа при не открывающихся окнах (проемах); или верхней границей ограждения эксплуатируемой кровли здания; высота здания (архитектурная): одна из основных характеристик здания, определяемая количеством этажей или вертикальным линейным размером от проектной отметки земли до наивысшей отметки конструктивного элемента здания: парапет плоской кровли; карниз, конек или фронтон скатной крыши; купол; шпиль; башня, которые устанавливаются для определения высоты при архитектурнокомпозиционном решении объекта в окружающей среде» [5];

«Высотное здание – здание, высота которого от отметки поверхности проезда пожарных машин, находящейся на уровне нижней планировочной отметки земли, до нижнего уровня открывающегося проема или окна в наружной стене верхнего этажа (не считая верхнего технического этажа), а в случае сплошного остекления и отсутствия проемов или окон в верхних этажах – до верха перекрытия последнего этажа, составляет для общественных зданий – более 55 м, для жилых зданий – более 75 м (СП 253.1325800.2016, п. 3.1.7)» [6].

−в СП 56.13330.2011 «Производственные здания. Актуализированная редакция СНиП 31-03-2001 (с Изменением № 1)»: высота здания «измеряется от пола 1-го этажа до потолка верхнего этажа, включая технический; при переменной высоте потолка принимается средняя высота этажа» [7];

−в СП 160.1325800.2014 «Здания и комплексы многофункциональные. Правила проектирования», в Приложении А: «высоту здания определяют высотой расположения верхнего этажа, не считая верхнего технического этажа,

5

наибольшей разностью отметок поверхности проезда для пожарных машин и нижней границы открывающегося проема (окна) в наружной стене (или ограждений летних помещений). При сплошном остеклении фасадов здания и отсутствии оконных и других открывающихся проемов в верхних этажах его высоту определяют как разность отметок пола последнего этажа и упомянутой выше поверхности проезда для пожарных машин» [8];

−в СНиП 21-01-97* «Пожарная безопасность зданий и сооружений (с Изменениями № 1, 2)», (СП 112.13330.2011): «…кроме специально оговоренных случаев, высота здания определяется высотой расположения верхнего этажа, не считая верхнего технического этажа, а высота расположения этажа определяется разностью отметок поверхности проезда для пожарных машин и нижней границы открывающегося проема (окна) в наружной стене» [9];

−в СНиП 31-05-2003 «Общественные здания административного назначения» (СП 117.13330.2011): высота зданий «…определяется в соответствии со СНиП 21-01 (примечание к 1.5*) и измеряется от поверхности проезда пожарных машин до нижней границы открывающегося проема верхнего этажа, не считая верхнего технического» [10];

−в СП 253.1325800.2016 «Инженерные системы высотных зданий»: «…высотное здание: Здание, высота которого от отметки поверхности проезда пожарных машин, находящейся на уровне нижней планировочной отметки земли, до нижнего уровня открывающегося проема или окна в наружной стене верхнего этажа (не считая верхнего технического этажа), а в случае сплошного остекления и отсутствия проемов или окон в верхних этажах – до верха перекрытия последнего этажа, составляет для общественных зданий – более 55 м, для жилых зданий – более 75 м» [6] и «однофункциональное высотное здание: Общественное здание высотой более 55 м и жилое здание высотой более 75 м, включающее в себя помещения преимущественного одного функционального назначения: жилое, офисное, административное» [6];

−в СП 267.1325800.2016 «Здания и комплексы высотные. Правила проектирования» к высотному зданию относится: « …здание, имеющее высоту, определяемую в соответствии с СП 1.13130.2009, более 75 м» [4] и «…настоящий свод правил может применяться при проектировании и строительстве общественных зданий выше 50 м, а также многофункциональных зданий, в которых общественные помещения располагаются на высоте более 50 м» [4].

В России самыми значимыми в региональных нормативных документах считаются МГСН – это нормативные документы в строительстве, разработанные в соответствии с требованиями СНиП и действующие на территории г. Москвы и распространяющиеся на проектирование вновь строящихся и реконструируемых зданий и комплексов. Для проектирования высотных зданий были разработаны:

−МГСН 4.19-2005 «Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в городе Москве» (недействующий);

6

−МГСН 1.04-2005 «Временные нормы и правила проектирования планировки и застройки участков территории высотных зданий-комплексов, высотных градостроительных комплексов в городе Москве» (действующий);

−Стандарт организации (СТО) 014227890012009 «Проектирование высотных зданий» (разработчик ОАО «ЦНИИЭП жилых и общественных зданий (ЦНИИЭП жилища»)).

−Проанализировав вышеизложенный материал из нормативных документов, можно сделать следующие выводы (при определении значения высоты здания важным считается ссылка на конкретный нормативный документ, ставший источником в каждом конкретном случае):

общественное высотное здание характеризуется разностью отметок поверхности проезда для пожарных машин и низа перекрытия последнего (верхнего) этажа, рассматривая при этом и верхний технический этаж (при его наличии), равной более 55 м;

жилое высотное здание характеризуется разностью отметок поверхности проезда для пожарных машин и низа перекрытия последнего (верхнего) этажа в совокупности с верхним техническим этажом (при его наличии), равной более 75 м;

многофункциональное высотное здание – это здание с разностью отметок поверхности проезда для пожарных машин и низа перекрытия последнего (верхнего) этажа, рассматривая при этом и верхний технический этаж (при его наличии), равной более 55 м для общественных помещений (в составе многофункционального комплекса) и 75 м для жилых помещений (в составе многофункционального комплекса).

ВГермании существует определенная действующая классификация высотных сооружений по четырем группам (главный критерий – высота): I группа

–22-30 м; II группа – 30-60 м; III группа – выше 60 м; IV группа – выше 200 м. Нормы строительства разработаны для первых трех групп.

Встандартах других стран – кодах США, DIN – в Германии, EU – в Европе и в нормах строительства и проектирования других стран, нормативная документация, относящаяся к высотному строительству, не разрабатывалась.

Практика показывает, что для проектирования и строительства высотных зданий или высотного комплекса создаются и утверждаются специальные технические условия, являющиеся в каждом конкретном случае нормативной документацией, потому что каждое высотное здание – это уникальный объект с индивидуальными строительно-техническими требованиями.

7

Контрольные вопросы

1.Как формулируется определение «высота здания» в нормативных документах в России?

2.Назовите особенности определения термина «высотное здание» в нормативных документах в России.

3.Какие существуют классификации и стандарты высотных зданий в других странах?

2.АРХИТЕКТУРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ

2.1. СРЕДОВЫЕ ФАКТОРЫ

Среди средовых факторов, особенно влияющих на проектирование высотных зданий, можно выделить природно-климатические. От того, насколько они изучены, проработаны и учтены, зависит объемно-планировочное, планировочное и конструктивное решение высотного объекта. Определенные особенности территории проектирования (световой климат – количество, спектр и контрастность освещения, яркость ясного и облачного неба, продолжительность солнечного воздействия, количество и спектр ультрафиолетовой радиации; воздушная среда – температура, влажность, скорость, сила и направление движения ветра; частота, периодичность и вид осадков; шумовой комфорт/дискомфорт) играют основную роль в создании архитектурнокомпозиционных и конструктивных решений. Особенно в современном проектировании необходимо учитывать эти факторы для выполнения актуальной задачи энергосбережения и экономии невосполняемых ресурсов энергии. При- родно-климатические факторы, от которых зависят комфортность, выразительность архитектурного решения и стоимость энергетического вида эксплуатации здания, влияют:

−на композиционное решение генплана и зданий;

−плотность застройки;

−ориентацию здания или комплекса зданий по сторонам света;

−размеры, вид и процент заполнения световых проемов;

−пластическое решение фасадов;

−тепло- и звукоизоляционные показатели ограждающих конструкций.

Природно-климатические факторы, оказывающие важное влияние на формообразование высотных зданий:

ветровая нагрузка;

температурно-влажностные условия;

сейсмические нагрузки.

8

Ветровая нагрузка – один из основных природно-климатических факторов. Если вспомнить историю проектирования и строительства высотных зданий, то можно отметить, что первым таким зданиям из-за массивности фасадов, большого веса несущих стен из камня и при использовании первых видов каркаса не были опасны ветровые нагрузки. Последующее проектирование высотных зданий, начиная с 1950-х годов, связанное с распространением международного стиля, основанного на размещении оптимально открытых внутренних пространств с применением небольшого веса конструктивных систем, столкнулось со сложным влиянием ветровых нагрузок.

Динамическое воздействие ветра определяется следующими средовыми факторами: рельефом местности, расположением соседних зданий и сооружений, гибкостью и особенными признаками фасадного решения высотного здания.

Уменьшить воздействие ветровой нагрузки можно при помощи:

−видоизменения конфигурации формы здания (круг, овал, треугольник);

−создания арочного проема и размещения его зоне максимального образованного давления (внизу или вверху здания).

Важно учитывать не только воздействие потоков ветра на устойчивость самого высотного здания, но и обращать внимание на пристенные вихри, которые образуются в результате того, что сильные потоки воздуха обтекают объем здания по всей высоте и часть из них опускается вниз на пешеходов. Чем больше высота здания, тем выше показатели ветровых завихрений у стен. Одним из решений этой проблемы может стать размещение вертикальных объемов на широкие подиумы высотой 2-4 этажа, выступающие за пределы объемов здания.

В проблемных критических местах каркаса могут быть установлены специальные резонансные амортизаторы, которые будут принимать на себя воздействие ветровой нагрузки и минимизировать их влияние на конструкцию высотного здания.

Температурно-влажностные условия – еще один главный природноклиматический фактор, оказывающий важное влияние на проектирование и строительство высотных зданий. Показатели светового и теплового (тепловая солнечная радиация; температура и разница наружного и внутреннего воздуха; влажность, скорость, сила и направление движения воздуха) климата необходимо рассматривать при проектировании теплозащиты, выборе материалов и вида конструктивного решения ограждающих конструкций. Грамотный выбор формообразования высотного здания и уменьшение площади поверхности наружных ограждающих конструкций гарантирует минимизацию теплопотерь в холодное время года и минимальные теплопоступления снаружи в здание в теплое время.

Сейсмические нагрузки – воздействие колебаний земной коры в результате землетрясений, когда они распространяются от источника землетрясения и передаются фундаментам и несущим конструкциям высотных зданий. Опасные

9