Учебное пособие 800580

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