Освоение в Беларуси высотного строительства, безусловно, ознаменует переход на совершенно новый, более высокий научно-технический уровень применения отечественных строительных конструкций, материалов и технологий. На сегодняшний день строительный комплекс располагает определенным научно-техническим потенциалом, апробированными на практике научными разработками, а также опытом проектирования и возведения многоэтажных, приближающихся по своим характеристикам к высотным, уникальных объектов – Национальной библиотеки Беларуси, храмов (по ул. Калиновского) в Минске и Калининграде со сложнейшими архитектурными формами. Наряду с другими организациями Институт БелНИИС принимал самое непосредственное участие в научном сопровождении строительства этих объектов, разработанные нами опалубочные технологии использовались также при возведении 22 и 24этажных зданий в Москве.
Объективно мы уже подошли к освоению нового этапа градостроительной деятельности. Однако громадный комплекс проблем, присущий высотному строительству, – архитектурных, инженерных, связанных с эксплуатацией и обслуживанием современных высоток, ставит перед научными и инженернотехническими работниками, проектировщиками, строителями, подразделениями по борьбе с чрезвычайными ситуациями весьма ответственные задачи, которые необходимо решить.
В настоящее время Республика Беларусь не располагает руководящими документами в области проектирования, экспертизы проектной документации, производства и контроля качества работ, эксплуатации и обеспечения комплексной безопасности высотных зданий. Следует отметить, что такой базы в полной мере не имеют и соседние страны СНГ – Российская Федерация и Украина. Несмотря на это, они активно включились в процесс высотного строительства, привлекая иностранных специалистов для проектирования.
На сегодняшний день в Москве действуют МГСН (Московские городские строительные нормы) 4.19–05 “Многофункциональные высотные здания и комплексы”, носящие временный статус на период накопления опыта строительства, в СанктПетербурге – ТСН (Территориальные строительные нормы) 31–332–2006 “Жилые и общественные высотные здания”, разработанные с учетом московских норм и широкого использования зарубежного опыта. Строительство высотных зданий в Киеве в условиях отсутствия собственной нормативнотехнической базы по решению Госстроя Украины ведется как экспериментальное с помощью коллег из Российской Федерации и дальнего зарубежья.
По всей видимости, и нам не стоит стремиться сначала к наработке собственной всеобъемлющей нормативной базы. Ведь аргументированно сформулировать нормативные требования могут те, кто спроектировал не одно и не два таких здания. Целесообразнее, по примеру киевских коллег, пойти путем создания экспериментальных проектов с разработкой для них технических заданий, осуществляя при этом научное сопровождение проектирования и строительства с обязательным мониторингом как в ходе возведения сооружения, так и его эксплуатации. При этом считаем необходимым привлечение к процессу зарубежных консультантов и специалистов, с помощью которых можно будет не только обогатить творческий багаж отечественных проектировщиков, но и, главное, застраховаться от ошибок, на которые мы не имеем права. И таким образом нарабатывать научнопрактический багаж, который ляжет в основу нормативной базы по проектированию высотных зданий.
Их высота, кстати, тоже вопрос принципиальный, особенно по отношению к первым объектам. Стремиться к рекордам совершенно ни к чему, надо двигаться постепенно. Тем более, что начиная проект, важно не только обеспечить его соответствие современным техническим, эстетическим и эксплуатационным требованиям, но и в полной мере осознать его финансовую составляющую, соизмеряя с реальными возможностями инвестора.
Известно, что в целом удельная стоимость общей площади высотных зданий значительно превосходит этот показатель для зданий массового строительства. К примеру, стоимость 1 м2 жилья в киевских 30–40этажных домах составляет в среднем 2500 долларов США, тогда как в зданиях массового строительства –1400–1600 долларов. В то же время удельная стоимость общей площади высотного здания Петронас Тауэрс в г. КуалаЛумпур (Малайзия) составила 3725 долларов США.
С экономической точки зрения эти цифры оправданы в условиях дефицита свободных участков застройки (Япония, Тайвань, другие островные государства), жесткого ограничения по инженерногеологическим условиям (прибрежные зоны) и высокой стоимости земельных участков в мегаполисах и крупных городах.
Накопленный за рубежом опыт говорит, что с учетом стоимости земли оптимальными по экономическим показателям являются 30–50этажные здания. Все, что выше, возводятся, как правило, или из соображений архитектурной необходимости, или престижности.
Удорожание единицы общей площади высотных зданий обусловлено этажностью, объемами и условиями производства строительномонтажных работ, сложной инженерной “начинкой” и обеспечением комплекса требуемых мер безопасности. Влияние этажности и отдельных факторов на стоимость высотных зданий показано на рис. 1 [1].
При внешней архитектурной простоте высотки имеют сложные конструктивнотехнологические и объемнопланировочные решения со специфической организационной структурой. Совершенно очевидно, что к ним предъявляются гораздо более высокие по сравнению с обычными зданиями требования пространственной прочности и надежности, долговечности и эксплуатационной безопасности.
Выполнить эти требования, придавая главное значение только конструктивной схеме здания, невозможно без современных инженерных систем жизнеобеспечения и комплекса противопожарной защиты, которые должны быть увязаны в единое целое в конечном проекте. Особо нужно подчеркнуть, что это не второстепенные вопросы, как иногда склонны считать, а звенья одной цепи, разрыв которой неизбежно будет угрожать безопасности всего сооружения.
И если каркас высотного здания собственными силами мы в состоянии возвести, то проектирование инженерных коммуникаций (вентиляции и кондиционирования, водоснабжения и канализации, мусороудаления и других систем, обеспечивающих бесперебойное функционирование дома) представляет довольно серьезную проблему для отечественной практики. Если взглянуть на ситуацию реально, самостоятельно решить эту чрезвычайно сложную инженерную задачу вряд ли удастся. Крайне важен также вопрос оснащения высотных сооружений скоростными, безопасными и бесшумными лифтами большой грузоподъемности. Особая ответственность ложится на органы противопожарного надзора, которые должны предусмотреть не только повышенные требования к огнестойкости конструкций и материалов, но и современные системы противопожарной защиты, мониторинга, локализации пожара, пути и средства безопасной эвакуации людей, аварийные системы жизнеобеспечения.
Проектирование и строительство ограждающих конструкций, систем инженерного обеспечения и комплексной безопасности высотных зданий требуют специального информационного обеспечения, детального изучения и обобщения мирового опыта, решения широкого спектра задач при помощи специалистовпрактиков из разных стран мира.
Вместе с тем следует отметить, что в рассматриваемой комплексной проблеме по освоению совершенно нового вида строительства в Беларуси существенный технический прогресс достигнут в технологиях монолитного бетона, зимнего бетонирования, опалубочных технологиях. С полной ответственностью можно заявить, что в принципе мы готовы без нормативов, осуществляя научное сопровождение, возводить каркас из монолитного бетона.
Остановлюсь на особенностях технологии строительства высотных зданий. Одна из важнейших задач – выбор материала для несущих конструкций, на долю которого приходятся наибольшие (до 37–40 %) затраты. В практике строительства первых небоскребов в США несущий каркас выполнялся из стальных элементов, но в современных высотках такие решения встречаются все реже. В Европе упор сделан на железобетон, ему же отдают предпочтение включившиеся в высотную гонку страны ЮгоВосточной Азии (рис. 2). Применение железобетона в зданиях высотой до 70 этажей позволяет повысить их жесткость, огнестойкость конструкций, обеспечить большую устойчивость, обусловленную их большим весом, быстрое затухание колебаний и, что немаловажно, механизировать производство бетонных конструкций.
В первых московских зданиях высотой 40–50 этажей, разработанных ЦНИИЭПжилища, применен бетон классов В30 и В35. В зарубежной практике для возведения вертикальных несущих конструкций используют бетон прочностью до 60 МПа. Для снижения массы высотного здания целесообразно использовать бетоны более высоких классов В60–В80. Так, при возведении сооружений ММДЦ “МоскваСити”, в частности комплекса “Федерация”, для железобетонного каркаса применен бетон классов В60 и В80–В90.
Свидетельством использования каркаса из монолитного бетона являются строящиеся в последнее время высотные комплексы в Москве, Киеве, Астане, Варшаве (рис. 3). Самое грандиозное сооружение высотой 800 м, основанное на монолитном каркасе, возводится в Дубае.
Требования к бетону как конструкционному строительному материалу для высотных зданий становятся особенно жесткими. И без современных технологий модификации монолитного бетона, обеспечивающих необходимую морозо-, огне, ударостойкость и долговечность при агрессивных воздействиях, в высотном строительстве не обойтись.
Причем требуются непрерывное производство бетона в больших количествах и подача его на большие расстояния, как по горизонтали, так и по вертикали без изменения его реологических свойств. Присутствие мощных бетононасосов является обязательным условием таких строек. Опыт возведения Национальной библиотеки показал, что при бетонировании массивных конструкций крайне важно обеспечить непрерывную подачу бетонной смеси и соответствующий уход за свежеуложенным бетоном. Такой режим производства работ в сочетании с использованием самоуплотняющихся смесей гарантирует монолитность конструкции и исключает образование усадочных трещин.
Учитывая уникальность и срок эксплуатации высотных зданий, составляющий не менее 125–150 лет, особое внимание следует уделять нетрадиционным решениям наружных ограждающих конструкций (в первую очередь стен и заполнений проемов), долговечности и ремонтопригодности их наружной отделки.
Очень важен вопрос скоростного строительства высоток, а это уже, образно говоря, дело техники. Здания, как правило, возводятся темпами не ниже 4–5 этажей в месяц. Максимально задействуется способ совмещения работ по возведению каркаса, устройству наружного ограждения и фасада, разрыв между данными видами работ составляет 5–7 этажей (рис. 4). Понятно, что при этом нужны совершенно другие способы обеспечения техники безопасности.
Для ведения строительномонтажных работ на больших высотах понадобится современное грузоподъемное оборудование, обеспечивающее необходимую скорость перемещения грузов и точность монтажа конструкций, – высотные приставные башенные краны или краны, располагаемые наверху здания (рис. 5). Возведение монолитных конструкций потребует применения новых самоподъемных опалубочных систем, шахтных грузовых и пассажирских подъемников, систем глобального геодезического позиционирования и другого оборудования.
Следует учитывать, что на высоте более 100 м изза ветров и туманов краны не всегда могут полноценно работать, и использовать их можно максимум 4–5 дней в неделю, а строить за это время нужно не менее этажа. Поэтому на высоте должны применяться в основном самоподъемные на гидравлическом приводе опалубочные системы, для перемещения рабочих, инструментов, стройматериалов – грузовые и пассажирские подъемники. Возведение фасадных элементов ведется с подвесных подмостей и лесов (рис. 6).
Важным и обязательным условием высотного строительства является его научнотехническое сопровождение и осуществление мониторинга поведения здания, инженерных систем в процессе строительства и эксплуатации. Специальные датчики, установленные под фундаментом, встроенные в конструкции по всей высоте сооружения, должны постоянно отслеживать их состояние, фиксируя всевозможные отклонения или деформации. Особенно важно получать такую объективную картину на стадии возведения объекта, чтобы на ее основании судить о дальнейшем поведении сооружения, а главное, при необходимости своевременно вносить коррективы в ход проектирования и строительства.
В схеме высотного строительства главными являются три выработанных мировой практикой принципа – эффективность, безопасность и экономичность, которые должны стать основополагающими для нас. Существуют и правила по архитектуре высотных сооружений. И все же многие из них, построенные в разных точках земного шара, несут на себе неуловимый отпечаток того окружения, в котором возникли. Поэтому, на наш взгляд, первая отечественная высотка, которая рано или поздно появится, должна быть именно белорусской, не повторяя один к одному очертания многочисленных прямоугольников в стекле, разбросанных по миру. Слово за архитекторами Беларуси.
Литература
1. Николаев С.В. Безопасность и надежность высотных зданий – это комплекс высокопрофессиональных решений // Уникальные и специальные технологии в строительстве. 2004. № 1. С. 8–18.