Актуальные конструктивные решения для строительства небоскребов

В Российской Федерации к категории «высотных» относятся здания, имеющие высоту свыше 75 метров (22-25 этажей и более). На сегодняшний день в нашей стране наблюдается рост строительства небоскребов. Это обуславливается ростом необходимого жилья в геометрической прогрессии, а также возможности снижения потери пространства.

Актуальными вопросами при строительстве высотных зданий являются обеспечение пространственной жесткости и прочности. В строительстве небоскребов могут использоваться различные конструктивные решения, каждые из которых имеют индивидуальные преимущества, недостатки и особенности. В рамках текущей статьи предпринимается попытка систематизации основной информации относительно конструктивных решений по данным параметрам.

Материалы и методы

Автором применяются такие методы научного исследования, как анализ и синтез. Основной базой для исследования стали зарубежные и отечественные научные материалы. Автором проводится комплексный анализ проблемы и представляются наиболее актуальные конструктивные решения, выбор которых основан на анализе научной литературы.

Результаты и обсуждение

Конструктивные решения в высотных зданиях представляют собой инженерные и архитектурные методы, применяемые для проектирования и строительства зданий с большой высотой. Эти решения необходимы для обеспечения стабильности, прочности и безопасности таких зданий, учитывая их выдающуюся высоту. Они включают в себя использование высокопрочных материалов, таких как сталь и железобетон, специализированные системы укрепления фундамента, а также методы ветровой и вибрационной защиты. Эти решения позволяют строить небоскребы, обеспечивая их устойчивость к ветровым нагрузкам, сейсмической активности и другим факторам, специфичным для высотных архитектур [1, с. 260].

Конструктивные решения высотных зданий играют ключевую роль в создании городских образов и обеспечивают эффективное использование ограниченных площадей, что особенно важно в условиях городской плотности. Современные конструктивные решения при строительстве высотных зданий являются весьма разнообразными. Далее представлены наиболее актуальные и современные конструктивные решения при строительстве высотных зданий:

• система с несущими стенами (бескаркасная). Данная система представляет собой один из подходов к конструкции зданий, при котором стены выполняют не только функцию разделения пространства, но и несут нагрузку от этажей и кровли. Системы с несущими стенами обладают высокой жесткостью как следствие большой массы. Примером высотного здания, построенного с использованием данной конструкции является жилой дом «Colonia-Haus» высотою 147 м (42 этажа) в г. Кёльн (рис. 1, а) [2, с. 116];
• каркасная система с диафрагмами жесткости (рамно-связевая схема). Данная система является одним из наиболее распространенных и эффективных методов конструкции небоскребов. Характерными особенностями высотного строительства при использовании данной системы является то, что стена-диафрагма выполняется в виде монолитного железобетонного или сталежелезобетонного ствола жёсткости. При этом каркас выполняется из монолитного железобетона, а повышение прочности каркаса происходит в результате применения горизонтальных поясов жесткости. Примером высотного здания, построенного с использованием данной конструкции является высотный комплекс «Федерация» (высота башни «А» – 242 м) в г. Москва (рис. 1, б);
• системы с мега-колоннами. Данные системы - это один из инновационных подходов к строительству небоскребов, в которых используются крупные и жесткие столбы для обеспечения жесткости и устойчивости здания. Комбинация стального проката и высокопрочного железобетона позволяет модифицировать существующие конструктивные системы и, как следствие, строительство сверхвысоких зданий. Примером высотного здания, построенного с использованием данной конструкции является «Shanghai World Financial Centre» (высотой 492 м) в г. Шанхай (рис. 1, в) [3, с. 205].

Дополнительно можно отметить одно из наиболее современных и перспективных конструктивных решений при строительстве небоскребов - система «НexaGrid». Система состоит из располагающейся по периметру здания сети диагональных связей, образованных в результате пересечения её диагональных и горизонтальных составляющих. На рис. 1, г представлена трехмерная модель данной системы. Однако важно отметить, что на текущий момент времени развитие данной системы остается только на теоретическом уровне, а ее использование на практике отсутствует. Это новая и в то же время достаточно перспективная система, однако требующая дополнительных исследований перед использованием в строительстве на практике [4, с. 36].

Рис. 1. Конструктивные решения небоскребов: а - бескаркасная;

б - рамно-связевая схема; в - системы с мега-колоннами;

г - система «НexaGrid»

В табл. 1 представлена информация относительно преимуществ и недостатков представленных конструктивных решений:

Таблица 1

Конструктивные решения высотных зданий

Заключение

Таким образом, основной целью представленной статьи являлось выполнение анализа по наиболее актуальным и современным конструктивным решениям для строительства небоскребов. В результате работы определена актуальность и необходимость развития вопросов, связанных с строительством высотных зданий, а также представлены наиболее значимые в современных реалиях конструктивные решения при рассмотрении данного вопроса. Автором проведен анализ, в результате которого получены систематизированные результаты относительно особенностей, преимуществ и недостатков использования каждого из выделенных конструктивных решений.

В заключение необходимо отметить, что выбор той или иной конструкции напрямую зависит от решаемых строительных задач и назначения здания. Однако учитывая трудозатраты и экономическую эффективность, наиболее выделяющимся вариантом конструктивного решения является рамно-связевая схема, по принципу которой возведен высотный комплекс «Федерация» (высотой от 242 до 352 м) в городе Москва и системы с мега-колоннами, по которой построено одно из самых высоких зданий в мире «Shanghai World Financial Centre» (высотой 492 м) в городе Шанхай.

1. Кузнецов В.А., Вильданов Р.Р., Тамбовцева Е.Е. Конструктивные схемы небоскрёбов // Международный журнал прикладных наук и технологий «Integral». 2018. №4. С. 255-261.
2. Симонян С.Э. Современные конструктивные решения высотных зданий на примере лахта-центра // Научный журнал. 2021. №3 (58). С. 115-117.
3. Гранкина Д.В., Иванов Н.В., Коняхин В.О. Современные конструктивные решения высотных зданий на примере строительства Лахта-центра // ИВД. 2018. №4 (51). С 200-211.
4. Барцайкин Д.О. Обзор конструктивных решений высотных зданий // Вестник науки. 2020. №7 (28). С. 35-38.