- Компенсаторы
- Резервуарное оборудование
- Газовое оборудование
- Детали трубопровода
- Трубопроводная арматура
- Гидрогеологическое оборудование
- Циклоны пылеуловители
- Другое оборудование
- Строительные материалы
Архитектурное проектирование высотных зданий и комплексов
Строительство первых высоких зданий восходит к древним временам. Здания с несущими стенами высотой до десяти этажей гроились еще в городах Римской империи. В XIX в. наблюдалось быстрое расширение городов, и увеличивающаяся плотность населения способствовала возрождению высоких зданий, исчезнувших со времен падения Римской империи.
Возведение высотных зданий способствовало развитию не только строительства, но и техники, совершенствовались методы возведения зданий, их внутренние инженерные системы и оборудование. Благодаря развитию высотных зданий появился и усовершенствовался лифт, системы противопожарной защиты, системы безопасности зданий, конструктивные расчеты, появились новые строительные материалы и т.п. Высотное строительство продолжает влиять на мировое развитие архитектуры.
Одними из главных причин возведения высотных зданий являются быстрый рост городского населения, повышение жизненного ровня, увеличение концентрации населения в крупных мегаполисах, природоохранные мероприятия – все это предопределяет необходимость роста этажности зданий.
Первые многоэтажные здания стали возводиться в Чикаго (США) в конце XIX в. Чикаго в конце XIX в. являлся крупным промышленным центром, в нем стремительно велось строительство зданий – конторских, гостиниц, страховых фирм. Возрастающая высота зданий стала логическим следствием повышенного спроса на здания и помещения в связи с быстрым ростом населения. Если в 1850 г. в Чикаго проживало около 300 тыс. человек, то уже в 1890 г. его население составляло 1,7 млн. Стремительный рост городского населения, высокая цена на земельные участки привели к необходимости возведения зданий повышенной этажности.
В 80-е гг. XIX столетия в Чикаго стали возводиться 12-14-16-этажные здания, размещаемые в одном квартале застройки. В других ородах США такие здания проектировались изолированно друг от друга. Этот прием стал одним из значительных вкладов в градостроительную практику застройки городов.
Многоэтажные здания строились преимущественно из кирпичa. Использование несущих кирпичных стен показало недостатки того материала: с повышением высоты зданий резко увеличивается толщина стен и, естественно, вес здания. Ограниченность рассматриваемой системы стала очевидной при строительстве в 1891 г. 16-этажного здания «Монаднок» в Чикаго, в котором толщина стен нижних этажей составляла 1,8 м (рисунок ниже). Такая толщина затрудняла освещенность помещений. Помимо этого применяемая перекрестно-стеновая система здания, состоящая из часто устанавливаемых стен, не позволяла организовывать большие открытые пространства, необходимые для торговых предприятий, располагавшихся, как правило, на первых этажах.
Здание «Монаднок»
а)
б)
в)
а – общий вид; б - эркеры в здании; в – фрагмент стены
Поиски новых конструктивных систем строительства высотных зданий привели к применению каркасных конструкций, что явилось первым условием строительства высотных зданий. При этом при применении чугунного, а затем стального каркаса стало возможным увеличить высоту здания и устраивать большие проемы. Этому предшествовало развитие прогрессивных теорий и, в частности, теоретические работы французского архитектора Виолле ле Дюка, провозгласившего: «Современная металлическая конструкция открывает совершенно новую область для развития архитектуры».
Развитие металлического каркаса продолжалось более 100 лет. Требовалось не только изучить чугун как строительный материал, но и разработать методы его изготовления. Это привело к исследованиям особенностей нового материала для разработки совершенных форм элементов и конструктивных решений.
В XIX в. начинает применяться рамная система. Ведется строительство мостов, заводов, складских помещений, выставочных залов. В 1801 г. в г. Манчестере (Англия) было построено семиэтажное здание фабрики шерсти с чугунными колоннами и балками (арх. Д. Уатт). Впервые в этом здании были использованы балки двутаврового сечения (рисунок ниже). Эта фабрика заложила основу дальнейшего совершенствования конструкций, которое в 90-е гг. XIX столетия привело к появлению стального каркаса в г. Чикаго.
Пролет здания с чугунными колоннами и двутаврами
Построенный для Лондонской международной выставки 1851 г. «Кристалл палас» выявил первые характеристики автономности чугунного каркаса.
Тяжелые конструкции массивных стен (основа архитектурных стандартов того времени) уступили место легким конструкциям в виде деревянно-чугунного каркаса и остекления. Членение внутреннего объема здания привело к применению больших листов стекла (длиной 1,25 м), а разработка метода строительства стала частью проектирования.
Здание «Лайтхауз» в г. Блэк-Харбор, построенное в 1843 г., было первым сооружением в Соединенных Штатах со сварным стальным каркасом. Десять лет спустя было построено несколько зданий с внутренним каркасом и наружными несущими стенами из кирпичной кладки. Внутренний каркас состоял из литых чугунных колонн, поддерживавших стальные балки.
Архитектор Вилльям ле Барон Дженни усовершенствовал каркасную систему при строительстве в 1883 г. 10-этажного здания, имевшего высоту 55 м («Хоум Иншуренс билдинг» Чикаго) (рисунок ниже). Это было первое высокое здание, несущими конструкциями которого являлся металлический каркас, а кирпичные наружные стены – только самонесущими. Это здание стало известным благодаря массе инноваций, таких как использование прокатных Г-образных балок, высокий уровень пожарной безопасности за счет противопожарных перегородок из каменной кладки, быстрая и безопасная система эвакуации. Здание было разрушено в 1931 г.
Здание «Хоум Иншуренс билдинг»
Второе десятиэтажное здание «Рэнд Макнелли билдинг» (Чикаго, 1889), построенное Бэрнхэмом и Рутом, имело первый полностью стальной каркас. Те же архитекторы при проектировании 20-этажного здания «Масоник темпл» (Чикаго, 1895) (рисунок ниже) предусмотрели вертикальные диафрагмы, работающие на сдвиг. При такой высоте ветровые нагрузки становятся важным фактором проектирования. Для повышения боковой жесткости стального каркаса архитекторы ввели диагональные связи в плоскости рам наружных стен, создав вертикальную решетчатую конструкцию или стену-диафрагму.
Здание «Масоник темпл»
Дальнейшее совершенствование проводилось в большой степени в направлении разработки новых конструктивных схем каркасов, улучшения свойств материалов несущих конструкций и совершенствования методов возведения.
До того как с развитием металлических каркасов появились высотные здания, необходимо было решить проблему вертикально транспорта в здании. Важным изобретением явилась разработ безопасного лифта, что стало вторым важным условием развития высотного строительства. В 1853 г. Элайша Грейвс Отис представ первый механический лифт на паровом ходу, который безопасно и с комфортом обеспечивал подъем пассажиров. Первый лифт появился в 1851 г. в нью-йоркском 5-этажном здании на Пятой авеню. Эта рельсовая система вертикального подъема была усовершенствова в 1866 г. до подвесной системы, однако потенциальные возможности лифтов в высотных зданиях были впервые реализованы при строительстве в Нью-Йорке в 1870 г. здания компании «Эквитэйбл Лайф Иншуренс». Однако применяемая гидравлическая система, которая приводила в действие лифт (она использовалась во «Флеэтайрон билдинг» до 1903 г.), обеспечивала скорость до 20 см/с. В дальнейшем рельсовая схема вертикального подъема была усовершенствована и в 1866 г. была заменена подвесной системой. В 1880 г. немец Вернер фон Сименс продемонстрировал первый электрический лифт. Однако только в 1889 г. первый электричесю лифт был установлен в офисном здании в Нью-Йорке.
Усовершенствование велось и в отношении увеличения скорости подъема лифтов, что позволяло беспрепятственно увеличивать высоту зданий. В настоящее время скоростные лифты в сверхвысотных зданиях (высотой более 400 м), таких как Тайпейский финанс вый центр, «Петронас тауэр», «Джин Мао», Гонконгский финансовый центр, работают со скоростью более 7 м/с; подъем в них на высоту 50 этажей занимает всего 1 мин. В Японии есть лифты, двигающиеся со скоростью 12,5 м/с. Лифты в Финансовом центре Тайпея (архитекторы Ц.И. Ли и партнеры) имеют скорость подъем 16,7 м/с и около 10 м/с при спуске.
Третьим важным условием развития высотных зданий стал внедрение системы вентиляции, что обеспечило возможность perулировать внутренний микроклимат в помещениях здания. Эти технологические новшества создали возможность не так тщательно относиться к естественному освещению и вентиляции. Первое полностью вентилируемое здание было введено в эксплуатацию в США в 1923 г.
В 1890-х г. бетон начинает завоевывать себе место как строительный материал несущих конструкций. Такие проектировщики, как Август Перре, Франсуа Хеннебик и Тони Гарниер во Франции, Роберт Мэйлларт в Швейцарии, были первыми, кто раскрыл потенциальные возможности железобетона. А. Перре первым использовал железобетонные конструкции в качестве несущего каркаса при высотном строительстве и продемонстрировал его архитектурные возможности на примере «Франклин аппартмент билдинг» (Париж, 1903). В это же время появилось первое высотное здание с железобетонным каркасом в г. Цинциннати – 16-этажное здание «Ингэлл билдинг». В течение первой половины XX столетия здания с железобетонными конструкциями все же строились эпизодически.
Несмотря на непрерывное развитие строительства небоскребов, применение все новых конструктивных решений – колонн, рам, навесных фасадов, достижение все большей высоты зданий, теория архитектуры отставала от практики строительства. Поэтому технические новшества не повлияли на архитектурную выразительность высотных зданий, и только после разработки новых теоретических положений это направление стало развиваться, воспринимая все прогрессивные решения в области архитектуры и строительства.
На примере крупных и крупнейших городов России можно проследить последовательное увеличение этажности массовых жилых зданий. Так, в 60-70-е гг. прошлого столетия возводились 5-этажные, 80-х гг., 9-12-этажные, в 90-х – 16-17-этажные, а в новом столетии строятся 22-25-этажные, активно возводятся высотные здания. При непрерывном росте городов и превращении их в мегаполисы перед архитекторами стоят проблемы расселения городских агломераций, контроля за расширением границ городов, преобразования пригородов, самое главное – эффективного использования территорий, создали сети разных ступеней обслуживания, т.е. развития инфраструктуры, также повышение уровня архитектурно-художественных качеств жилой среды. С возведением небоскребов изменяются очертания городской застройки (так называемый скайлайн), высотное очертание города, появляются новые силуэтные точки, преобразовывается организация жизненного пространства как внутри самих зданий, так и районов их застройки. Высотные здания возводятся во многих странах и являются показателем экономического прогресса, мощи государств и престижа ведущих компаний и фирм. При этом строительство высотных зданий является импульсом для разработки комбинированных конструкций, развития новых технологий производства и строительства, создания более мощных монтажных механизмов, применения новых высококачественных материалов. Были разработаны новые методики расчета металлических каркасов, весивших тысячи тонн. Металлургия освоила прокат стальных колонн и балок каркасов. Применение в качестве ядер жесткости монолитного железобетона стимулировало развитие новых видов заполнителей и технологий.
Небоскребы являются чрезвычайно сложными архитектурными, инженерными и функциональными организмами. Для обеспечения водоснабжения и канализации по высоте устраивается ряд технических этажей. Кабины лифтов, число которых в ряде высотных зданий достигло 100, стали более вместимыми (до 50 и более человек). Для рациональной организации работы лифтов на определенных этажах появились пересадочные холлы. Были изобретены мощные «растущие» краны, которые «вырастают» вверх по мере возведения здания, усовершенствовано санитарно-техническое и другое инженерное оборудование. Для фасадов изобретены прочные цветные облицовочные стекла и многие другие строительные материалы.
В ходе анализа зарубежных норм выяснилось, что в мировой практике отсутствует четкое понятие определения высоты здания. В отечественных нормативных документах высотным считается общественное здание выше 55 м, жилое – выше 75 м. При этом высота определяется разностью отметок поверхности проезда для пожарных машин и нижней границы открывающегося проема окна верхнего этажа здания. Уникальными, в соответствии с Градостроительным кодексом Российской Федерации, являются здание выше 100 м, большепролетные сооружения и здания, имеющие пролеты более 100 м и консоли более 20 м, глубина подземного этажа которых ниже – 15 м. В Германии, опираясь на некоторые критерии пожарной безопасности и эффективной эвакуации, высотными являются здания, в которых пол хотя бы одного занятого помещения расположен на высоте более 22 м (7 этажей) от уровня земли. В своих сравнительных исследованиях такие международные базы данных, как skyscrapers.com, приняли за эталон здания высотой в 35 м или 12 этажей.
Одной из ведущих организаций, определяющей высотность зданий в мировой практике, является Совет по высотным зданиям и городской среде (Council on Tall Buildings and Urban Habitat), который предлагает четыре критерия измерения высоты здания (во всех случаях измерения производятся от уровня тротуара перед главным входом в здание):
- конструктивная высота здания – высота от уровня тротуара до наивысшей точки конструктивных элементов здания (включая шпили и исключая телевизионные и радиоантенны и флагштоки);
- до наивысшего доступного этажа – высота здания до уровня пола наиболее высокого доступного этажа;
- до наивысшей точки крыши – высота здания до самой высокой точки крыши;
- до кончика антенны/шпиля – высота здания до самой высокой точки антенны, шпиля и т.п.
Таким образом, не только в России, но и в мире нет единого понимания, как определять высоту здания. В нашей стране высота здания определяется от уровня проезжей части до низа проема, расположенного на последнем эксплуатируемом этаже.
Между тем важно не только четкое определение высоты здания, но и его архитектурно-художественное решение, которое не может не зависеть от его функционального назначения. Построение объема, композиция фасадов, художественное решение деталей должны раскрывать назначение здания, создавая соответствующее эмоциональное настроение человека, привлекая к нему посетителей или делая, наоборот, закрытым. С этих позиций принятое архитектором архитектурно-художественное решение здания должно оцениваться градостроительным советом, поскольку определение типа здания и соответствующего ему архитектурно-планировочного и архитектурно-художественного решений влияет на экономическую эффективность проекта как при строительстве, так и эксплуатации его потребительские качества.
Архитектурная типология высотных зданий, номенклатура типов и соответствующие им архитектурные решения требуют глубокого изучения.
Понятие «типология» обозначает метод научного познания, в основе которого расчленение систем объектов и их группировка с помощью обобщенной, идеализированной модели или типа. Используется в целях сравнительного изучения существенных признаков связей, функций, отношений, уровней организации объектов, как сосуществующих, так и разделенных во времени.
Архитектурная типология высотных зданий и комплексов изучает социально-экономические, функциональные, архитектурно планировочные, объемно-пространственные, инженерно-технические условия, а также требования безопасности жизнедеятельности. Систематизирует и разрабатывает основные принципы формирования высотных зданий и комплексов с учетом их специфических характеристик. Выявляет влияние социально-экономических, природно климатических, архитектурно-художественных, градостроительных и других факторов на формирование архитектуры высотных зданий. Помимо этого типология определяет классификацию и номенклатуру типов и видов зданий и комплексов, устанавливает основные параметры и требования норм проектирования, состава, размеров, характера функциональных связей помещений и зон, их габариты и площади. Деление зданий на типы является основой для исследования и создания нормативной базы по их проектированию.
Решая непростые объемно-планировочные решения высотных зданий со специфической архитектурно-конструктивной структурой следует помнить и о сложных технологических решениях. Совершенно очевидно, что к системам, применяемым в высотном строительстве, предъявляются гораздо более высокие по сравнению с обычными многоэтажными зданиями требования пространственной прочности и надежности, долговечности и эксплуатационной безопасности.