S&T (Super Tehnology)

Для высотного здания очень важной, а в ряде случаев критериальной, является его способность противостоять воздействиям горизонтальных нагрузок без значительных прогибов его верхних частей. Значения этих горизонтальных прогибов по нормам Евросоюза и США не должны превышать 1/500 от высоты здания, хотя практически для многих высоток они значительно ниже. Например, фактические прогибы 412- метровых башен Всемирного Торгового Центра не превышали 1/1470, 214-метрового здания «Уан Шелл Плаза» (г. Хьюстон) — 1/1190, а 158- метрового «Плаза Тауэр» (г. Новый Орлеан) — 1/2200. Отношение высоты небоскрёба к ширине (наименьшему размеру в плане) называют коэффициентом гибкости. Его значение, как показала практика высотного строительства, не должны быть более 8, так как в противном случае либо не выдерживаются эксплуатационные характеристики здания (ускорение колебаний перекрытий верхних этажей превышает нормативные), либо требуются дорогостоящие конструктивные мероприятия для обеспечения необходимой жёсткости здания. На рис. 1 показано, как растут затраты на обеспечение жёсткости при увеличении этажности высотного здания. Если затраты на устройство перекрытий не зависят от этажности высотного здания, а затраты на вертикальные несущие конструкции возрастают линейно, то рост стоимости мероприятий по обеспечению требуемой жёсткости имеет нелинейный (резко возрастающий) характер.

Рост стоимости затрат на обеспечение требуемой жёсткости здания.

С развитием высотного строительства было разработано несколько конструктивных систем (схем) таких зданий: рамно-связевая, каркасная с диафрагмами жёсткости, бескаркасная с перекрестно-несущими стенами, ствольная, каркасно- ствольная, коробчатая (оболочковая), ствольно- коробчатая («труба-в-трубе» или «труба-в-ферме») (рис.2). Выбор той или иной конструктивной схемы зависит от многих факторов, основными из которых являются высота здания, условия строительства (сейсмичность, грунтовые особенности, атмосферные, особенно ветровые, воздействия), архитектурно-планировочные требования. Каждая из перечисленных систем имеет свои разновидности.

Традиционные каркасные и рамные системы применяют при относительно небольшой высоте здания, хотя в 1913 г. по каркасной схеме в г. Нью-Йорке был построен небоскрёб высотой 250 м (60 этажей). Такая высота считается предельной для рассматриваемых систем, поскольку они не обеспечивают необходимой жёсткости более высоких зданий. По экономическим критериям строить по этим системам здания выше 30 этажей нерентабельно. При строительстве высотных жилых домов и гостиниц в ряде случаев применяют схемы с перекрестно-несущими стенами — планировочная структура таких зданий соответствует этой схеме. Несущие конструкции этих зданий выполняют как в сборном, так и монолитном вариантах. Классическим примером здания с перекрестно-несущими стенами является Сире-Тауэр (г. Чикаго), высота которого достигает 442 м (110 этажей). Эта система обеспечивает наибольшую жёсткость здания, но она не пригодна для строений, в которых необходима гибкая планировка помещений (офисных, общественных и других).

Большие возможности в этом отношении имеют специфичные только для высотных зданий системы: ствольная (с ядром жёсткости), коробчатая (оболочковая) и ствольно-коробчатая.

В ствольной системе жёсткость высотного здания обеспечивается лестнично-лифтовым узлом, располагающимся, как правило, в центральной части здания и выполняемым из монолитного железобетона, жестких стальных конструкций или их комбинации. В соответствии с европейскими нормами расстояние от наружных стен до ствола по условиям естественной освещенности не должно превышать 8 м. Американские нормы разрешают принимать это расстояние равным 16 м (рис. 3). Ствольная система может выполняться с консольным опиранием перекрытий на ствол, с подвешиванием нижележащих перекрытий и наружных стен к расположенной наверху консоли («аутригеру»), либо опиранием вышерасположенных перекрытий на расположенную снизу консоль с промежуточным расположением несущих консолей высотой в этаж с передачей на них нагрузки от части этажей (рис. 4). Благодаря этому ствольная система позволяет не только обеспечивать гибкую (свободную) планировку, но и в довольно широких пределах применять развитую пластику фасадов.