Конструктивные схемы высотных зданий

Строительство высотного здания специфично с точки зрения выбора конструкции, элементов здания, соблюдения пропорций и объемной формы.

Интенсивная ветровая нагрузка, которая обязательно будет воздействовать на высотное здание, определяет его форму. В основном это башенная конструкция цилиндрической или пирамидальной формы с отличной обтекаемостью. Сплошное остекление фасада и тонирование окон способно существенно снизить влияние ветра. Уменьшение амплитуды колебаний верхних этажей высотного здания достигается за счет его правильной пропорции: высота небоскреба не должна превышать десять значений его ширины.

Конструкция небоскреба представляет собой совокупность несущих элементов, вертикальных и горизонтальных, гарантирующих устойчивость, прочность и жесткость сооружения. Горизонтальные перекрытия передают нагрузку вертикальным несущим элементам, которые, в свою очередь, переносят ее поэтажно к фундаменту.

Горизонтальные несущие элементы небоскреба не отличаются большим разнообразием и представляют собой монолитный жесткий диск из железобетона. Вертикальные элементы более разнообразны. В архитектуре при расчете и проектировании высотного здания могут применяться стержневые, плоскостные, различные внутренние или наружные объемно-пространственные конструкции. В зависимости от вида вертикальной несущей конструкции существуют четыре основные системы конструкции высотных зданий: каркасная, стеновая, ствольная и оболочковая.

Долгое время стеновая конструкция применялась для строительства любых зданий, однако в сфере высотного строительства она применяется очень редко, в основном при возведении жилых комплексов. Здесь несущими элементами являются все монолитные внутренние стены здания, а чтобы такое высотное здание сохраняло жесткость, расстояния между стенами не должны превышать пяти метров, что соответствует размеру одной жилой комнаты.

Каркасная система хорошо зарекомендовала себя при строительстве американских небоскребов в начале двадцатого века, когда тонировка окон и композитные материалы еще и не снились строителям. Она и сейчас актуальна, но в основном при возведении высотных зданий не выше 60 этажей. На протяжении прошлого века каркасная система пережила множество модификаций, затронувших расчетные схемы, типы соединений и элементы конструкции.

Во второй половине двадцатого века в сфере высотного строительства выходят на лидирующие позиции принципиально новые конструктивные схемы.

Основу ствольной несущей системы, принимающей на себя все нагрузки, составляет вертикальный стержень, располагающийся в центре здания по всей его высоте. Благодаря удачному сочетанию с любой планировочной схемой здания, ствольная система быстро завоевала популярность и любовь у архитекторов по всему миру. При этой системе в центральном стволе жесткости обычно размещают все коммуникации, лифты, вспомогательные и технические помещения. Все внутренние перегородки монтируют из легких материалов, а внешний фасад монтируют из прочного стекла. Остается только тонировкаокони здание принимает привлекательный внешний вид. При строительстве зданий высотой не выше 60 этажей применяют комбинированную каркасно-стволовую систему, при этом несущий каркас располагается снаружи высотки, а ствол жесткости в центре здания, соединенный с внешним каркасом специальными силовыми элементами через каждые 20 этажей.

Самая жесткая конструктивная система возведения высотных зданий - оболочковая. Именно по этой системе построены самые высокие здания высотой более 200 метров. Она характеризуется расположением вертикальных элементов жесткости по внешнему контуру здания. На ее основе появились комбинированные схемы: оболочково-ствольная и оболочково-диафрагмовая, но всех их объединяет один общий элемент - в центре здания расположен ствол, в котором размещаются лифтовые шахты и холлы.

Конструкции небоскребов постоянно совершенствуются и становятся все разнообразнее. Комбинируются схемы, разрабатываются новые элементы и узлы конструкции. Недавно построены здания высотой более 450 метров с применением смешанной каркасно-стволовой системой, опровергнув постулат, что такие высотные здания строятся только по оболочковой системе.