Лекции и пособия / 05_Maklakova_Vysotnye_zdania
.pdfРис. 4.28. Сборное перекрытие из многопустотных железобетонных плит: А - монтажный план перекрытия, Б - деталь опирания на наружную монолитную стену, В - то же на внутреннюю; П - плита перекрытия, ПЛ - то же, лоджии, ЛП - лестничная площадка, ЛМ - лестничный марш; 1 - монолитный слой наружной стены, 2 - утепляющий слой, 3 - многопустотный настил перекрытия, 4 - анкер, 5 - арматурный стержень, 6 - монолитная внутренняя стена,
7 - арматурный каркас, 8 - цементный раствор, 9 - уровень бетонирования, 10 - сварная связь
100
Рис. 4.29. Перекрытия по стальным или сталежелезобетонным балкам в высотных зданиях с разной конфигурацией плана: А - в каркасных зданиях, Б - в каркасно - ствольном и ствольно - оболочковом зданиях: 1 - стойки оболочки, 2 - стены ствола жесткости, 3 - балки перекрытия, 4 - лифты, 5 - поперечная связевая балка; В - пример конструкции перекрытия по стальным балкам (обетонка балок условно не показана) и монолитной бетонной плитой по стальному профилированному настилу: 1 - стальная балка, 2 - профилированный стальной настил,
3 - плита перекрытия, 4 - арматурная сетка, 5 - цементный раствор, 6 - гнездо для опирания балки, 7 - штраба для опирания плиты перекрытия, 8 - опорный уголок, 9 - подвеска для крепления подвесного потолка, 10 - регулятор подвеса, 11 - каркас подвесного потолка, 12 - потолочная декоративная плита из негорючего материала, 13 - конструкция пола
101
Трагедия разрушения этих зданий под воздействием удара, взрыва и пожара, выявила недостаточную огнестойкость сопряжений системы с перекрытиями, с последующим обрушением несущих конструкций менее чем через 30 мин после возникновения пожара, несмотря на огнезащитную облицовку металлической стены изнутри.
Это обстоятельство определило ориентацию отечественного проектирования на железобетонные несущие конструкции, в том числе и для наружных стен. Европейский опыт подтверждает реальность такого пути при выполнении оболочки из сборных легкобетонных элементов, обеспечивающих одновременно прочностные, теплоизоляционные и противопожарные требования к конструкции (рис. 4.15, д, е). Однако повышение требований к энергоэффективности изменило подход к конструированию каркасных стен. В зданиях оболочковой конструктивной системы применяют монолитную «перфорированную» (светопроемами) бетонную стену, утепленную с наружи и затем облицованную. Аналогичную конструкцию применяют и для ненесущих наружных стен с внутренним бетонным слоем, поэтажно опертым на ригели или перекрытия (рис. 4.31, 4.32).
Бетонный слой несущих и ненесущих стен снаружи утепляется плитами из долговечных материалов группы горючести НГ.
Для облицовки наружных стен применяют плиты из естественного камня, плиты и панели из легкого или тяжелого бетона с гладкой или профилированной фасадной поверхностью, а также нержавеющую сталь и алюминиевые сплавы.
Рис. 4.30. Конструкция оболочковой несущей наружной стены здания WTC в Нью-Йорке:
À- монтаж стальных трехэтажных отправочных марок конструкции, Б - сечение стены:
1- стойка сварного коробчатого сечения из листовой стали толщиной 7,6 мм, 2 - внутренний утепляющий и огнезащитный слой из вермикулитобетона, 3 - алюминиевая листовая облицовка
фасада, 4 - оконный блок
102
Облицовка обычно крепится на откосе не менее 60 мм к вспомогательному каркасу. Благодаря воздушному зазору формируется вентилируемая фасадная система. При этом воздушный зазор между облицовкой и утиплителем через каждые три этажа рассекается несгораемой диафрагмой. Предусматривают гибкое крепление облицовки, обеспечивающее ей свободу температурно-влажностных деформаций. Наиболее оправдали себя в практике гибкие болтовые конструкции навески (рис. 4.32). Наружный бетонный облицовочный слой выполняют из бетона класса не менее В25 и морозостойкости F150.
Наряду с бетонной большое распространение в высотном строительстве получила облицовка из алюминиевых разнообразно профилированных листов (рис. 4.33). Профилирование необходимо для маскировки неизбежных деформаций коробления тонких листов. Разнообразное профилирование листов наряду с их различным цветом (за счет анодирования или окраски) стало очень эффективным средством разнообразия фактуры и колорита фасадов высотных зданий.
Рис. 4.31. Пример облицовки монолитной наружной несущей стены плоскими декоративными бетонными плитами. Павильон в комплексе международной ярмарки Франкфурт-на-Майне.
Арх. О.М. Унгерс. 1987 г.: а - общий вид павильона «дом - ворота», б - сечение наружной стены: 1 - облицовочная плита, 2 - утеплитель, 3 - оконный блок, 4 - алюминиевая облицовка откосов, 5 - канал электропроводки, 6 - несущий слой стены, 7 - отопительный прибор, 8 - подвесной потолок
103
Рис. 4.32. Примеры облицовки наружных монолитных стен профилированными крупными железобетонными панелями: А - из практики ФРГ: 1 - внутренний бетонный слой стены,
2 - утеплитель, 3 - вентилируемая воздушная прослойка, 4 - облицовочная панель, 5 - жалюзи, 6 - оконный блок, 7 - отопительная система; Б - из отечественной практики: а - вертикальное сечение стены, б - горизонтальное сечение рядовое, в - то же во входящем, г - то же в выступающем углу наружных стен: 1 - облицовочная рифленая панель, 2 - перфорированный участок плиты перекрытия, 3 - несгораемый утеплитель, 4 - упругая прокладка, 5 - внутренний бетонный слой, 6 - гнутый арматурный каркас, 7 - арматурная связь
104
Рис. 4.33. Варианты болтовых конструкций навески облицовочных бетонных плит наружных стен: а–в - варианты навески плоских плит (утеплитель условно не показан), г - то же профилированной плиты: 1 - облицовочная плита, 2 - внутренний бетонный слой стены,
3 - навеска с болтовым креплением, 4 - фиксатор осей облицовочных плит, 5 - фиксатор зазора между бетонными слоями стен
В связи со значительной трудоемкостью возведения высотных зданий и необходимостью уменьшения их массы широко распространено применение навесных наружных стен из элементов высокой заводской готовности в виде как слоистых бетонных панелей, так и сэндвичевых панелей из небетонных материалов (рис. 4.34). Навеску панелей наружных стен на внутренние несущие конструкции, также как и связи между наружным и внутренним слоями бетонных панелей, проектируют гибкими для обеспечения свободы температурно-влажностных деформаций так же, как при навеске облицовоч- ных плит (панелей) на несущие. Железобетонные панели наиболее часто имеют одномодульную («панель на комнату») или ленточную разрезку.
105
Для стен из небетонных материалов применяют более разнообразные разрезки (рис. 4.35, 5.19).
Применение одномодульных железобетонных панелей в высотном строительстве часто сопровождается активной профилировкой фасадной поверхности. При этом она получает кессонную форму с прямоугольными ребрами или криволинейные очертания как фасадной поверхности, так и ребер.
Специфика высотности требует при проектировании наружных стен прибегать к материалам их наружного слоя и его отделки, учитывая не только требования прочности и долговечности, но и безремонтной эксплуатации. Безопасность в решении светопрозрач- ных конструкций наружных стен обеспечивает применение закаленного стекла для наружного слоя двухкамерных стеклопакетов в окнах и триплекса – для внутреннего.
Громадные поверхности стеклянных или металлических фасадов небоскребов требуют регулярной трудоемкой очистки или мытья. Для их исключения разработаны средства самоочищения фасадов за счет покрытия стекол гидрофобными, гидрофильными или фотокаталитическими составами. С той же целью полируют металлические облицовки из титана или низколегированной стали.
Пожар в мадридском небоскребе весной 2005 г., при котором огонь распространялся по зданию по фасадным наружным стенам привел к двум выводам. Первый – необходимо, повышение предела огнестойкости конструкций навесных наружных стен. Второй – разработка предложений по членению фасадов горизонтальными несгораемыми козырьками, которые препятствуют распространению огня по наружным стенам и защищают жителей от визуального восприятия высоты.
К сожалению, в отечественных условиях последний прием мало целесообразен из-за опасности скопления на козырьках льда и снега.
Неудачен он и в композиционном отношении, так как навязывает регулярные горизонтальные членения фасадов.
Рис. 4.34. Наружная бетонная стена с металлической облицовкой; вертикальное сечение: 1 - стальная стойка,
2 - железобетонная панель, 3 - утеплитель,
4 - водоотводящий желобок,
5 - водоотводящая трубка, 6 - воздушный прослоек, 7 - облицовочный рифленый алюминиевый лист, 8 - оконный наличник, 9 - трехслойное остекление, 10 - фризовый элемент, 11 - бортовой железобетонный элемент, 12 - молниезащита.
13 - совмещенное озелененное покрытие
106
Рис. 4.35. Фасады из сэндвичевых панелей наружных стен с алюминиевой или стальной внешней облицовкой: 1 - Токио. 14-этажное здание Скью-билдинг (1969г.); 2, 5 - фасадная и торцевая стены банка в Далласе; 3 - здание на «Парк-Авеню» в Нью-Йорке; 4 - «Алкоабилдинг» в Питсбурге;
107
Комплексное обеспечение безопасности эксплуатации высотных зданий является новой проблемой проектирования. До 11 сентября 2001 г. высотное строительство было практически безаварийным. Имели место только эксплуатационные недостатки в отдельных наиболее высоких зданиях, построенных более 70 лет тому назад. Например, неприятные ощущения на верхних этажах Эмпайр стейт-билдинг, вызванные ускорением колебаний перекрытий под действием пульсационной составляющей ветровой нагрузки. Впоследствии учет этого фактора при расчете и конструировании зданий, а при необходимости и за счет введения глушителей колебаний, исключил эксплуатационные дефекты, вызывающие ощущения дискомфорта.
Однако обрушение зданий-близнецов WTC заставило кардинально пересмотреть принципы проектирования высотных зданий, а в РФ разработать специальный документ МГСН 4.19-2005.
Выше специальные новые требования к безопасности высотных зданий при их проектировании были нами рассмотрены поэлементно применительно как к объемнопланировочным, так и к конструктивным решениям. Подводя итоги этого рассмотрения, отметим совокупность важнейших.
При компоновке объема зданий – это членение на горизонтальные и вертикальные противопожарные отсеки, обеспечение безопасности путей эвакуации и незадымляемости лестниц, введение площадок на покрытиях зданий, рассчитанных на размещение кабины вертолета для спасения населения, ограничения в устройстве атриумов (только в нижней зоне здания) и пр.
При разработке конструкций зданий – обеспечение устойчивости и ограниченной деформативности основания (и соответственно здания) осуществляется за счет выбора конструкции фундаментов. Этот вывод базируется на предварительных всесторонних исследованиях основания, мониторинге грунтовой обстановки и состояния несущих конструкций.
Âзапас прочности несущих конструкций и ограничения горизонтальных перемещений верха здания «работают» расчетные регламентации по повышению коэффициента надежности сооружения (от 1,1 до 1,2 в зависимости от высоты), учет не только ветровых, но и сейсмических воздействий на здание величиной до 6 баллов.
Âчасти конструирования для обеспечения безопасности регламентированы конструктивные мероприятия, исключающие прогрессирующее разрушение здания вследствие локальных повреждений конструкции, ориентация на применение железобетонных несущих конструкций, в том числе из бетонов высоких классов по прочности на сжатие
èпредпочтительная ориентация на неразрезные несущие конструкции как средство повышения надежности конструкции за счет их работы в стадии пластичности при аварийных (сверхрасчетных) воздействиях. На безопасность направлена и регламентация сверхвысоких пределов огнестойкости несущих конструкций.
Безопасности способствует также и выбор ограждающих конструкций и их элементов.
108
ГЛАВА 5
АРХИТЕКТУРНЫЙ ОБРАЗ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ
Архитектурный образ высотных зданий складывался в течение всей индустриальной эпохи под влиянием сменяющихся художественных стилей, функций, нормативных регламентаций, новой строительной техники, эстетического потенциала новых конструкций и материалов.
Больше 50 лет архитектура небоскребов формировалась в США и за этот период прошла путь от рационалистичности чикагской школы 1880 гг. к эклектике 1900, к ардеко 1930 гг. Чикагский период, характерный строительством относительно невысоких офисов (не больше 10–12 этажей), базировался на иллюзорной тектоничности композиции фасадов, члененных плоскими лопатками по осям каркаса. Композицию завершал горизонтальный пышный карниз. Перенос центра тяжести строительства высотных зданий к 1900 годам в Нью-Йорк сопровождался резким увеличением их высоты до 50–60 этажей*.
Их объемной форме стала присуща телескопическая ярусность, характерная на протяжении столетий для зданий колоколен. Применение ярусной формы было продиктовано не только традицией, но и реальным местным законодательством 1916 г. о зонировании высоты зданий (регулярными уступами от красной линии для обеспечения инсоляции территории и зданий).
Наиболее активное строительство небоскребов начинается в середине 1920 гг. и завершается в 1930 под влиянием великой экономической депрессии. Всего за этот период в городе было возведено более 120 высоток. Большинству из них присущ стиль ардеко.
Пионером в его применении был арх. Р. Худ, построивший в 1924 г. в стиле ар-де- ко небоскреб Америкэн Редиейтер-билдинг.
Архитектурная композиция небоскребов этого периода строилась на выявлении и всемерном подчеркивании их вертикализма. Этому способствовали и регламентированная ярусность объемов, и членения фасадов лопатками и тягами, и пирамидальное вен- чание. В отличие от лапидарных форм чикагской школы членения в ар-деко более декоративны и сопряжены с ассимиляцией исторических архитектурных форм (преимущественно готических) в достаточно свободной трактовке. Применены готические приемы декорации уступов объема здания шпилями, пинаклями, башенками и венчание всего здания шатром (например, в форме шатра веницианской кампанилы). Наряду с этим шатровое венчание могло получить совершенно иной «знаковый» декор, придающий зданию узнаваемую принадлежность. Так декор шатра красиво стилизованными ярусами автопокрышек отмечает принадлежность высотного офиса Крайслер-билдинг знаменитой автомобилестроительной фирме.
Стиль ар-деко присущ композиции наиболее знаменитого и самого высокого здания этого периода – небоскребу Эмпайр-стейт-билдинг, построенному в 1931 г. Его высота (395 м.), оставалась непревзойденной в течение последующих 40 лет. Эмпайр-стейт билдинг, как и Крайслер-билдинг увенчан шпилем (рис. 5.1).
* Первые небоскребы Нью-Йорка – Зингер-билдинг высотой 184 м (53 этажа) построен арх. Э.Флеггом в 1906–1908 гг., второй – Метрополитен-тауэр арх. Н. Ле Бренцем высотой 210 м в 1909 г., третий – 60-этажный Вулворт-билдинг высотой 225 м в 1913 г. арх. К.Джильбертом.
109