Высотные здания, их конструктивные решения. Архитектура Бурдж-Халифа, г. Дубаи

В большинстве современных высотных зданий, имеющих, как правило, достаточно большую глубину, при компоновке объемно-планировочного решения стремятся максимально открыть внутреннее пространство и освободить его от несущих элементов. Это продиктовано как необходимостью создания условий для свободной планировки этажей, так и требованиями противопожарной защиты вертикальных несущих конструкций. Последние при относительно большом шаге целесообразно располагать в угловых зонах помещений и других местах с ограниченным доступом и обзором. При этом колонны, пилоны и другие элементы могут быть защищены от воздействия высоких температур и декоративно оформлены.

При шаге несущих конструкций более 9м применение плоских или ребристых монолитных железобетонных перекрытий с обычной стержневой арматурой становится экономически и технически нерациональным. В этом случае используют ребристые перекрытия, в которых балки армируют жесткой арматурой из прокатных или сварных стальных профилей. Использование жесткой арматуры в первую очередь продиктовано необходимостью ограничения прогибов, а также повышения огнестойкости перекрытия.

Несмотря на достаточно высокие технико-экономические и эксплуатационные показатели монолитного железобетона, такие конструкции имеют достаточно большой собственный вес, что в ряде случаев приводит к дополнительному увеличению материалоемкости колонн и фундаментов. В практике строительства высотных зданий в США и ряде других стран получили распространение сталебетонные сборно-монолитные конструкции перекрытий. Они представляют собой систему несущих стальных балок (балочную клетку), объединенных по верху монолитной железобетонной плитой. Для устройства плиты применяют несъемную опалубку из профилированного стального настила, который в замоноличенной конструкции выполняет функции внешнего армирования.

Для обеспечения требуемой огнестойкости  междуэтажных перекрытий все открытые стальные конструкции должны быть защищены от огневого воздействия. Противопожарную защиту выполняют с помощью специальных изделий, например из каменной ваты, а также различных обмазок, вспучивающихся при высокотемпературном нагреве. Обычно устройство такой защиты стальных конструкций от огня не вызывает проблем, поскольку все элементы перекрытия расположены в пространстве между плитой и подвесным потолком, который также может быть выполнен из огнестойких материалов.

Лестнично-лифтовые узлы

Лестнично-лифтовые узлы (ЛЛУ) высотных зданий играют особую роль в обеспечении сообщения между этажами и эвакуации людей в случае возникновения чрезвычайных ситуаций. В зависимости от компоновочного и объемно-планировочного решения ЛЛУ могут совмещать функции путей сообщения и эвакуации или выполняться раздельно. В обоих случаях к их техническому оснащению предъявляют определенные требования, связанные с обеспечением параметров безопасности.

Обычно ЛЛУ располагают в центральной части высотных зданий. Как правило, он размещается в пределах центрального ствола строений с каркасно-ствольной, коробчато-ствольной или аналогичными несущими системами. Предел огнестойкости конструкций лестнично-лифтового узла принимают по национальным нормам проектирования, и в большинстве случаев он составляет 2 ч. Исходя из этого показателя, назначают толщину стен и перекрытий и выполняют их проектирование.

Конструктивные решения фундаментов.     

При проектировании и строительстве высотных зданий особое место занимают проблемы обеспечения надежности оснований и конструкций подземных частей. Грунтовое основание является частью природной геологической среды, его свойства обладают большей изменчивостью и с меньшей определенностью поддаются количественному описанию, чем свойства искусственно создаваемых, конструктивных элементов любого сооружения. Эти обстоятельства приобретают особую значимость при выполнении инженерных изысканий, проектировании и технологии строительства высотных зданий. Главная особенность высотных зданий по сравнению с обычными сооружениями заключается в том, что удельное давление на основание под фундаментной конструкцией достигает значительных величин. В частности, как показали проведенные наблюдения за рядом возведенных и эксплуатируемых высотных зданий, значения удельного давления достигают величин 500–800 кПа и более, что особенно опасно при наличии эксцентриситета приложения нагрузки. Помимо того фундаменты высотных зданий вовлекают в работу большие массивы грунтов, обладающие, как правило, существенной неоднородностью в плане и по глубине.      
     Увеличение размеров зоны влияния нужно учитывать при проектировании сооружений, примыкающих к высотному зданию, и при разработке мероприятий по защите окружающей застройки. Указанные геотехнические особенности высотных зданий делают необходимым существенное повышение требований к детальности и содержательности инженерных изысканий, к расчетам оснований и фундаментов, к выбору конструктивных типов фундаментов и технологий их устройства. 
     Эффективность технического решения фундамента высотного здания существенно возрастает при его заглублении. Глубина заложения фундаментов может составлять 15–25 м, а в отдельных случаях – 50 м. В настоящее время при проектировании и строительстве высотных зданий широкое применение получили три типа фундаментов: свайные, плитные и свайно-плитные. Свайный фундамент является наиболее надежным и, соответственно, самым распространенным типом фундаментов для высотных зданий. Данная конструкция фундамента применяется при строительстве на основаниях с малой несущей способностью или значительной неоднородностью. Свайный фундамент – наиболее дорогой тип, однако его применение, как показывает практика строительства и эксплуатации зданий, позволяет минимизировать величины осадки. В частности, по результатам мониторинга здания Коммерцбанка (Франкфурт-на-Майне), опирающегося на 111 буронабивных свай длиной 45 м и диаметрами 150–180 см, величина осадки составила 4,0 см, в то время как большинство возведенных в Центральной Европе высотных зданий на фундаментах плитного типа имели осадки 20–30 см.

Хронология  рекордов высоток.

Хотя в предыдущей истории человечества также строились  многоэтажные (в т.ч. узкие) здания и  даже целые города из них, первым небоскрёбом принято считать построенное в 1885 году в Чикаго здание Страховой компании, просуществовавшее до 1931 года. Первоначально оно имело всего 10 этажей и высоту 42 м; позднее, в 1891 году, были надстроены ещё два этажа, а высота здания выросла до 54,9 м. Автор проекта — американский архитектор Уильям Ле Барон Дженни — предложил новаторскую технологию строительства, при которой впервые был использован несущий каркас. Традиционно роль несущей конструкции выполняли внешние стены. Исходя из того, что удельная прочность стали примерно в 10 раз выше, чем у самого качественного бетона и каменной или кирпичной кладки, здания стали опираться на металлический каркас, поддерживающий как внешние, так и внутренние стены. Благодаря несущему каркасу общую массу сооружений удалось уменьшить почти на треть. Архитектор не решился полностью отказаться от других несущих конструкций, поэтому здание имело также несущую заднюю стену и гранитные колонны.

В полной мере переход  на несущий стальной каркас был осуществлён  при строительстве в 1891 году 11-этажной башни Уэйнрайта в Сент-Луисе по проекту архитектора Луиса Салливана. Башня Уэйнрайта также по праву может претендовать на звание первого небоскрёба.

Ещё одним архитектурным  элементом, без которого невозможно представить себе современный небоскрёб, является использование лифта. Впервые лифты в офисном здании появились в 1870 году в Эквитабл Лайф Билдинг  в Нью-Йорке.

Первоначально лифты  имели гидравлический привод, налагавший ограничение на высоту здания до двадцати этажей. В 1903 году фирма Отис разработала конструкцию лифта с электрическим приводом, в котором вес кабины, идущей вверх, частично был уравновешен весом второй кабины, идущей вниз. В результате этих нововведений были сняты ограничения на высоту подъёма. В ряде случаев оказалось практически целесообразным осуществлять подъём с пересадками.

Особенно остро борьба разворачивается в 20-е годы XX века в Нью-Йорке, где одно за другим были построены несколько высотных зданий, претендующих на звание «высочайшего здания в мире».

В 1913 году в Нью-Йорке  было закончено строительство небоскрёба Вулворт-Билдинг, соединившего в себе новейшие достижения строительной техники  и традиционную архитектору (неоготика). В течение 40 лет небоскрёб считался самым высоким зданием в мире и до сих пор пользуется особой любовью горожан.

Эта гонка заканчивается  в начале 30-х годов. В 1930 году закончено строительство Крайслер-билдинг. Его строительство инвестировал Уолтер Перси Крайслер, разместивший в этом здании офисы своей фирмы. Дизайн здания необычайно смел для того времени, его верхушка выполнена в виде нескольких повторяющихся сводов со всех четырёх сторон.

Не прошло и года, как 1 мая 1931 года был торжественно открыт Эмпайр Стейт билдинг, который установил новый рекорд высоты, продержавшийся до 1972 года. Примечательно, что здание было построено всего лишь за тринадцать месяцев.

Советский Союз в 1937 году начал сооружение в Москве самого высокого в мире небоскрёба Дворец Советов, но оно было остановлено Великой Отечественной войной, после которой проект возрождён не был.

Начиная с 70-х годов XX века и особенно ближе к рубежу XX и XXI веков соревнование за право называться самым высоким зданием в мире разгорается вновь. А разнообразие форм архитектурных конструкций, используемых при строительстве небоскрёбов, только усложнило сравнение высоты зданий.

В 1998году башни-близнецы Петронас-Тауэрс в Куала-Лумпуре перехватили у чикагской Сирс-Тауэр (ныне Уиллис-Тауэр) звание самого высокого здания по основному критерию измерения. Тем не менее, даже после появления в 2004 году нового лидера — Тайбэй 101, по альтернативному измерению высоты (до наивысшего кончика антенны — 527 м) Сирс-Тауэр опережал их до 2010 года, когда всех по любым из критериев безоговорочно обогнала Дубайская башня Бурдж Халифа, высота которой составляет 828 м (по шпилю) и 643 м (по крыше) и которая является единственным зданием с более чем полукилометровой высотой корпуса и более чем 150-ю этажами. Высочайший небоскрёб мира «Бурдж Халифа» из Дубая (Объединённые Арабские Эмираты) с большим отрывом превосходит не только все небоскрёбы, но и все прочие сверхвысокие сооружения (телебашни, мачты, трубы).

Готовилось, но было остановлено  ввиду экономического кризиса строительство  следующего самого высокого небоскрёба мира — 1400-метровой по шпилю, 850-метровой по крыше, 228-этажной Башни Накхил («Аль Бурдж») в Дубае.

История Бурдж-Халифа

Эмират Дубай — один из семи на территории ОАЭ. Трудно поверить, что еще недавно на месте одного из самых застраивающихся городов мира была пустыня и маленькое рыбацкое поселение. Сейчас Дубай — центр архитектурной жизни мира. Именно здесь развернулись стройки века, которые бьют рекорды высоты, длины, глубины и роскоши. Помимо четырех архипелагов, уже практически готовых к эксплуатации, мир Эмиратов примечателен шикарными архитектурными сооружениями, поражающих воображение.

В начале 2000-х годов правитель Дубая, шейх Мохаммед ибн Рашид Аль Мактум приступил к реализации плана по превращению своего эмирата в один из главных центров мирового туризма. Одним из пунктов этого плана, стало строительство нового района - Dubai Downtown, включающего в себя более 100 жилых и офисных зданий, отели, самый большой торговый центр, впечатляющие фонтаны и многие другие проекты. Но ключевым элементом нового района должен был стать самый высокий в мире небоскреб.

Весной 2002 года, дубайская строительная  компания Emaar, обратилась к архитектору Адриану Смиту с предложением спроектировать самое высокое здание в мире. Адриан Смит был выбран из-за его небоскреба Дзинь Мао, построенного в самом центре Шанхая. Генеральный подрядчик — строительное подразделение южнокорейской компании Samsung, которая  участвовала в строительстве башен-близнецов Петронас в Куала-Лумпуре. В 2003 году было выбрано место, на котором будет построен Бурдж Халифа. (Приложение 1)

Первоначальный проект был 518 метров в высоту, этого было достаточно, чтобы обогнать тогдашнего рекордсмена тайваньский небоскреб Taipei 101, высота которого 509 метров. Но на начальном этапе строительства проект менялся как минимум 7 раз, последние варианты предусматривали высоту 705 и 750 метров. Смит был не в восторге от постоянных требований изменить проект и предложил 5 окончательных вариантов башни, которые изменяться не будут. Emaar выбрали проект с высотой 828 метров.

Проект стартовал под названием Burj Dubai, строительные работы начались в январе 2004 года.

В декабре 2004 был завершен фундамент башни. (Приложение 2)

Почти год потребовался на возведение первых 10 этажей здания. Burj Dubai в сентябре 2005 года  (Приложение 3)

Закончилось строительство  в 2010 году. Здание планировали открыть 9 сентября2009 года одновременно с открытием Дубайского метро, но перенесли на январь 2010 года по причинам финансирования стороны застройщика. Торжественная церемония открытия башни состоялось 4 января 2010 года. На церемонии открытия башни выступил правитель эмирата Дубай,  нынешний вице-президент и премьер-министр ОАЭ шейх Мухаммед бен Рашед Аль Мактум, который сказал: «Отныне и навсегда эта башня будет носить имя „Халифа“ — „Бурдж Халифа“ в честь принца Халифа ибн Заид ан-Нахайян, второго Президента Объединенных Арабских Эмиратов.

Общие сведения

Дубай, как известно, город  самых высоких зданий в мире. По данным Википедии —к 2008 году в Дубае  построено 377 небоскребов, 295 строящихся и 380 запланированных к строительству. Башня Бурдж Халифа имеет высоту 828 метров, в ней разместилось 163 этажа без учета технических. Общая стоимость сооружения примерно 1,5 миллиарда долларов.

Башня является новым  деловым центром в Дубае. Здесь  размещены отели, офисы, торговые центры, квартиры. Отели размещены в нижних этажах здания , 700 роскошных квартир расположились начиная с 45-го этажа. 123 и 124 этажи представляют собой смотровую площадку на высоте 505 метров, здесь же расположен вестибюль. В помещения расположились более 500 произведений изобразительного искусства видных художников. Кроме того над основным зданием построена вышка, которая является телекоммуникационным центром. В здании установлено 65 двухэтажных высокоскоростных лифтов, способных развить скорость до 18 метров в секунду. Интересно, что башня на полном самостоятельном энергообеспечении: 61-метровая турбина, вращаемая ветром, массив солнечных батарей общей площадью 15 тысяч кв. метров. Здание оборудовано специальной системой кондиционеров.