Анатомия небоскреба

ВЕТЕР. Из-за больших высот и площади фасадов скорость ветра, обтекающего здание, увеличивается в разы (причем на уровне первых этажей ветер сильнее, чем на высоте 100 метров), а мощные воздушные завихрения могут создавать колебания, как при 4–5-бальном землетрясении. Порою возникает «завывание» вокруг здания. Но ветер может помогать, что выяснили немецкие исследователи: он гарантированно вытягивает дым при пожаре.

Ветер создает завихрения и с большей силой давит на прямоугольное здание (слева), но свободно обтекает округлое (справа, форма небоскреба Swiss Re Headquarters в Лондоне).

Давление ветра зависит от формы небоскреба. Наилучшая — круглая: воздух хорошо обтекает, не создавая завихрений. Второе место — форма овала, капли, треугольника со скругленными углами. На третьем месте — квадрат, ромб; на четвертом — спаренные высотки (обычно круглые), на пятом — Г- и Н-образные формы. Замыкает список форма пластины или волны: выглядит эффектно, но у здания чрезмерная парусность.

ГРУНТ. Сложно предсказать его поведение под огромной тяжестью небоскреба, поэтому делают замеры и при строительстве, и во время эксплуатации дома. В случае риска грунт укрепляют.

Фундамент. Наиболее распространены три его типа.

Для фундамента небоскребов применяют сплошную железобетонную плиту, коробку, сваи, а также их комбинацию.

Плитный — сплошная плита толщиной до пяти метров, или железобетонная «коробка», применяемая на устойчивых грунтах.


Свайный — разного типа сваи длиной до 30–40 метров и диаметром до шести метров, применяется на слабых грунтах.

Свайно-плитный — комбинированный вариант.

Материалы. В основном сталь и бетон. Железобетонные конструкции огнестойки. Благодаря большому весу быстро гасят сейсмические и вызванные ветром колебания. Колонны и другие несущие элементы могут изготавливаться из еще более прочных стале- и трубобетона.

Хорошо держать удар ветра помогает жесткость «скелета» постройки, а сейсмических колебаний — напротив, его гибкость. Также здание, если оно грамотно спроектировано, должно сохранять устойчивость, даже если разрушатся одна или несколько его несущих конструкций.

ОБЛИЦОВКА. Фасады небоскребов — это в основном стальные профили и легкие навесные панели из особо прозрачного стекла, алюминия, полимеров. Популярны вентилируемые системы, отделанные натуральным или искусственным камнем, металлическими листами, фибробетоном (бетон с волокнами из металла и полимеров). Среди новейших видов облицовки — керамика с боросиликатным стеклом (в составе которого вместо щелочи — окись бора, что делает стекло пожароустойчивым), панели из металлической пены, нанокомпозиты, стеклянные панели с водоотталкивающим самоочищающимся слоем.

ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ. Их более тридцати: для обеспечения микроклимата (кондиционирования, отопления и вентиляции), водоснабжения и канализации, электроснабжения, мусоро- и дымоудаления, автоматики и диспетчеризации, охраны, аварийные, пожаротушения и так далее.

Высотка обязательно разделена на блоки с противопожарными преградами, и многие инженерные системы тоже делятся на участки. Например, чтобы вентиляции не мешали хаотичные потоки воздуха внутри дома (из-за разного нагрева стен по высоте), делают промежуточные технические этажи, шлюзы на лестничных клетках, лифтовых холлах и на входе в здание, двойные двери при входе в квартиры.

Схема действия вентилируемой фасадной системы и реальное фото.

Система водоснабжения имеет дополнительные насосы (примерно каждые 12–15 этажей), а мусоропроводы оборудованы перемычками (они разбивают воздушные потоки, не дают бумажкам и перышкам парить по колодцу и тормозят падение тяжелого мусора).

Вентиляция также проектируется отдельно для каждого блока. Поскольку на больших высотах окна зачастую не открывающиеся, они имеют клапаны и форточки-створки, а во всем здании обустроена механическая приточно-вытяжная вентиляция и автономное кондиционирование.

КОМПЛЕКСНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ. Небоскребы не зря называют «интеллектуальными зданиями»: контроль безопасности компьютеризирован, дабы избежать человеческой ошибки при управлении в экстремальных условиях десятками систем одновременно. Например, даже при пожаре все инженерные системы должны оставаться работоспособными.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ. То, что всегда работало против высоток (ветер, солнечная энергия), теперь внедряют в системы жизнеобеспечения. Например, оборудуют ветряные электростанции и солнечные батареи.

Огонь — главный враг высотных зданий

Возгорания в небоскребах крайне опасны, поскольку пожар стремительно развивается по вертикали (продукты горения распространяются со скоростью в несколько десятков метров в минуту), а средства спасения далеки от совершенства.

Большее число жертв. По статистике, доля погибших в расчете на один пожар в зданиях высотой более 25 этажей в три-четыре раза выше по сравнению с 9–16-этажными. В здании высотой более 100 метров около половины находящихся там людей не смогут быстро покинуть его из-за физической усталости (наступающей уже после пяти минут спуска по лестнице), тесноты и неизбежной паники.

Как спастись. В мире разработаны разные средства спасения с высоток через их фасады: прыжковые для свободного падения (тот же парашют), канатно-спусковые и рукавные устройства, «Одноразовый лифт» и другие. Но даже физически крепкому человеку непросто ими воспользоваться, не говоря уже о детях, пожилых людях, инвалидах — именно они и погибают первыми.

Специалисты США и Европы считают, что лучшее средство эвакуации — лифты. Но не решены такие проблемы: лифты и их шахты должны быть негорючими и защищенными от пламени и дыма; нужна замена тросовому подъемному механизму (зависимому от электричества и уязвимому); падение лифта должно быть исключено; лифт должен вмещать сотни людей. Всего этого не обеспечивает ни один лифт в мире.

Горят небоскребы (слева направо): в Мадриде в 2005 году, в Астане в 2006-м и в Пекине в 2009 году.

Перспективное средство спасения — плавающие лифты.

Новый способ эвакуации с помощью лифтов разработал ОАО «Московский институт материаловедения и эффективных технологий». Суть изобретения — использование столбов воды, поддерживающих специальные лифты, плавающие в эвакуационных шахтах.

Еще два года назад в своей статье в журнале «Высотные здания» гендиректор предприятия Марсель Бикбау, академик РАЕН, сообщил, что плавающие лифты полностью соответствуют вышеперечисленным требованиям: защищены от воздействия огня и продуктов горения, не зависят от электроснабжения и т. д.

Один лифт эвакуирует сотни людей.

Такой лифт — это многоэтажная металлическая конструкция на понтоне с грузоподъемностью до нескольких сотен человек. При этом жильцы заходят в спасательный лифт сразу с нескольких этажей. А сами эвакуационные шахты становятся зонами безопасности: люди будут находиться в лифтах с нормальным воздухоснабжением, с освещением, баками с питьевой водой, средствами первой помощи.

Изобретатели уверены, что объем воды, встроенный в верхней части высотки, кроме лифтов, поможет и тушению пожара, и устойчивости здания (для компенсации его колебаний).

По материалам сайта: http://www.mr7.ru