Решение московского правительства о прекращении проектирования и строительства в Москве высотных зданий вызывает некоторое сомнение. То ли в правительство пришли менее амбициозные чиновники, то ли чиновники боятся ответственности за сложные конструктивные решения, неизбежные для этих зданий? В мире ширится строительство высотных зданий, так как развивающиеся страны при помощи такого строительства хотят заявить о своем потенциале, а крупные капиталы — о своей мощи. Строительство высотных зданий выделилось в специальное направление. Создан международный комитет по высотным зданиям — CTBUH, два раза в год этот комитет организует конгрессы в различных странах, на которых освещаются различные проблемы проектирования высотных зданий. Проектировщики, показавшие лучшие результаты в конструировании и создавшие наиболее оригинальные архитектурные формы, награждаются премиями CTBUH Awards различной степени. Осенью 2011 г. такой конгресс проходил в Москве, в апреле 2012 г. — в Чикаго, следующий намечается провести в Шанхае. Из построек, осуществленных в России, на премию CTBUH Awards номинировались МоскваСити и здание на Мосфильмовской улице (арх. Скуратов) , последнее получило премию в 2010 г. Москва — не единственный город в России, где строятся высотные здания, поэтому Россия вероятнее всего будет оставаться членом CTBUH.
Несмотря на то, что в России уже накоплен богатый опыт проектирования высотных зданий, попытки разработать специальный нормативный документ не были поддержаны Министерством регионального развития Российской Федерации. На каждый объект приходится разрабатывать СТУ (специальные технические условия) и утверждать его в министерстве. При рассмотрении этих технических условий не у одного эксперта возникала мысль: зачем в стране с самой большой в мире территорией непременно лезть вверх, для этого тратить огромные средства и подвергать жизнь людей, которые будут находиться в высотных зданиях, потенциальной опасности при возможных чрезвычайных ситуациях? Возможно, именно такие соображения лежали в основе указанного постановления.
Что же такое высота здания и
какие здания можно отнести к высотным?
Высота зданий в различных нормативных документах определяется по — разному, в зависимости от задач, на решение которых направлено содержание документа. Например, в СНиП 2.07.0189* «Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений», в СНиП II781* «Строительство в сейсмических районах», в СНиП 31062009 «Общественные здания и сооружения» и в СНиП 31022001 «Дома жилые одноквартирные» высота зданий указана в этажах.
В Федеральном законе № 123ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» высота здания определяется разностью отметок поверхности проезда для пожарных машин, находящегося на уровне нижней планировочной отметки земли, и нижнего уровня открывающегося проема (окна) в наружной стене верхнего этажа (не считая верхнего технического этажа). Эта высота расположения этажа обусловлена техническими характеристиками подъемных пожарных механизмов. Она установлена для зданий класса функциональной пожарной опасности Ф 1.3 (жилых многоквартирных) на отметке 75м, для зданий других классов функциональной пожарной опасности — 55 м. Для упрощения приведенной выше формулировки ею стали характеризовать разрешенную противопожарными правилами высоту здания.
Другое понятие высоты применяется для определения строительного объема здания, так как строительный объем надземной части здания определяется в пределах ограничивающих наружных поверхностей с включением ограждающих конструкций, световых фонарей и других надстроек, начиная с отметки чистого пола надземной части здания. Поэтому высота здания со шпилем определяется верхней отметкой шпиля.
При определении этажности здания в число этажей включаются все этажи, в том числе и верхний технический, что установлено в Приложении «В» СНиП 31012003. Однако верхний технический этаж не учитывается при выполнении противопожарных требований по обеспечению эвакуации и спасению людей, при расчете числа лифтов и при выполнений требований по устройству мусоропровода, так как в нем не находятся люди. Для расчета числа лифтов точнее было бы применять формулировку «верхний этаж остановки лифта», а для установки мусоропровода — «верхний обитаемый этаж“.
Какие здания относятся к высотным?
На базе результатов экспертизы технических условий на высотные здания, проводившейся в течение 2005 — 2012 г.г., изучения мирового опыта проектирования и строительства высотных зданий и применения в проектировании положений законодательных и нормативных документов накоплен определенный опыт проектирования высотных зданий в России, который позволяет сделать некоторые выводы по особенностям проектирования и строительства высотных зданий.
Для проектирования высотных зданий были разработаны специальные нормативные документы, в том числе: МГСН 4.192005“Проектирование многофункциональных высотных зданий и зданий — комплексов в городе Москве», МГСН 1.042005 «Временные нормы и правила проектирования планировки и застройки участков территории высотных зданийкомплексов, высотных градостроительных комплексов в городе Москве» и Стандарт организации СТО 014227890012009 «Проектирование высотных зданий», разработанный ОАО «ЦНИИЭП жилых и общественных зданий (ЦНИИЭП жилища) «.
Термин „высотное здание“ в Градостроительном кодексе Российской Федерации не содержится. Имеется понятие „уникальное здание“ в статье 481. „Особо опасные, технически сложные и уникальные объекты“ (введена Федеральным законом от 18.12.2006 № 232ФЗ) В пункте 2 — к „уникальным объектам“ отнесены объекты капитального строительства, в проектной документации которых предусмотрена высота более чем 100 м.
В МГСН 4.192005 „Проектирование многофункциональных высотных зданий и зданийкомплексов в городе Москве“ термин „высотное здание“ применен в нескольких местах. В приложении № 1 „Термины и определения“ дано следующее определение: „многофункциональное высотное здание“ — здание высотой более 75 м, включающее в свой состав помимо жилых помещений — гостиничные номера и помещения другого функционального назначения». В пункте 14.1 раздела «Мероприятия по обеспечению противопожарных требований» установлено: «Требования настоящего раздела должны учитываться при разработке задания и условий на проектирование противопожарной защиты многофункциональных высотных зданий и комплексов высотой более 50 м, а при наличии жилой части — высотой более 75 м.» В разделе «Конструкции надземной части» содержится упоминание высоты 400 м.
В Стандарте организации СТО 014227890012009 «Проектирование высотных зданий» дано определение: «Высотное здание — здание, высота которого от отметки поверхности проезда пожарных машин, находящейся на уровне нижней планировочной отметки земли, до нижнего уровня открывающегося проема (окна) в наружной стене верхнего этажа (не считая верхнего технического этажа) , а в случае сплошного остеклении и отсутствии оконных и других открывающихся проемов в верхних этажах до верха перекрытия последнего этажа, составляет более 75 м». Но такое определение с использованием разности отметок поверхности проезда для пожарных машин, находящегося на уровне нижней планировочной отметки земли и нижнего уровня открывающегося проема (окна) в наружной стене верхнего этажа, по нашему мнению, не совсем точное, так как при высоте более 75 м исходить из высоты пожарной лестницы не имеет смысла.
По действующей в Германии классификации высотные здания разделены на четыре группы: I — здания высотой 22 — 30 м, II — 30 — 60 м, III — выше 60 м и IV — выше 200 м. Причем правила прописаны для первых трех групп, четвертая группа только зарезервирована. О классификациях высотных зданий, правил для их проектирования и их определения в других странах сведений не имеется. Следует отметить, что в кодах США, DIN в Германии, EU в Европе и в нормах по строительству других развитых стран нормативы по высотному домостроению отсутствуют.
Высотность здания зависит не только и не столько от уровня его верхних отметок, сколько от его объемнопланировочных, конструктивных и других особенностей, определяемых в первую очередь повышенными требованиями к устойчивости и надежности конструктивной системы. Как показала практика последних лет, для зданий выше 75 м применяется принципиально новый тип здания, как правило, с внутренним ядром, в которое включены несколько лифтовых шахт и лестничные клетки. Этим высотное здание отличается от традиционных объемнопланировочных решений зданий секционного, коридорного и галерейного типов. Площадь этажа изза развитого ядра в разы превышает нормируемую площадь этажа в секционных домах.
Высотные здания относятся к сооружениям с высоким уровнем ответственности и при расчете их несущих конструкций, оснований и фундаментов необходимо принимать повышенные значения коэффициентов надежности по ответственности в зависимости от высоты здания h:
— свыше 75 до 100 м gn = 1,1;
— свыше 100 до 200 м gn = 1,15;
— свыше 200 м gn = 1,2.
Высокий уровень ответственности вызывает необходимость проводить ряд дополнительных мероприятий при проектировании и строительстве.
При выборе площадки под строительство высотного здания необходимо особенно тщательно производить общую оценку инженерногеологических условий и возможность безопасного возведения здания с учетом возможного проявления опасных геологических и инженерногеологических процессов (карстовосуффозионных, оползневых и др.).
При строительстве высотного здания на застроенной территории необходимо выполнять обследования оснований и фундаментов зданий и сооружений, попадающих в зону влияния высотного строительства, а также осуществлять прогноз изменений напряженнодеформированного состояния грунтового массива и гидрогеологического режима подземных вод.
Пространственная жесткость высотных зданий обеспечивается:
— развитыми в плане и симметрично расположенными диафрагмами и ядрами жесткости;
— коробчатыми конструктивными системами с несущими наружными стенами по всему контуру здания;
— жесткими дисками перекрытий, объединяющими вертикальные несущие конструкции и выполняющими функции горизонтальных диафрагм жесткости при действии ветровых или сейсмических нагрузок;
— жесткими узловыми сопряжениями между несущими конструкциями;
— горизонтальными поясами жесткости в уровне технических этажей, обеспечивающими совместную работу на изгиб всех вертикальных несущих конструкций здания.
Высотные здания должны быть защищены от прогрессирующего обрушения в случае локального разрушения несущих конструкций в результате возникновения аварийных природных и техногенных чрезвычайных ситуаций (природные ЧС — опасные метеорологические явления, образование карстовых воронок и провалов в основаниях зданий; техногенные ЧС — взрывы снаружи или внутри здания, пожары, аварии или значительные повреждения несущих конструкций вследствие дефектов в материалах, некачественного производства работ и др.)
В высотных зданиях учитываются дополнительные кратковременные нагрузки, например, от аварийноспасательной кабины пожарного вертолета на покрытие, или от транспортных средств, в том числе пожарного автотранспорта, на покрытия стилобата и подземных частей зданий, выступающих за габариты основного объема.
В составе проектной документации дается специальная оценка ветрового режима и аэродинамических показателей. При расчете высотных зданий на ветровые нагрузки необходимо дополнительно учитывать разнообразные воздействия ветра, в том числе:
— среднюю и пульсационную составляющие расчетной ветровой нагрузки;
— максимальные значения ветровой нагрузки, действующей на ограждающие конструкции;
— резонансное вихревое возбуждение, а также воздействия, возбуждающие аэродинамические неустойчивые колебания типа галопирования и дивергенции (для зданий, размеры которых соответствуют условию h/b > 7, где h высота, b минимальный поперечный размер) ;
— воздействия, вызывающие нарушения условий комфортности пешеходных зон на территории, прилегающей к зданию.
Значения указанных воздействий, аэродинамические коэффициенты сил, моментов, внутреннего и внешнего давлений, а также числа Струхаля, используемые для оценки резонансного вихревого возбуждения, должны, как правило, приниматься на основе испытаний моделей (макетов) высотных зданий (включая здания существующей застройки) в специализированных аэродинамических трубах. При создании рациональных условий аэрации следует обеспечить снижение ветровых потоков, возникающих у первых этажей высотного здания и прилегающей застройки. Для обеспечения комфортного пребывания людей в высотных зданиях учитываются предельные горизонтальные перемещения верха высотных зданий и ускорения колебаний перекрытий верхних этажей при действии пульсационной составляющей ветровой нагрузки.
Здания высотой 100 м и более необходимо рассчитывать на сейсмические воздействия. При отсутствии соответствующих карт сейсмического микрорайонирования, сейсмичность района строительства в г. Москве принимается равной 5 баллам для грунтов II категории и 6 баллам для грунтов III категории. Сейсмичность района строительства с грунтом III категории дополнительно уточняется по материалам детального сейсмического микрорайонирования и может в отдельных случаях приниматься равной 7 баллов.
Много недостаточно проработанных вопросов относится к конструкциям навесных фасадов, по их монтажу, ремонту и эксплуатации, к устройству и эксплуатации неоткрывающихся оконных заполнений верхних этажей. Наружные стены высотных зданий, помимо предъявляемых к ним общих требований, в соответствии с действующими нормативными документами, должны: воспринимать дифференцированные по высоте ветровые нагрузки, в том числе их пульсационную составляющую; соответствовать требованиям по уровню тепловой защиты зданий в зависимости от их высоты; отвечать требованиям безопасности, в том числе пожарной безопасности, надежности и долговечности, исключать возможность прогрессирующего обрушения и иметь срок службы, преимущественно соответствующий сроку службы высотного здания. Конструкции окон и навесных светопрозрачных фасадных конструкций и их крепление к несущим конструкциям должны рассчитываться по прочности и деформативности на действие ветровых нагрузок.
Расчеты потерь тепла наружными ограждающими конструкциями, воздушного режима высотных зданий, параметров наружного воздуха в местах размещения воздухозаборных устройств и др. выполняются с учетом изменения скорости и температуры наружного воздуха по высоте зданий Параметры наружного воздуха принимаются с учетом: понижения температуры воздуха на высоте более 150 м; повышения скорости ветра в холодный период года; появления мощных конвективных потоков на фасадах здания, облучаемых солнцем.
Высотное здание имеет особую степень огнестойкости. Оно разделяется на пожарные отсеки по высоте, а не по горизонтали, как в других типах жилых зданий. По мнению ряда специалистов, деление на отсеки по вертикали — вопрос спорный, так как пламя по восходящим потокам воздуха обходит не только противопожарные перекрытия, но и технические этажи, а возведение противопожарных козырьков на больших высотах — также сомнительное решение, так как вынос козырька будет небольшой изза снеговой нагрузки и восходящих воздушных потоков. Спасение людей фактически возможно только с этажей, расположенных ниже 50 м, а также достаточно проблематично с этажей, расположенных на высоте от 50 до 75 м. Спасение при помощи вертолетов не установлено законодательно. Опыт его применения — ничтожно мал. Проблематичен пролет вертолетов над городской застройкой с учетом траверса, установленного правилами полетов. Кроме того требуются большие по площади площадки на земле, расположенные не далее 500 м от высотного здания. Высотные здания должны быть оснащены автоматической системой пожарной сигнализации (АПС). Автоматические пожарные извещатели (или автономные пожарные извещатели, имеющие выход в систему пожарной сигнализации) должны быть установлены во всех помещениях за исключением помещений с мокрыми процессами.
Инженерные системы высотных зданий имеют ряд особенностей. Это: не менее двух вводов сетей, дополнительные технические помещения, специальные системы по обеспечению безопасности здания и помещения для них; специальные требования по тепловой защите этажей, расположенных выше 75 м; теплоснабжение от двух независимых друг от друга источников, а также в ряде случаев индивидуальная котельная, разделение теплосетей на зоны для исключения превышения давления в низких зонах. На зоны по вертикали также разделяются системы хозяйственнопитьевого (холодного, горячего) и отдельного от них внутреннего противопожарного водопровода с учетом расчетного гидростатического давления в зоне. Для противопожарного водопровода требуются дополнительные насосные и запасные емкости на технических этажах. Электроснабжение выполняется от двух независимых источников, при наличии третьего — аварийного источника — дизельной электростанции.
Для высотных зданий необходимы специальные требования к устройству мусоропроводов и лифтовых шахт. Требования к допустимым отклонениям различных шахт по высоте более жесткие, чем в зданиях массовой застройки. Мусоропроводы должны быть раздельными по высоте, так как моющие устройства могут обслуживать ограниченное число этажей, в связи с чем требуется как минимум две шахты для мусоропроводов, нижняя часть одной из которых будет использоваться только для транзита с устройством гасителей скорости падения. Может быть решение с организацией перегрузки мусора в уровне промежуточного технического этажа на специальный лифт.
Для высотных зданий требуется автоматизированная система управления зданием (АЗУС) , осуществляющая централизованный мониторинг, диспетчеризацию и управление оборудованием инженерных систем. Основные функции автоматизированных комплексов, систем связи и информатизации, которыми оснащаются высотные здания, это — безопасность, жизнеобеспечение здания и обеспечение технологичности функциональных блоков и комфорта людей. Для устранения избыточности и обеспечения слаженности работы технические системы должны объединяться в комплексы, обеспечивающие обмен информацией между системами. Должна быть организована гибкая, свободно программируемая распределительная система ЦУЗ (центр управления зданием) с автоматизированным рабочим местом, на котором могут работать только высококлассные специалисты (а не охранники или консьержки).
В высотных зданиях необходимо предусматривать помещения для размещения технологического оборудования отделений общегородских служб: ГУВД (системы оперативной радиосвязи — СОРС) и Государственной противопожарной службы МЧС Российской Федерации; стационарной станции мониторинга несущих конструкций здания; для центрального пункта управления системой обеспечения безопасности здания (ЦПУ СБ).
Приведенный выше краткий и неполный перечень планировочных и строительных мероприятий показывает, что строительство высотных зданий — процесс чрезмерно затратный.
Как повлияли высотные здания на архитектуру
городов и, в частности, на архитектуру Москвы
Первые высотные здания, как известно, появились В XIX веке, когда возникли новые заказчики — крупные предприниматели, и новый конструктивный материал — металл. Влияние этих факторов на архитектуру породило каркасные офисные здания и многофункциональные общественные комплексы, включающие помимо офисов гостиницы, театры и другие помещения общественного назначения. Это направление первоначально получило развитие в США, где инициаторами выступили представители сталепрокатной промышленности, искавшие рынки сбыта для своей продукции. Направление получило наименование «коммерческий стиль». Архитекторы, разрабатывая структуру здания со стальным каркасом, еще не отказывались от украшательства и облекали каркас в романтическую оболочку неоготики или неороманского стиля. Выбор стиля определялся предпочтениями заказчиков, которые представляли собой элиту американского общества. Изобретение лифта позволило зданиям подняться на недосягаемую доселе высоту. Родился американский небоскреб. По высоте с ним могли сравниться только готические соборы средневековья, у них он и позаимствовал архитектурные детали.
Ученик и последователь Люиса Салливена и других архитекторов, стоявших у истоков разработки архитектуры небоскребов начала XX века Мис ван дер Роэ в 4050х г.г. XX века выдвинул идею «универсальной архитектурной формы» (т.е. единого внутреннего пространства, дающего максимум возможностей для различного использования интерьера). Он полностью очистил фасады небоскребов от декора. Для построек Миса характерен прямоугольный объем, нерасчлененное внутреннее пространство и наружное ограждение из стеклянных панелей. Мис развивает концепцию «универсального» здания — предельно простого по форме стеклянного параллелепипеда, поверхность которого расчленена равномерно повторяющимися стойками. Облик этих зданий, навесные стеклянные стены которых расчленены прямоугольной решеткой металлического каркаса, как правило, не зависит от их функционального назначения. Форма для Мис ван дер Роэ была вторична, первична же — структура, в ней он искал образность. Постройки Мис ван дер Роэ оказали революционное влияние на архитектурные формы XX века, объединенные термином «интернациональный стиль». Массовые подражания архитектуре этого мастера вызвали обвинение архитекторов в строительстве «коробок».
При формировании современной архитектуры на первом месте — престиж, имидж, и все что угодно, необходимое для создания зданий ультравысоких, или ультрасовременных по форме. Соревнование стран по созданию наиболее высоких зданий давно затмило предание о Вавилонской башне.
Сегодня обновление визуального языка архитектуры становится важнее ее содержания. Функция — второстепенна для капитала. В его сооружениях может размещаться все: жилье, гостиницы, офисы, торговые центры, спортивные сооружения и т.д., причем во многих случаях — все вместе в одном объеме. Многофункциональные здания современных небоскребов непомерно увеличились и стали вмещать в себя целые города с полным набором всех городских служб и с этажами, предназначенными для зеленых садов. Стеклянные коробки интернационального стиля сменили сложные объемы, либо демонстрирующие национальный характер архитектуры (башня Джин Мао в Шанхае, башниблизнецы ПетронасТауэр в КуалаЛумпуре) , иногда наклоняющиеся и изгибающиеся вопреки законам устойчивости (здания Центрального китайского телевидения в Пекине, Торрес банка в Мадриде). Архитекторы соревнуются в поисках экстравагантных форм, демонстрируя беспредельность архитектурной фантазии и почти неограниченных возможностей современной строительной техники. Почти исчерпав формы объема архитекторы в последнее время обратились к формированию сложной поверхности. К одной из примечательных в этом отношении построек относится жилое здание «Аквариум» в Чикаго. Выступающие из плоскости стеклянной стены балконы разной глубины за счет игры светотени создают иллюзию переливающейся в лучах солнца воды.
Американская градостроительная практика размещения небоскребов единой группой породила образ делового центра, который перенимали разные страны. Однако он имеет определенные изъяны, заключающиеся в том, что отдельные здания, задумывающиеся как значительные архитектурные произведения, индифферентны при групповом размещении. Панорамные верхние виды различных городов стали идентичны. Город можно распознать, только если в нем есть здания со специфической узнаваемой формой, как Эмпайер стейтс билдинг или Крайслер билдинг в НьюЙорке, ТрансАмерикапирамида в СанФранциско. Однако, когда каждое здание в группе выделяется благодаря специфике оригинального завершения, группа перестает быть единым целым, а являет собой выставку, демонстрирующую достижения архитектуры, как район XXI века в Шанхае. Композиционную значимость высотного здания трудно выявить в затесненной застройке, где оно воспринимается только фрагментарно.
Как повлияло строительство высотных зданий
на архитектуру Москвы
В планах строительства в Москве высотных зданий присутствовали два наиболее значимых градостроительных аспекта: формирование в центральной части города компактной группы высотных объемов для делового центра — «Москва — Сити» и создание кольца высотных зданий по периметру центральных районов. Надо признать, что деловой центр получился очень маленьким для такого большого города, как Москва. Кольцо высотных объемов также не работает композиционно. Они — менее значимы, чем «сталинские» высотки, которые великолепно поставлены и имеют выделяющее их в панораме города завершение. Новые высотки теряются в перспективах улиц изза рядовой в большинстве случаев постановки и изза отсутствия архитектурного завершения объемов, плоские кровли которых предназначены для приема спасательной кабины вертолета.
