Мегавысокие небоскребы — технологии строительства

Сейчас мы вступаем в эру «мегавысоких» зданий — так считает Совет по высотным зданиям и городской среде обитания (CTBUH). Мегавысокие небоскребы — это те, что одолели отметку высоты 600 метров. В настоящее время таких сооружений всего три: Бурдж-Халифа в Дубае, высотой 828 метров, является самым высоким зданием в мире, которое было завершено в 2010 году, Шанхайская башня, построенная в 2015 году в Шанхае, Китай высотой 632 метра, и Абрадж аль-Бейт, башня высотой 601 метр в Мекке, Саудовская Аравия, была завершена в 2012 году.

В ближайшие годы количество мегавысыкоих небоскребов увеличится в настоящее время — строятся несколько зданий с высотой больше 600 метров. Для возведения подобных гигантов, инженеры ищут новые инновационные решения, для того чтобы противостоять факторам, влияющим на такие сооружения: большая масса, ветровые нагрузки, колебания и сейсмические нагрузки.

Первый в мире небоскреб, Дом страхования жилья в Чикаго, был первым высотным зданием, в котором начала использоваться каркасная конструкция из стали несущая вес здания. После этого началось соревнование: кто построит еще выше, и эта гонка не заканчивается до сих пор. Через несколько лет мы увидим первое здание, которое преодолеет высоту 1 км, и уже планируются объекты с еще большей высотой. Однажды мы можем даже увидеть небоскреб высотой в милю (1609 метров). Ведь Фрэнк Ллойд Райт еще в 1956 году предложил такой проект под названием Иллинойс, который, по его словам, был технически возможен в то время.

Дом страхования жилья в Чикаго
Дом страхования жилья в Чикаго

Несущая конструкционная стальная рама, созданная архитектором Уильямом Ле Бароном Дженни для Дома страхования, привела к развитию скелета Чикаго. Трубчатые несущие конструкции, разработанные Фазлур Ханом в 1960-х годах, включала колонны вдоль внешней стороны здания, которые соединены друг с другом и с ядром здания. Это позволило увеличить полезную площадь, так как использования меньшего количества внутренних колонн. Такие технологии широко использовались в зданиях высотой более 40 этажей в течение десятилетий.

На протяжении многих лет были спроектированы и воплощены различные проекты с трубчатыми несущими конструкциями. Одним из их ограничений является то, что основание здания увеличивается пропорционально высоте, что означает, что для сверхвысоких зданий требуется огромная площадь основания.

Технологии возведения несущих конструкций зданий продолжают развиваться и совершенствоваться. Для Бурдж-Халифа была разработана система опорных стержней с шестиугольным центральным стержнем с тремя треугольными опорами для устойчивости. Башня Джидда содержит следующую эволюцию этой конструкции с несущим опорным ядром.

Высокие здания качаются на ветру и их конструкция должна это учитывать. Чтобы уменьшить влияние, которое ощущают обитатели здания, в некоторых небоскребах в верхней части здания устанавливаются амортизаторы масс. Демпфер по сути представляет собой гигантский маятник, который действует как противовес и часто состоит из гигантских концентрических стальных пластин, уложенных друг на друга и сваренных вместе. Когда ветер дует в здание, демпфер будет качаться в противоположном направлении с той же частотой, чтобы уменьшить движение здания.

демпфер Шанхайской башни
Демпфер Шанхайской башни

У Шанхайской башни есть демпфер массой 1200 тонн, подвешенный над вихретоковым амортизатором. Вихретоковый демпфер изготовлен из большой медной пластины, покрытой магнитами. Электромагнитный заряд, создаваемый при прохождении демпфера масс над магнитами, усиливает эффект демпфирования. Другие методы ослабления ветровых нагрузок включают в себя сужение конструкции здания по мере его подъема, добавление углублений или различных поперечных сечений, которые изменяют направление движения воздушных потока, или наличие отверстий в здании.

Еще одно препятствие, с которым приходится сталкиваться инженерам, - это транспортная система здания. Большой вес стальных тросов, используемых для подъема лифтов, ограничивают высоту, на которую лифт может безопасно перемещаться в 500 метров. Превышение этой высоты делают размер двигателя и мощность, необходимую для подъема, а также конструкцию лифта невозможной в реализации.

Доставка жильцов на верхние этажи, без значительных временных затрат на пересадки, является сложной задачей. Двухэтажные лифты и компьютеризированные средства управления используются для эффективной доставки пассажиров на желаемые этажи при минимальном времени ожидания. Новые достижения в области снижения вибрации и регулирования давления позволяют увеличивать скорость движения при сохранении комфорта пассажиров при скоростном движении и сопутствующих ускорениях.

В 2013 году финская лифтовая компания KONE представила систему UltraRope, с тросами с сердцевиной из углеродного волокна, заключенную в покрытие с высоким коэффициентом трения. Этот новый трос весит на 90% меньше, чем аналогичные стальные аналоги и служит в два раза дольше, снижает потребление энергии на 15% и позволяет кабинам лифта преодолевать высоту до 1000 метров, что в два раза превышает текущую максимальную эффективную высоту подъем стальных тросов. Впервые UltraRope был установлен в отеле Marina Bay Sands в Сингапуре.

Лифты, использующие технологию UltraRope, устанавливаются в строящуюся в настоящее время башню Джидда, Саудовская Аравия. Ожидается, что этот мега-небоскреб станет самым высоким зданием в мире после завершения строительства, достигнув высоты 1000 метров. Эта технология будет использоваться для достижения самого высокого в мире подъема на высоту 660 метров. В нем будет установлена самая быстрая в мире двухэтажная кабина развивающая скорость в 6,7 км в час.

Система MULTI от ThyssenKrupp
Система MULTI от ThyssenKrupp

Компания ThyssenKrupp, предлагает другой подход в решении проблемы тяжелых стальных тросов, полностью избавляясь от них. С такой технологий лифты смогут подниматься на высоту, намного превышающую максимальную даже для технологии UltraRope. Помимо освобождения лифтов от ограничений по высоте, также снимается ограничение в движении только в двух направлениях, вверх и вниз. Такое решение позволяет кабинам лифтов двигаться как горизонтально, так и вертикально, а несколько кабин могут ездить одновременно в одной и той же шахте.

В таких решениях будет использоваться технология линейного двигателя с магнитной левитацией, уже примененная в шанхайском поезде Transrapid Maglev. Самоходные лифтовые кабины будут оснащены многоуровневой тормозной системой и индуктивной передачей мощности от шахты лифта к отдельным вагонам.

Передовые технологии также играют огромную роль в проектировании и строительстве более высоких зданий. Технология 3D-печати позволила инженерам легко создавать прототипы нескольких компонентов здания и тестировать их в аэродинамических трубах. Информационное моделирование зданий (BIM) и трехмерное компьютерное моделирование позволяют архитекторам и инженерам точно оценить, как здание будет работать в реальных условиях, что может привести к сокращению избыточных структурных элементов, на которые раньше приходилось полагаться небоскребам.

Остается только догадываться, продолжится ли тенденция строительства мегаполисов. Высокая стоимость земли в городах по-прежнему остается фактором роста зданий в высоту. В то время как в настоящее время возводятся только четыре меганебоскреба, по всему миру строится более 140 сверхвысоких небоскребов высотой более 300 метров.

Возможно, однажды CTBUH придется создать новую классификацию, например, «гипервысокий» или «гигантский». Сейчас эксперты сходятся во мнении, что для большинства высотных зданий вопрос не столько в том, насколько безопасно можно возвести конструкцию небоскреба, сколько в том, сколько денег кто-то готов заплатить, чтобы достичь нужной высоты.

 

Бурдж-Халифа

Читайте также:

Башня Джидда — строящийся небоскреб претендует на роль самого высокого здания в мире

Инновации и новые технологии в лифтах


Добавить комментарий

Код защиты Обновить