Мегависокі хмарочоси - технології будівництва

Зараз ми вступаємо в епоху «мегависоких» будівель - так вважає Рада з висотних будівель і міського середовища проживання (CTBUH). Мегависокі хмарочоси - це ті, що здолали позначку висоти 600 метрів. В даний час таких споруд всього три: Бурдж-Халіфа в Дубаї, висотою 828 метрів, є найвищою будівлею в світі, яка була завершена в 2010 році, Шанхайська вежа, побудована в 2015 році в Шанхаї, Китай висотою 632 метри, і Абрадж аль -Бейт, вежа висотою 601 метр в Мецці, Саудівська Аравія, була завершена в 2012 році.

У найближчі роки кількість мегависикоіх хмарочосів збільшиться: в даний час будуються кілька будівель з висотою більше 600 метрів. Для зведення подібних гігантів, інженери шукають нові інноваційні рішення, для того щоб протистояти факторам, що впливаєть на такі споруди: велика маса, вітрові навантаження, коливання і сейсмічні навантаження.

Перший в світі хмарочос, Будинок страхування житла в Чикаго, був першою висотною будівлею, в якій почала використовуватися каркасна конструкція зі сталі, що несла вагу будівлі. Після цього почалося змагання: хто побудує ще вище, і ця гонка не закінчується досі. Через кілька років ми побачимо перший будинок, який подолає висоту 1 км, і вже плануються об'єкти з ще більшою висотою. Одного разу ми можемо навіть побачити хмарочос висотою в милю (1609 метрів). Адже Френк Ллойд Райт ще в 1956 році запропонував такий проект під назвою Іллінойс, який, за його словами, був технічно можливий уже на той час.

Дом страхования жилья в Чикаго
Будинок страхування житла в Чикаго

Несуча конструкційна сталева рама, створена архітектором Вільямом Ле Бароном Дженні для Будинку страхування, привела до розвитку Чикаго. Трубчасті несучі конструкції, розроблені Фазлур Ханом в 1960-х роках, включала колони уздовж зовнішньої сторони будівлі, які з'єднані один з одним і з ядром будівлі. Це дозволило збільшити корисну площу, так як використання меншої кількості внутрішніх колон. Такі технології широко використовувалися в будівлях заввишки більше 40 поверхів протягом десятиліть.

Протягом багатьох років були спроектовані і втілені різні проекти з трубчастими несучими конструкціями. Одним з їх обмежень є те, що фундамент будівлі збільшується пропорційно висоті, що означає, що для надвисоких будівель потрібно величезна площа основи.

Технології зведення несучих конструкцій будівель продовжують розвиватися і вдосконалюватися. Для Бурдж-Халіфа була розроблена система опорних стрижнів з шестикутним центральним стержнем з трьома трикутними опорами для стійкості. Вежа Джидда містить наступну еволюцію цієї конструкції з несучим опорним ядром.

Високі будівлі гойдаються на вітрі і їх конструкція повинна це враховувати. Щоб зменшити вплив, який відчувають мешканці будинку, в деяких хмарочосах у верхній частині будівлі встановлюються амортизатори мас. Демпфер по суті являє собою гігантський маятник, який діє як противага і часто складається з гігантських концентричних сталевих пластин, покладених один на одного і зварених разом. Коли вітер дме в будівлю, демпфер буде гойдатися в протилежному напрямку з тією ж частотою, щоб зменшити рух будівлі.

демпфер Шанхайской башни
Демпфер Шанхайської вежі

У Шанхайської вежі є демпфер масою 1200 тонн, підвішений над вихрострумовим амортизатором. Вихрострумовий демпфер виготовлений з великоюї мідної пластини, покритої магнітами. Електромагнітний заряд, створюваний при проходженні демпфера мас над магнітами, підсилює ефект поглинання енергії. Інші методи ослаблення вітрових її підйому, додавання заглиблень або різних поперечних перерізів, які змінюють напрямок руху повітряних потоків, або наявність отворів в будівлі.

Ще одна перешкода, з якою доводиться стикатися інженерам, - це транспортна система будівлі. Велика вага сталевих тросів, які використовуються для підйому ліфтів, обмежують висоту, на яку ліфт може безпечно переміщатися в 500 метрів. Перевищення цієї висоти роблять розмір двигуна і потужність, необхідну для підйому, а також конструкцію ліфта неможливою в реалізації.

Доставка мешканців на верхні поверхи, без значних витрат часу на пересадки, є складним завданням. Двоповерхові ліфти і комп'ютеризовані засоби управління використовуються для ефективної доставки пасажирів на бажані поверхи при мінімальному часу очікування. Нові досягнення в області зниження вібрації і регулювання тиску дозволяють збільшувати швидкість руху при збереженні комфорту пасажирів при швидкісному русі і супутніх прискореннях.

У 2013 році фінська ліфтова компанія KONE представила систему UltraRope, з тросами з серцевиною з вуглецевого волокна, укладену в покриття з високим коефіцієнтом тертя. Цей новий трос важить на 90% менше, ніж аналогічні сталеві аналоги і служить в два рази довше, знижує споживання енергії на 15% і дозволяє кабін ліфта долати висоту до 1000 метрів, що в два рази перевищує поточну максимальну ефективну висоту підйому сталевих тросів. Вперше UltraRope був встановлений в готелі Marina Bay Sands в Сінгапурі.

Ліфти, що використовують технологію UltraRope, встановлюються в будівлю, що будується в даний час - вежу Джидда, Саудівська Аравія. Очікується, що цей мега-хмарочос стане найвищою будівлею в світі після завершення будівництва, досягнувши висоти 1000 метрів. Ця технологія буде використовуватися для досягнення найвищого в світі підйому на висоту 660 метрів. У ньому буде встановлена ​​найшвидша у світі двоповерхова кабіна яка розвиває швидкість в 6,7 км на годину.

Система MULTI от ThyssenKrupp
Система MULTI від ThyssenKrupp

Компанія ThyssenKrupp, пропонує інший підхід у вирішенні проблеми важких сталевих тросів, повністю позбавляючись від них. З такою технологій ліфти зможуть підніматися на висоту, що набагато перевищує максимальну навіть для технології UltraRope. Крім звільнення ліфтів від обмежень по висоті, також знімається обмеження в русі тільки в двох напрямках, вгору і вниз. Таке рішення дозволяє кабінам ліфтів рухатися як горизонтально, так і вертикально, а кілька кабін можуть їздити одночасно в одній і тій же шахті.

У таких рішеннях буде використовуватися технологія лінійного двигуна з магнітною левітацією, що вже застосована в шанхайському поїзді Transrapid Maglev. Самохідні ліфтові кабіни будуть оснащені багаторівневою гальмівною системою і індуктивною передачею потужності від шахти ліфта до окремих вагонів.

Передові технології також грають величезну роль в проектуванні і будівництві більш високих будівель. Технологія 3D-друку дозволила інженерам легко створювати прототипи декількох компонентів будівлі і тестувати їх в аеродинамічних трубах. Інформаційне моделювання будівель (BIM) і тривимірне комп'ютерне моделювання дозволяють архітекторам і інженерам точно оцінити, як будівля буде працювати в реальних умовах, що може привести до скорочення надлишкових структурних елементів, на які раніше доводилося покладатися в хмарочосах.

Залишається тільки здогадуватися, чи продовжиться тенденція будівництва мегахмарочосів. Висока вартість землі в містах і раніше залишається фактором зростання будівель заввишки. У той час як в даний час зводяться тільки чотири мегахмарочоса, по всьому світу будується понад 140 надвисоких хмарочосів висотою понад 300 метрів.

Можливо, одного разу CTBUH доведеться створити нову класифікацію, наприклад, «гіпервисокі» або «гігантські». Зараз експерти сходяться на думці, що для більшості висотних будівель питання не стільки в тому, наскільки безпечно можна звести конструкцію хмарочоса, скільки в тому, скільки грошей хтось готовий заплатити, щоб досягти потрібної висоти.

 

Бурдж-Халифа

Читайте також:

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

Инновации и новые технологии в лифтах