История небоскрёбов. Самый первый небоскрёб в мире. Самые высокие небоскребы мира – фото. Как строят небоскребы. Инновации в строительстве небоскребов. Самый высокий небоскреб в мире

Но не сильно углубились в их историю. Поэтому в этот раз предлагаю заглянуть на сотни лет назад – в тот период, когда небоскрёбов со стальными каркасами не было, но люди пытались строить здания, которые даже сейчас поражают своими масштабами, и в ближайшее прошлое - во времена первых небоскрёбов.

Самые высокие здания и сооружения древности

Первыми на ум при разговоре о самых высоких сооружениях древности приходят египетские пирамиды. Великая пирамида Гизы возрастом в 4 500 лет было самой высокой постройкой на Земле до 1300 года, то есть 3 900 лет.

140-метровую пирамиду построили по указанию фараона Хеопса. Если бы она была больше похожа на жилое здание, она и сейчас подпадала бы под определение небоскрёба с точки зрения высоты. Для сравнения: высотное здание на площади Красных ворот, одна из «Сталинских сестёр», достигает 138 метров.

На острове Сардиния к XV века до н. э. воздвигли целый комплекс оборонительных башен-нураг , имевших, возможно, и религиозное предназначение. Высота самой высокой из башен изначально составляла около 19 метров, сейчас разрушенные сооружения стали гораздо ниже. 19 метров – это больше пятиэтажной хрущёвки.

Мавзолей-мечеть Тадж-Махал, великолепное здание в Агре, Индия, был построен в 1653 году. Сейчас Тадж-Махал – музей, привлекающий огромное количество туристов. К сожалению, как и в случае с Пирамидой Хеопса, огромную часть изначальной красоты это здание потеряло из-за разграбления. Например, мы не увидим 10-метровый золотой шпиль, спиленный британскими колонизаторами. Гиды также рассказывают о жемчужных нитях, соединявшие четыре башни с центральным куполом.

Высота мавзолея - 73 метра. Для сравнения: первым небоскрёбом принято считать Здание домового страхования, построенный в 1885 году в Чикаго офис высотой 42 метра. К этому размеру ближе другой мавзолей - 46-метровый Галикарнасский мавзолей.

Стоит сказать, что в 1870 году, до строительства вышеупомянутых небоскрёбов, в Нью-Йорке построили 40-метровое офисное здание Equitable Life Building . Иногда именно его называют первым небоскрёбом – только из-за каркаса оно не попадает в общую классификацию. Это было первое офисное здание с пассажирским лифтами - гидравлическими моделями от компании Отиса.

Equitable Life Building

Критерий по наличию стального каркаса на данный момент уже не является абсолютно необходимым. В 1998 году в столице Малайзии Куала-Лумпуре возвели два 88-этажных , соединённые между собой мостом на шаровых опорах. Для строительства использовали эластичный бетон, усиленный кварцем и сравнимый по прочности со сталью. Но масса небоскрёба - вдвое больше, чем у зданий аналогичного размера. Высота строений - 451 метр, включая шпиль.

Более того, самое высокое здание в мире построено не на стальном каркасе. Для возведения Бурдж-Халифа в Дубае, ОАЭ, также использовали специально разработанный бетон, способный выдерживать температуру до 48 градусов Цельсия. Бетон укладывали ночью, добавляя в раствор лёд.

Строила башню Бурдж-Халифа та же компания, что возвела одну из Башен Петронас – Samsung.

Башни Петронас, Малайзия

Том Круз на небоскрёбе Бурдж-Халифа, Дубай, ОАЭ

Бурдж-Халифа

Преодоление преград

В 1912 году в Москве построили «тучерез» – Дом дешёвых квартир Нирнзее высотой более 40 метров. В 1908 году самым высоким гражданским сооружением в городе была 78-метровая Телефонная станция в Милютинском переулке. Но полёт инженерной мысли в России искусственно сдерживался эстетическими и религиозными соображениями – эти высокие здания были ниже колокольни Ивана Великого. Всё изменили «Сталинские сёстры».

Если говорить о США, то у строителей были и некоторые другие проблемы, такие как несовершенные лифты и насосы, не позволявшие поднимать воду на самые высокие этажи. С этими задачами вскоре справились, но с ростом зданий возникали новые вызовы.

В США в 1913-1915 годах построили 40-этажный Equitable Building . 164-метровый небоскрёб отбрасывал на город такую тень, что в полдень лишал солнечного света дома на площади в 30 тысяч квадратных метров. Чтобы избежать подобных проблем в дальнейшем, в Нью-Йорке приняли закон, по которому здание должно было подниматься уступами. Так появились небоскрёбы с уступчатыми очертаниями.

Манхэттен, 1932 год. Результаты Закона о зонировании

Чем выше здание – тем больше оно подвержено влиянию природных условий. Высота Тайбэй 101 в столице Тайваня – более полукилометра. Для Юго-Восточной Азии характерны тайфуны и землетрясения. Башня уже выдержала несколько землетрясений и спокойно стоит при любых порывах ветра. Более того, люди в этой башне не страдают от «воздушной болезни», они не чувствуют качки на большой высоте.

Опасность обрушения снижает шар-маятник, установленный между 87 и 91 этажами 101-этажного здания. Шар весит 660 тонн и позволяет компенсировать порывы ветра. А каркас здания - очень прочный, но не жёсткий, поэтому оно не может просто «сломаться».

Тайбэй 101, Тайвань

Каждое высотное здание - это новые сложности. Шанхайская башня имеет закрученную конструкцию для борьбы с ветром и двойную оболочку для сохранения температуры. Площадку для башен Петронас пришлось передвинуть на 60 метров, чтобы близнецы стояли на одном виде грунта, а материал для них нужно было производить исключительно на территории Малайзии – потому для них создали специальный сорт бетона.

Из сложных российских проектов нужно отметить небоскрёб на площади Красных ворот. Под одним из корпусов 138-метровой высотки расположен вестибюль метро, который строили одновременно с домом. Какое-то время «тучерез» должен был стоять под наклоном на краю котлована, а после осадки грунта он бы обязательно накренился. Чтобы избежать этого, здание строили с наклоном, а грунт заморозили по технологии, используемой при строительстве метро. Грунт растаял, здание просело и встало строго (почти) вертикально. Задача была настолько сложной для просчёта, что подобный метод более нигде не применяли.

Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите , пожалуйста.

Skyscraper по-английски - это и есть дословный перевод нашего "небоскреб". До 1885 года небоскребами считались здания высотой в 6 этажей. В них не было лифтов, а водяные насосы не могли подавать воду выше, чем на 15 метров.

Здание Страховой Компании, Чикаго, 1885 г.

Однако уже в 1885 году в Чикаго архитектор Уильям Ле Барон Дженни разработал проект 10-ти этажного здания страховой компании. Он предложил следующую технологию: использовать в качестве несущей - каркас здания, который поддерживал бы и внутренние и наружные стены. В обычной архитектуре роль несущих выполняли наружные стены. Благодаря этому предложению вес здания уменьшился почти на 30%. Однако, архитектор побоялся возложить все функции несущей на металлический каркас и для подстраховки оставил в качестве несущей также заднюю стену здания и колонны из гранита. Здание простояло до 1931 года, после чего его снесли, а землю использовали как часть общего сторительства LaSalle National Bank .

LaSalle National Bank в наше время

Само здание LaSalle банка было закончено в 1934 году и имело 163 метра в высоту. Википедия сообщает, что это было последнее из «немаленьких» офисных зданий, построенных в Чикаго в промежуток после Великой Депрессии и Второй мировой. Следующий небоскреб построили только в 1955 г.. Практически все в этом строении было новым и "неизведанным". Высокоскоростные лифты, система воздушного кондиционирования. И самая главная зюминка - бронзовый рельеф, в виде формы здания, расположеный в «отделе справок».

Башня Уэйнрайта,Сент-Луис, 1891 год, 10 этажей

Вторым зданием, на котором стала полностью использоваться технолгия "несущий каркас", является Башня Уэйнрайта («Wainwright Building», Сент-Луис, архитекторы Луис Салливан и Денкман Адлер, 1891 год, 10 этажей. Построено на Каштановой улице в дайнтауне Сент-Луиса, Миссури. Названо в честь местного барыги (local financier) Эллиса Уэйнрайта). Здание считается (американцами, естественно) главным претндентом на звание "первый небоскреб в мире".

Между прочим, «Эйфелева башня», построенная в 1889 г., также один из первых небоскребов. Ее высота на тот момент составляла 313 м.

Equitable Life Building, первое здание с лифтами, окончательно построено в 1915 г.

Ещё одним архитектурным элементом, без которого невозможно представить себе современный небоскрёб, является использование лифта. Первые лифты в офисном здании появились в Эквитабл Лайф Билдинг (Equitable Life Building) в Нью Йорке.

Вулворт, Нью Йорк,1913г, 241 метров, 57 этажей.

Первым небоскрёбом, наиболее близким к сегодняшнему пониманию термина, можно считать Вулворт в Нью Йорке.

Вулворт, Нью Йорк, процесс строительства

Его строительство было завершено в 1913 году, высота здания 241 метр, этажей — 57, на 58 этаже находится площадка для обозрения. Выполнен в стиле неоготики, имеет фронтально-центральную башню и множество шпилей по периметру. Обожаемый объект для съемок у режсеров фильмов ужасов. Во всяком случае, можно назвать пару фильмов, где это здание играет не последнюю роль, да в том же «Cloverfield» или «12 злых мужчин», 1957 года. (статья на Википедии)

Вот, что писал журнал Fortune в cентябре 1930 года:

Крановые бригады

Проектировать стальные балки, торговаться с поставщиками о лучшей цене, подвозить их на строительную площадку, и совсем иная, настоящая работа наступает, когда балки нужно поднимять на высоту. Опасная и, часто смертельная работа.

Ее нужно выполнять, стоя на шатком дощатом помосте, наброшенном на стальные швеллера на отметке 100, 200, 300метров. И самое страшное — рабочие не видят балку, которую они поднимают.

Кран-деррик, одиночная стрела на шарнире, закреплен на балке 25 этажа. Его погрузочная бригада — на 26 м. Оператор крана — возле лебедки на 10 уровне. Он управляет краном по сигналу колокола, который заглушают десятки пневматических клепальных молотов. Удар — включил мотор. Удар — выключил. Он не видит ни машину, что привезла балку, ни самой балки, ни товарищей по бригаде.

Бригада монтирует балку, фиксируя ее болтами. Начальник бригады руководит оператором стрелы крана, доставляющей груз в точку назначения, и его подмастерьем, подающим колоколом сигнал оператору лебедки. Требуется совместить отверстия под клепку с точностью до 1/10 дюйма. Человек, управляющий лебедкой — шестнадцатью этажами ниже. Двое монтажников в нужный момент соединяют раскачивающийся на ветру швеллер огромными болтами и гайками. Смертники. Эти двое погибают чаще всех других.

Остается отцентровать деталь строго по вертикали и горизонтали и заклепать ее. На момент монтажа, клепальщики — самые знаменитые люди Небоскрёба — работают тремя этажами ниже.

Почему не бывает строек без крови

Клепальщик в строительстве небоскреба — это не одиночка, это звено из 4-х работников — «повара», «вратаря», «упора» и «стрелка».

Клепальщики нанимаются и увольняются четверками. Если один не вышел на работу, трое оставшихся к работе не допускаются. Люди в звене приходят, уходят, погибают — звено остается. Есть звенья, делающие за день 525 клепок, есть звенья, делающие 250. Разница — в координации движений четверки.

Строительство небоскреба, звено клепальщиков

На фотографиях — звено Игла, ветераны Уолл-Стрит,40, лучшие в городе. Основатель бригады - Игл (фото 1 — «повар»), происходит из Балтимора. Злые языки утверждали, что вообще-то Игл человек не бедный, работа для него была опасным спортом. Есть мифы и о братьях Бауэрс (фото 3 — «стрелок» и 4 — «упор»). И только о вратаре (фото 2) ничего неизвестно.

Процесс клепки с виду прост

Заклепки к месту работы подносит подмастерье — мальчишка, который, если выживет, может стать одним из четверки. На дощатом помосте, наброшенном на голые балки (не всегда склепанные), стоит печурка на угле, в которой «повар» подогревает заклепки. Когда требуется очередная заклепка, «повар» (термист) мехами поддает жару в топку, заклепки быстро разогреваются до каления. Надо знать, когда прекратить нагрев, так как перекаленные заклепки будут проворачиваться в креплении — работу придется переделывать.

Когда заклепка прогрелась, «повар» поворачивается лицом к «вратарю», который может быть в восьмидесяти футах от него — выше или ниже. О том, чтобы поднести заклепку, не может быть и речи — надо ее бросить. Молча, лишь убедившись, что «вратарь» тоже смотрит на него и готов принять бросок. Щипцами. Мягко. Но если между печуркой и «вратарем» уже собранные поточные балки — надо попасть в просвет между ними, то есть кидать и точно, и с большой силой. «Вратарь» ловит заклепку обычной жестяной банкой — лучшего пока не придумали. Он стоит в самом неудобном месте — на узком дощатом помосте рядом с местом клепки. Или на голой балке. Его цель — поймать летящую полуторафунтовую железку, раскаленную докрасна. Шаг влево или вправо — смерть. Не пойманная болванка, падающая вниз — смерть случайному прохожему.

В это время «стрелок» и «упор» подготовили посадочное отверстие — совместив, если нужно, тяжелые балки пневматическим молотом. «Вратарь», поймав заклепку, вынимает ее щипцами из банки, сбивает окалину и загоняет в отверстие. «Упор» упирается в шляпку заклепки всем телом через массивный стальной стержень. При работе на внешних колоннах он нередко висит над улицей. «Стрелок» поднимает пневматический молот и расклепывает заклепку с обратной стороны (50-60 секунд). Это самая тяжелая физически работа. Обычно, «вратари» и «упоры» время от времени подменяют «стрелка». Вес молота (35 фунтов) — еще одна, косвенная, причина смертей. Наконечник молота удерживается тяжелой скобой. Рабочие ее снимают, заменяя легкой проволокой — но когда она ломается, либо «стрелок», либо «вратарь», либо оба они гибнут.

Как строят небоскребы?

Начиная с первых высотных зданий, процесс был практически одинаков. Построили этаж, положили сверху настил, «деррик-кран». (Деррик-кран - основной вид подъемно-транспортного оборудования в строительстве небоскребов и в мостостроении. Применяется из-за того, что грузоподъемность крана сохраняет постоянное значение в широком диапазоне вылета стрелы. «Зацепив» (заанкернировав) кран на собираемую конструкцию или специальные фундаменты, применяют в подъеме тяжелых грузов на больших вылетах стрелы. К тому же, кран обладает относительно низким собственным весом. Благодаря этому усилия в монтируемых конструкциях (то есть нагрузка на строение от веса крана)- сравнительно невысока. Недостатки — высокая стоимость и трудоемкость их монтажа и демонтажа).

Поднимали на второй этаж и продолжали строительство там, далее на третий, потом на четвертый и так далее. процесс — медленный, плохо контролируемый по времени (непогода, сильный ветер, гроза- увеличивали время постройки). Под строительство выделяется достаточно маленький участок земли, и чаще всего, стройка ведется в окружении жилых домов. Хранение стройматериалов осложнено, подвоз необходимых компонентов - почти конвейерный (строители должны расходовать материал до следующих поставок, иначе работа останавливается, не из чего строить). Сильный ветер, проблемы со страховкой и медицинскими учреждениями, слабые профсоюзы.

Основная технология, используемая в постройке не супер высоких небоскребов, до 25 этажей - это чугун в виде каркаса, к которому прикрепляются стены. Основная нагрузка идет на каркас и, следовательно, на фундамент, что значительно облегчает вес здания, потому что основная задача строителей — уменьшить вес сооружения., большинство строений-небоскребов имеют несущий стальной каркас. Однако высота все растет и растет, а сталь (а тем более чугун), какие бы в него добавки не включали, не справляется. Постепенно строители переходят на строительство с использованием усиленного бетона.

«Усиленный бетон», просто модный термин, которым можно похвастаться перед инвесторами. Добавляя в бетон композиты, мы изменяем его прочность, жаростойкость, гибкость, смотря, что добавить. Добавим стальную арматуру - получим железобетон, имеющий прочность много выше, чем «просто сталь» или «просто бетон», а по научному — «воспринимающий различные продольные, поперечные, переломные нагрузки более эффективно и имеющий нормируемую усадку». В настоящее время, наловчились добавлять армирующее стекловолокно, экспериментируют с различными углепластиками и т.д. То, что даст экономический эффект - дешевизну, или придаст необычную прочность, то добавкой и будет.

Современные технологии для постройки небоскребов от 50 этажей- базируются на использовании скелета из «сильнонапряженной» стали и бетона, конечно с «базой» - массивным основанием.

Небоскреб в разрезе, видно массивное основание

Считается, что эта технология позволяет строить высотки высотой от 1 километра и выше.

Сильнонапряженная сталь получается путем фонтанирования расплавленного металла под давлением. Это дает возможность сразу из литейного чугуна или стали получать тонкую проволоку, минуя стадии проката и многократного волочения ее через фильтры. Благодаря быстрому охлаждению в воздухе струи металла получают поверхностную закалку. На них образуется сильно напряженная пленка, обеспечивающая кускам проволоки высокую прочность. В таких условиях даже чугунный волос получает прочность на растяжение, в 10 раз большую, чем у обычного массивного чугунного литья.

Также учитывается влияние 3-х стихий: земли, ветра и огня.

Земля — месторасположение здание, геология места.
Ветер — аэродинамика, прочность и устойчивость конструкций.
Огонь - безопасность сооружения и его надежность.

Так как высокое здание очень сильно закручивается и раскачивается под влиянием атмосферных явлений (ветер, например, или торнадо), активно продвигают идею создания вращающихся небоскрёбов. Напрмер, в 2009 году в Дубае планировали строить первый в мире вращающийся вокруг свое оси небоскреб, башню Таймс Резиденс.

Вращающийся небоскреб "Таймс Резиденс", Дубаи.

Скорость вращения башни будет составлять 5 мм/секунду. Полный оборот зданием будет завершаться в течении недели. Здание- сейсмоустойчиво и спосбено вырабатывать энергию путем солнечных батарей, установленных на внешней облицовке здания. И именно солнечная энергия, которой, как известно, в арабском эмирате очень много, будет использоваться на вращение здания. Разработана новая технология строительства, которая планируется применяться в новых постройках - установка центрального железобетонный штыря, на который будут одеваются уже готовые этажи.

Cуществуют проекты относительно замкнутых комплексов внутри высоких небоскребов, которые представляют собой «город в городе», со своими магазинами, театрами и т.д. Например X-Seed 4000. Разрабатан для столицы Японии, вмещает до 1 миллиона жителей. В отличие от обычных небоскребов, X-Seed 4000 будет защищать своих обитателей от перепадов давления и смены погодных условий по всей высоте здания. Его конструкция предусматривает использование солнечной энергии для энергообеспечения всей системы поддержания микроклимата в здании. Лифты рассчитаны на 200 пассажиров и доставляют на верхний этаж за 30 минут. Помимо тысяч квартир и офисов в X-Seed 4000 будут и развлекательные центры, и парки, и леса.

x-seed4000, город в городе

Реально строящийся небоскреб, представляющий город в горде - Бурдж Дубай напоминает по форме сталагмит. С 21 июля 2007 года — самое высокое строение в мире. C 19 мая 2008 года — самое высокое когда-либо существовавшее сооружение в мире (до этого рекорд принадлежал упавшей в 1991 году Варшавской радиомачте).

Бурдж Дубай

Дубайская башня» станет городом в городе — с собственными газонами, бульварами и парками. Скорость пострйки 1—2 этажа в неделю. Согласно проекту, на 37 нижних этажах разместится отель, а 700 роскошных квартир займут этажи с 45 по 108.

Бурдж Дубай. Строительство, Май 2008. Те же краны-деррики, что описывались в начале статьи.

Большинство же площадей будет отведено под офисные помещения. Исключение составят 123 и 124 этажи, на которых будут расположены вестибюль и смотровая площадка, соответственно. А искусственная башня, которая будет воздвигнута над основным зданием, будет нести, помимо декоративной функции, ещё и коммуникационную, поскольку будет оборудована необходимой телекоммуникационной техникой. Строительство проходит по обычным технологиям, массивное основание в бетоне, краны-деррики в подъеме заготовок, напряженная сталь в конструкциях, облегченный бетон (с кремазитом в качестве наполнителя) для облицовки.

Когда рассказывают об очередном рекордно высоком сооружении, обычно говорят о том, что вздымается над землей. Конечно же, о высоте, количестве этажей и лифтов, смотровых площадках, с которых видно полмира, и о том, например, как доставить воду на сто-какой-нибудь этаж, чтобы водопровод при этом не разорвало от огромного давления в трубах. Меньше говорят о подземной части, хотя вопрос о том, как гигантские, почти километровые «иглы», вроде построенной Burj Khalifa или строящейся Kingdom Tower, держатся в грунте, весьма интересен. Почему они не падают? Почему не проваливаются в грунт и как выдерживают колоссальные ветровые нагрузки?

Чтобы разобраться в технологии сооружения оснований для небоскребов, «ПМ» обратилась в московский институт «Горпроект», занимающийся, в частности, проектированием высотных зданий. Нашим консультантом любезно согласилась выступить руководитель конструкторского отдела ЗАO «Горпроект», кандидат технических наук Елена Зайцева.

Самый высокий в мире небоскреб Burj Khalifa являет собой пример возведения сверхвысокого здания на сильнодеформируемом основании. Для придания зданию устойчивости были использованы 192 сваи по 1,5 м в поперечнике.

Здесь вам не Манхэттен

«Основным при проектировании фундамента высотного здания является, безусловно, высокая нагрузка, передаваемая сооружением на основание, — говорит Елена Зайцева. — Необходимо различать понятия «фундамент» и «основание здания». Под фундаментом понимают часть здания (нижние конструкции — плита, свайный ростверк, сваи и т. д.), которая передает нагрузку от сооружения на грунт. И, соответственно, под основанием понимают массив грунта, в котором возникают дополнительные напряжения и осадки в результате воздействия на него здания через его фундамент. Задача состоит в том, чтобы правильно спроектировать и основание, и фундамент. Основная сложность возникает в связи с тем, что высота здания большая, а площадь передачи нагрузки на основание по отношению к высоте сооружения мала. Это приводит к высоким напряжениям как в самой конструкции фундамента (большие изгибающие моменты и значительная продавливающая нагрузка от стен и колонн), так и в основании (фундамент-грунт)».

Таким образом, от характеристик грунта напрямую зависит конструкция фундамента. Известно, что в самом знаменитом парке небоскребов — на острове Манхэттен — скальный грунт находится у поверхности, что значительно облегчает работу проектировщиков. Достаточно расчистить ровную площадку — и на нее можно поставить фундамент в виде толстой плиты из армированного бетона. Однако в наши дни чемпионат по сверхвысотному строительству происходит в другом уголке мира — на Аравийском полуострове. Именно там стоит самый высокий небоскреб Burj Khalifa (828 м, ОАЭ) и готовится возведение другого монстра высотой в 1007 м — Kingdom Tower (Саудовская Аравия). Последний хотели сделать высотой в милю (1609 м), но геологи сказали решительное «нет» — грунт не выдержит. Аравия — пустынная земля, сформированная донными отложениями древнего океана, то есть состоящая преимущественно из песчаных пород. Только на глубине встречаются относительно твердые породы типа известкового скалистого грунта. Этот фактор приходилось учитывать чикагскому архитектору Эдриану Смиту, главному творцу аравийских чудес, и другим авторам проектов небоскребов на песке.

Держась за недра

Фундамент Burj Khalifa был разработан как свайно-плитный. Плита толщиной 3,7 м являет собой нечто вроде цветка с тремя лепестками, что отражает общую конструкцию здания, состоящую из центрального шестигранного ядра и трех крыльев, выполняющих роль контрфорсов (вертикальных подпирающих конструкций). Это придает зданию большую жесткость на боковую нагрузку и кручение. Плиту решено было опереть на 192 сваи диаметром 1,5 и длиной 43 м. Сваи под небоскребы в большинстве случаев являются буронабивными, то есть изготавливаются путем бурения скважин нужных диаметра и глубины и последующего их заполнения элементами арматуры и бетонным раствором.

Схема показывает распределение нагрузки на плиту фундамента. Желтым и коричневым выделены зоны наибольших вертикальных нагрузок. Они приходятся на крылья, выполняющие роль контрфорсов.

Иногда сваи пронизывают слои мягкого грунта и достигают на определенной глубине твердой скальной породы, давая твердую опору фундаменту. Но в Аравии даже на глубине 50 м породы мягкие, с низкой степенью цементации. Сваи, подпирающие плиту фундамента, являются по сути «висячими», то есть нагрузка от здания передается верхним слоям грунта через плиту и нижним — в основном через трение поверхностей сваи и грунта. Интересную инженерную проблему пришлось решать при строительстве куала-лумпурских башен-близнецов — Petronas Towers. Под местом их будущего фундамента присутствовал твердый скальный грунт, но в виде довольно крутого склона. Была возможность выбрать вариант со сваями, опирающимися на скалу, но тогда одни из них были бы совсем короткими, а другие — намного более длинными. Проектировщики опасались, что под весом зданий более длинные сваи со временем сожмутся и их длина существенно сократится, в результате чего возникнет крен. В конце концов было решено перенести строительство туда, где скальный грунт не подходил близко к поверхности, и поставить небоскребы на «висячих сваях».

Бетон отлично работает на сжатие, но не так хорошо — на растяжение и изгиб. «При возведении фундаментов используют железобетон, включающий в себя стальную арматуру и тяжелый бетон, — объясняет Елена Зайцева. — Плиты армируются горизонтальными сетками, воспринимающими изгиб, а нагрузки на сжатие принимает на себя бетон. Диаметр стальной арматуры в плитах достигает 40 мм, но в сваях могут использовать специальную арматуру и большего диаметра». Таким образом, сверхвысокое здание передает вертикальную нагрузку и изгибающие моменты основанию через плитный или плитно-свайный фундамент. Но как происходит крепление самого здания к фундаменту?

Московская специфика

Одной из особенностей проектирования высотных зданий в Москве можно назвать отсутствие прочных скальных грунтов и местами довольно высокий уровень грунтовых вод. Грунтовая толща в Москве представлена переслаивающимися слоями песчаных и глинистых грунтов различной консистенции. В принципе, это довольно хорошее основание для обычных зданий, однако учитывая, что давление под подошвой фундамента высотного здания находится в среднем в диапазоне 7−11 кг/см 2 этого становится недостаточно. Правда в Москве практически повсеместно на доступной (для зданий с большой подземной частью) и при наличии свайного основания залегает слой известняков. На него и стараются опереть фундаменты небоскребов. Однако известняк это материал, во‑первых, существенно менее прочный, чем, например, тот же гранит и, во‑вторых, они склонны к разрушению под воздействием кислот. Учитывая, что продукты жизнедеятельности человека медленно, но верно загрязняют горизонты подземных вод, необходимо иметь это в виду в долговременной перспективе существования небоскреба. Зато нам повезло с отсутствием ураганов и землетрясений, которые имели бы частый и катастрофичный характер. Вопросы защиты котлована от подтопления грунтовыми водами в период строительства решаются либо глубинным водопонижением с помощью иглофильтрационных установок, качающих воду с глубин ниже дна котлована, либо созданием водонепроницаемой «стены в грунте», нижний конец которой опускают в глинистый грунт, являющийся водоупором (т.е. непропускающий воду). Защиту подземной части здания от воды выполняют либо с помощью разных систем гидроизоляции, либо применяя, так называемую, «белую ванну». Это специальный бетон с пониженной водопроницаемостью, а в местах устройства деформационных и технологических швов устанавливаются эластичные шпонки, которые препятствуют просачиванию воды по швам. Безусловно, эти работы требуют хорошей квалификации строителей, т.к. ошибки допущенные при устройстве подземной части здания исправить очень трудно и очень дорого.

Непрерывная связь

«В настоящее время, если речь идет о высотных зданиях, соединение непосредственно конструкций здания с плитой или ростверком (балкой, распределяющей нагрузку на сваи) выполняется по жесткой схеме, — говорит Елена Зайцева. — Из плиты делаются выпуски арматуры в местах опоры на нее вертикальных конструкций таким образом, чтобы они совпадали с арматурой этих конструкций. Впоследствии при бетонировании стен и колонн арматура плиты и конструкций соединяется, образуя непрерывную связь. Это позволяет небоскребу иметь надежный «якорь», куда будет передаваться горизонтальная нагрузка, возникающая при порывах ветра или сейсмических толчках, оказывающих сдвигающее воздействие. Что же касается соединения свай с ростверком, то здесь возможно шарнирное соединение, когда арматура сваи не заводится в плиту ростверка, или жесткое — когда не только арматура, но и часть головы сваи заводится в плиту. В первом случае от здания передаются только вертикальные нагрузки на сваи, во втором — также и изгибающий момент».

Если подойти к стройплощадке, на которой только приступают к возведению небоскреба, мы не увидим ни свай, ни плиты. Скорее всего, перед нами будет зиять огромная яма: в любом, даже самом высоком небоскребе проектируются подземные этажи, а потому строительство начинается с рытья котлована. Чтобы котлован, откосы которого могут составлять 5−10 и более метров, не обвалился, возводятся ограждающие конструкции из шпунтовых свай (обычно они делаются из металла) или в виде «стены в грунте». И лишь в дне котлована будут буриться скважины под буронабивные сваи, а потом там же будет отлита плита, которая станет главной невидимой снаружи опорой небоскреба.

В 1884 году в Чикаго было начато строительство первого небоскреба. В нем было аж целых 10 этажей! Однако уже в начале следующего века 10-этажным домом было никого не удивить, а главное строительство небоскребов в Америке переместилось в Нью-Йорк.

Многие видели фотографию сидящих на балке строителей где-то высоко в небе над городом, она часто встречается на постерах и обложках. И конечно, с замиранием сердца задавались вопросом: как? Как они туда попали и как они могут не дрожать от страха, а преспокойно есть свой ланч? Итак, этот пост о том, как строились небоскребы в Нью-Йорке.

Lunchtime atop a Skyscraper («Обед на вершине небоскреба») - фотография из серии Construction Workers Lunching on a Crossbeam - 1932 фотографа Charles C. Ebbets.

Такое чудо, как небоскреб, не стало бы возможным без изобретения стального каркаса. Сборка стального каркаса здания - самая опасная и сложная часть строительства. Именно качество и скорость сборки каркаса определяет, будет ли проект реализован в срок и в рамках бюджета. Вот поэтому клепальщики - самая важная профессия при строительстве небоскреба.

Клепальщики - это каста со своими законами: зарплата клепальщика за рабочий день - 15 долларов, больше, чем у любого квалифицированного рабочего на стройке; они не выходят на работу в дождь, ветер или туман, они не числятся в штате подрядчика. Они не одиночки, они работают бригадами из четырех человек, и стоит одному из бригады не выйти на работу, не выходит никто. Почему же в разгар Великой депрессии на это смотрят сквозь пальцы все, от инвестора до прораба?

На помосте из досок или просто на стальных балках стоит угольная печь. В печи заклепки - 10-сантиметровые в длину и 3-сантиметровые в диаметре стальные цилиндры. «Повар» «варит» заклепки - небольшими мехами гонит в печь воздух, чтобы разогреть их до нужной температуры. Заклепка прогрелась (не слишком сильно - провернется в отверстии и придется ее высверливать - и не слишком слабо - не расклепается), теперь нужно передать заклепку туда, где она будет скреплять балки. Какая балка когда будет крепиться, известно лишь предварительно, да и передвигать горячую печь в течение рабочего дня нельзя. Поэтому часто место крепления находится от «повара» метрах в тридцати, иногда выше, иногда ниже на два-три этажа. Передать заклепку можно единственным способом - бросить.

«Повар» поворачивается к «вратарю» и молча, убедившись, что «вратарь» готов к приему, щипцами бросает раскаленную докрасна 600-граммовую болванку в его сторону. Иногда на траектории уже сваренные балки, кинуть нужно один раз, точно и сильно.

«Вратарь» стоит на узком помосте или просто на голой балке рядом с местом клепки. Его цель - поймать летящую железку обычной жестяной консервной банкой. Он не двигается с места, чтобы не упасть. Но поймать заклепку он обязан, иначе она маленькой бомбой рухнет на город.

«Стрелок» и «упор» ждут. «Вратарь», поймав заклепку, загоняет ее в отверстие. «Упор» с внешней стороны здания, вися над пропастью, стальным стержнем и собственным весом удерживает шляпку заклепки. «Стрелок» 15-килограммовым пневматическим молотом в течение минуты расклепывает ее с другой стороны.

Лучшая бригада проделывает это фокус свыше 500 раз за день, средняя - около 250.

Опасность этой работы можно проиллюстрировать следующим фактом: каменщики на стройке страхуются по ставке 6% от зарплаты, плотники - 4%. Ставка клепальщика - 25-30%.

На здании Крайслера погиб один человек. На Wall-Street-40 погибло четверо. На Empire State - пятеро.

Каркас небоскреба состоит из сотен стальных профилей длиной несколько метров и массой в несколько тонн, так называемых beams. Хранить их при строительстве небоскреба негде - никто не позволит организовать склад в центре города, в условиях плотной застройки, на муниципальной земле.

Более того, все элементы конструкции разные, каждый может быть использован в одном-единственном месте, поэтому попытка организации даже временного склада, например на одном из последних построенных этажей, может привести к большой путанице и срыве сроков строительства.

Именно поэтому, когда я писал, что работа клепальщиков самая важная и самая сложная, я не упоминал, что она к тому же самая опасная и тяжелая. Работа тяжелее и опасней, чем у них - работа крановой бригады. Заказ на бимсы был согласован с металлургами еще несколько недель назад, грузовики подвозят их к месту строительства минута в минуту. Независимо от погоды, их необходимо разгрузить немедленно.

Деррик-кран - стрела на шарнире, находится на последнем построенном этаже, монтажники - этажом выше. Оператор лебедки может находиться на любом этаже уже построенного здания, ведь никто не собирается останавливать подъем и отвлекать другие краны для поднятия тяжелого механизма на несколько этажей повыше для удобства монтажников. Поэтому, поднимая многотонный швеллер, оператор не видит ни саму балку, ни машину, которая ее привезла, ни своих товарищей.

Единственный ориентир для управления - удар колокола, подаваемый подмастерьем по сигналу бригадира, находящегося вместе со всей бригадой десятками этажей выше. Удар - включает мотор лебедки, удар - выключает. Рядом работают несколько бригад клепальщиков со своими молотами (вы слышали когда-нибудь шум отбойного молотка?), другие крановщики поднимают по командам своих колоколов другие швеллеры. Ошибиться и не услышать удар нельзя - швеллер или протаранит стрелу крана, или сбросит с установленной вертикальной балки монтажников, готовящихся его закрепить.

Бригадир, управляя дерриком через двух операторов, одного из которых он не видит, добивается совпадения отверстий под клепку на установленных вертикальных балках с отверстиями на поднимаемом швеллере с точностью до 2-3 миллиметров. Только после этого пара монтажников может закрепить раскачивающийся, часто мокрый швеллер огромными болтами и гайками.

В на 6-й авеню есть памятник этим ребятам, установлен в 2001 году. Моделью стала самая известная фотка, она здесь в превью первая. Так вот, сделали памятник сначала точно так, как на фото, т.е. 11 чуваков сидят на балке. А потом самого крайнего справа убрали под корень. И только из-за того, что у него в руках бутылка виски! Я понимаю, если б это сделали у нас во времена Горбачева, но у них в 2001-м! Видимо, не хотели разрушать легенду про бравых парней. Теперь это десять вполне приличных ребят, сидящих на стальной балке. Нормально. Но как-то обидно.

Памятники отважным строителям

В сотни этажей - это всегда поражающие воображение конструкции, которые выглядят престижно и респектабельно. Как строят небоскребы и зачем это делают? Целесообразность таких решений исходит из стремительного роста населения крупнейших мегаполисов планеты. В то же время разработать проект здания высотой более сотни метров чрезвычайно сложно. Такое строение должно быть не только функциональным, но и безопасным. Вот почему сегодня для реализации подобных проектов прибегают к применению самых инновационных технологий.

В чем заключается технология строительства небоскребов? Какие здания являются самыми высокими на сегодняшний день? Какие инновации в строительстве небоскребов используют в последнее время? На эти и другие вопросы постараемся ответить в нашем материале.

Выбор места под строительство

Как строят небоскребы? Важнейшую роль в реализации проекта играет выбор площадки под размещение конструкций. Высотки гораздо сильнее давят на грунт, чем стандартные жилые здания. Именно по этой причине небоскребы стоят лишь на плотной почве, которая не содержит полостей, неоднородных масс и залежей вод. Здания внушительной высоты содержат массивную, невидимую для глаз обывателя подземную часть. Очевидно, что закладка сложных конструкций фундамента требует тщательного анализа характера почвы.

Стены и несущие конструкции

Современные небоскребы невозможно построить из кирпича или бетонных плит. Подобного рода конструкции неминуемо ожидало бы скорое разрушение в виду нестабильности под воздействием естественных факторов.

Как правило, при сооружении небоскребов прибегают к применению несущих, составных стальных конструкций. В качестве материала для всевозможных перекрытий используют высочайшего уровня прочности.

Планировка

Внутренне устройство небоскребов кардинально отличается от городского жилья. Основной упор здесь делают на соблюдение пожарной безопасности. Ведь эвакуировать людей из здания высотой в десятки этажей при возникновении чрезвычайного происшествия оказывается крайне проблематично. Поэтому внутренне пространство небоскребов разделяют специальные противопожарные преграды. При этом один резервный лифт в здании всегда остается подключенным к бесперебойной подаче электропитания.

Новейшие небоскребы спланированы таким образом, чтобы в чрезвычайных ситуациях люди могли укрыться на технических этажах, которые обычно простаивают пустыми. В то же время все входы в помещения чаще всего оборудуются двойными дверями. Реализуют это в целях предотвращения сквозняков, что снабжают пламя кислородом при возгораниях.

Жизнеобеспечение

Небоскребы, как правило, оборудуются системами, что обеспечивают экономное потребление энергии. Во многих современных зданиях реализованы солнечные батареи. За водоснабжение отвечают продуктивные насосы, которые устанавливаются через каждые 10-15 этажей. Иным путем закачать воду на сотни метров ввысь просто невозможно. Ну и нельзя не отметить системы автономного кондиционирования воздуха.

Стоимость проектов

Сколько стоит строительство небоскреба? Не так давно японские инженеры заявили, что планируют соорудить конструкцию под названием "Фуджи", высота которой достигнет немыслимых 4-х километров. Проект здания предполагает наличие целых 800 этажей. Готовое сооружение должно вместить в себя порядка одного миллиона человек. Для обеспечения здания электроэнергией будут применяться солнечные батареи. Какова же стоимость реализации проекта? По оценкам специалистов строительство "Фуджи" обойдется Японии в сумму от 300 до 900 миллиардов долларов.

Что касается самого высокого дома из ныне существующих, таковым является башня "Бурдж-Халифа" в Объединенных Арабских Эмиратах. Ее высота достигает 828 метров. Стоимость такого небоскреба достигает порядка 20 миллиардов долларов.

Следующий по высоте небоскреб - Шанхайская башня, строительство которой завершилось в 2015 году, обошлась ее создателям всего в 1,7 миллиарда. Высота этого здания составляет 632 метров.

Самый высокий небоскреб в мире

В 2010 году в городе торжественно открыли одно из наиболее впечатляющих зданий в истории. Самый высокий небоскреб в мире (828 метра) получил название «Бурдж-Халифа». Презентация башни представляла собой помпезное событие. Вокруг громадного здания собрались тысячи зевак. Трансляция торжественной церемонии распространялась на весь мир. За действом одновременно наблюдали по телевизору рекордные 2 миллиарда зрителей.

На реализацию проекта ушло целых 5 лет. В ходе работ планы которые отвечали за финансирование, неоднократно менялись. Архитекторам регулярно приходилось вносить поправки в план сооружения, чтобы максимально увеличить его высоту.

Несмотря на все старания шейхов, «Бурдж-Халифа», предположительно, сулит недолго оставаться самым внушительным строением в мире. Ведь не так давно правительство Саудовской Аравии заявило о собственном проекте, который должен затмить своим величием знаменитую башню. По некоторым данным, высота нового гиганта под названием Kingdom Tower составит 1,1 километра.

Небоскребы в Нью-Йорке

Одним из мировых лидеров по количеству небоскребов на единицу площади по сей день остается город Нью-Йорк. Настоящей туристической Меккой является знаменитый «Эмпайр-стейт-билдинг». Располагается небоскреб в финансовом центре города на пересечении Пятой и Тридцать четвертой авеню. Строение занимает целый квартал и возвышается в небеса на 448 метров.

Еще не так давно самым высоким небоскребом Нью-Йорка являлся «Всемирный торговый центр». Монументальное сооружение состояло из двух башен-близнецов, каждая высотой в 541 метр и 110 этажей. Однако в 2011 году состоялась страшная трагедия. Не секрет, что знаменитый небоскреб был уничтожен атакой террористов и навсегда канул в историю.

В 2005 году на карте мегаполиса появился знаменитый Рофеллер-центр. Средства на строительство небоскреба были выделены успешным бизнесменом Джоном Рокфеллером, в честь которого собственно и назвали сооружение. Здание возвышается над Нью-Йорком на 259 метров. На вершине сооружения оборудована смотровая площадка, с которой открывается одна из лучших панорам на город. Примечательно, что обзорная башня на крыше здания, реализованная для туристов, не имеет защитных сеток и решеток. Это позволяет посетителям объекта наслаждаться просто-таки фантастическими видами.

Инновационные технологии

В настоящее время при строительстве небоскребов во всем мире ориентируются на реализацию в проекте возобновляемых источников энергии, применение экологически чистых, безопасных материалов, уменьшение воздействия громадной массы на грунт. Специалисты ориентируются на возможные колебания конструкции, воздействие на нее сейсмических явлений.

Как строят небоскребы? Прежде всего проектировщики прибегают к применению композитных материалов. Как правило, одни и те же схемы повторяются на всех уровнях здания. Использование композитов снижает общий вес зданий, в среднем, на 10%. Технология также дает возможность значительно ускорить реализацию проектов.

Самые передовые технологии сегодня применяются в странах Азии. Здесь особенно озабочены повышенной устойчивостью высотных конструкций, что обусловлено высокой вероятностью вступления в действие факторов природных катаклизмов. Так, небоскреб что располагается в Шанхае, по оценкам специалистов, может сохранять целостность своих конструкций при скорости ветра более 200 км/ч, а также противостоять подземным толчкам мощностью до 7 баллов. Обеспечивается это благодаря реализации подвижных соединений внутри несущих колонн из стали. Огромное влияние на поддержание стабильности конструкции оказывает наличие плавательного бассейна, расположенного на 57 этаже небоскреба. Последний дает возможность зданию балансировать в пространстве.

Не на самом последнем месте при строительстве высотных зданий остается повышенная забота об окружающей среде. Современные небоскребы все чаще играют роль воздушных фильтров, которые убирают из воздушного пространства парниковые газы, прочие вредные вещества. Ярким примером является здание Bank of America, расположенное на острове Манхэттене. Системы, размещенные в стенах конструкции сооружения способны отфильтровывать загрязненный воздух и отдавать его обратно в пространство уже в очищенном виде.

Самое в мире - «Бурдж-Халифа» концентрирует в себе конденсат, который затем уходит в виде жидкости на орошение прилегающих зеленых насаждений. Помимо прочего, при сооружении небоскреба применялись особые марки бетона, которые выдерживают воздействие высоких температур, что превышают 50 о С.

В заключение

Вот мы и выяснили, как строят небоскребы. Еще не так давно некоторые из вышеуказанных проектов казались чем-то футуристическим и недостижимым в ближайшей перспективе. Как видно, развитие технологий не стоит на месте. Инновационные решения незаметно становятся частью нашей повседневной жизни и все чаще воспринимаются как должное.