Меню

Как делают фундамент под небоскреб



Достучаться до небес. На чем стоит самое высокое здание в мире?

Объединенные Арабские Эмираты славятся своими богатыми запасами нефти и высоким уровнем жизни. В 2010 году появилась еще одна достопримечательность – самое высокое здание в мире (828 метров)– Бурдж Халифа.

Небоскреб объединил в себе множество различных площадок – от отельных апартаментов до торговых и учебных центров. В одном здании поместился целый город. Только улицы проходят не горизонтально, а вертикально – по этажам.

Как бы странно это не звучало, но у этой громадины в 160 этажей нет привычного нам фундамента. В пустынной местности не оказалось скалистого грунта, который смог бы выдержать такую нагрузку.

Для основания здания инженеры предпочли винтовые сваи. Более 200 штук диаметром в полтора метра и длинной в 45 метров (половина футбольного поля) было вкручено в землю. Таким образом удалось уплотнить песчаный грунт и построить для небоскреба надежную опору. А ведь по заявлениям СМИ, изначальный проект предполагал высоту в 1 километр!

Проектированием занимались более сотни инженеров и архитекторов, больше 12 тысяч строителей. Возведение проходило в режиме 24/7 – один этаж за три суточные смены. Итоговый бюджет превзошел 1 500 000 американских доллара. Именно денежный вопрос сыграл роль в выборе имени постройки.

Сначала небоскреб планировали назвать Бурдж Дубай. Но из-за экономического кризиса заказчикам пришлось обратиться за финансовой помощью в соседний эмират Абу-Даби. В благодарность название изменили на Бурдж Халиф – по имени шейха государства-помощника.

Преимущества винтовых свай при строительстве небоскребов.

Винтовые сваи позволили сделать здание независимым от сейсмических движений земли. Однако целостности грозили сильные ветра Персидского залива. Именно поэтому архитектура построена по спирали – такая конструкция сводит к минимуму негативное воздействие ветра и служит энергетическим генератором – ветровой турбиной.

В энергетическом плане небоскреб полностью независим, дополнительные ресурсы он черпает от солнечных батарей. Стеклянные стены постройки отражают стекло, не препятствуя проникновению солнечных лучей. К тому же обладают невероятной прочностью.

Источник

Фундаменты высотных зданий

Высотные здания строятся уже почти сто лет, однако в мире до сих пор нет их единой чёткой классификации. Если в Нью-Йорке, Токио или Шанхае небоскрёбы возводятся по чисто экономическим причинам (слишком дорогая земля), то в Европе, России или Арабских Эмиратах причины немного другие — тут на первый план выходят личные амбиции или вопрос политического престижа. Можно провести аналогию со знаменитыми сталинскими высотками, самая известная из которых — главное здание МГУ с высотой шпиля 239 метров — почти полвека была самым высоким зданием Европы и попала в книгу рекордов Гиннеса.

Так или иначе, по прогнозам, несколько десятилетий спустя проблема нехватки городского пространства затронет все крупнейшие мегаполисы. Нет ничего удивительного в том, что в центре российской столицы активно застраивается район Москва-Сити, в котором на сегодня возведено уже 20 зданий, чья высота превышает 200 метров. Здания, которые по российской классификации относятся к первой категории ответственности (выше 100 метров) уже есть в Екатеринбурге, Ханты-Мансийске, Новосибирске, Грозном. А в Санкт-Петербурге, невзирая на крайне сложный характер грунтов, возводится грандиозный Охта-центр с расчётной высотой 463 метра. Это здание после окончания строительства сразу на 135 метров превзойдёт московский «Меркурий Сити Тауэр» — самое высокое на сегодня многофункциональное здание в Европе.

Строительство высотных зданий сопряжено со множеством проблем. Но если безопасность надземной части зданий связана с качеством материалов и человеческим фактором, то подземная их часть подвергается гораздо большему числу рисков. Просчитать и предвидеть их все не способен самый мощный терабайтовый компьютер. Поэтому проектирование фундаментов высотных зданий является, пожалуй, самым сложным и ответственным моментом в процессе строительства. От успешного проведения начального этапа работ зависит вся дальнейшая судьба небоскрёба и зданий, расположенных по соседству.

Читайте также:  Какая марка бетона нужен для заливки фундамента

Как выбирают тип фундамента высотного здания

Какие нюансы нужно учитывать при проектировании фундамента высотного здания? Прежде всего, конечно, его высоту и конструктивные особенности. Дом может быть одиночной башней или целой группой зданий разной этажности, объединённых общим стилобатом. Ещё римский архитектор Витрувий две тысячи лет назад заповедовал придерживаться пирамидальной формы высоких зданий.

Естественно, чем выше здание, тем сильнее оно давит на основание фундамента. Общая вертикальная нагрузка может достигать астрономических значений.

Важность геологических изысканий

Такое давление способен выдержать далеко не всякий грунт. Инженерно-геологические изыскания — одно из важнейших подготовительных действий при подготовке проекта строительства высотных зданий. Участок под застройку подвергается ультразвуковому сканированию, в земле пробуриваются скважины глубиной до 100 метров. На разных отметках забираются пробы грунта для определения их состава. Общее правило — чем плотнее и твёрже грунт, тем лучше. Идеальный вариант — устройство фундамента высотного здания в скальном грунте. Плотная порода будет помогать элементам фундамента справляться с вертикальными и горизонтальными нагрузками.

В целом строительство высотных зданий возможно на разных грунтах, от пластичных глинистых до скальных. Однако для каждого вида грунтовых условий необходимо подобрать свой тип фундамента.

Величина вертикальной нагрузки на основание и характеристики грунта — два основных фактора, влияющие на выбор типа фундамента высотного здания. Однако тщательному учёту подвергаются и другие факторы:

  • наличие сейсмической активности или напряжений пород природного и техногенного происхождения в регионе строительства;
  • присутствие источников грунтовых вод, подземных рек, плывунов, карстовых пустот и других подземных аномалий;
  • расположение крупных объектов капитального строительства по соседству;
  • проходящие в непосредственной близости транспортные коммуникации, тоннели метро, газо- и водопроводы и другие объекты, которые могут либо повлиять на целостность фундамента, либо пострадать в результате неизбежной усадки грунта;
  • климатические факторы — прежде всего сезонные перепады температур, частота гроз и скорость ветра. Его сильные порывы на высоте 300–400 метров, равно как и термическое расширение материалов, а также удары молний могут вызвать весьма ощутимые разовые нагрузки на всю конструкцию здания, в том числе на фундамент.

Типы фундаментов

Проведя всесторонний компьютерный анализ данных инженерных и геологических изысканий, авторы проекта могут выбирать тип фундамента высотного здания. Вот его основные типы:

  • Фундамент на естественном основании.
  • Свайно-плитный фундамент (СПФ).
  • Свайные фундаменты глубокого заложения.

Последний тип фундаментов может устраиваться с выемкой грунта и без неё. В первом случае применяются забивные или вдавливаемые сваи. Во втором — буровые сваи, опускные колодцы-кессоны и полые сваи из стальных труб.

Плитные фундаменты

Фундамент на естественном основании (без забивки свай) подходит для строительства сравнительно невысоких зданий (до 75 м), относящихся ко второй категории ответственности. Как правило, фундамент представлен монолитной железобетонной плитой толщиной от 1 до 2,5 метра. В отдельных случаях, когда отсутствуют или маловероятны риски смещения грунта, возможно применение традиционных ленточных и столбчатых фундаментов. Однако плитный фундамент всё равно считается более предпочтительным. Его применяют и при возведении зданий первой категории ответственности (высотой до 100–120 метров). В местах максимальных нагрузок плита снабжается рёбрами жёсткости. Как правило, это области расположения колонн и пилонов.

Данный вид фундамента применён в сталинских высотках. Там горизонтальная основная плита имеет коробчатое вертикальное усиление по периметру. Такая конструкция за шесть десятков лет вполне доказала свою надёжность, учитывая, что высота семи московских небоскрёбов эпохи СССР превышает 200 метров.

Свайные фундаменты

Современные проектировщики склоняются, однако, к более универсальным свайным или комбинированным конструкциям, предоставляющим возможность строить высотные здания на разных типах грунтов.

При строительстве зданий высотой до 200 метров применяются забивные и задавливаемые сваи сечением 300 x 300 и 350 x 350 мм.

При большей высоте зданий обычно под будущим зданием выкапывается котлован, глубина которого зависит от количества помещений, расположенных по проекту под землёй. В этом случае стены котлована подвергаются дополнительному усилению железобетоном, которое защищает фундамент от горизонтальных нагрузок. Фундаменты глубокого заложения предусматривают применение бетонных и стальных свай диаметром до 2 метров и длиной до 83 метров. Именно такие сваи были применены при строительстве Охта-центра на болотистых грунтах Васильевского острова.

При проходке сверхплотных и скальных грунтов применяются опускные колодцы, которые при достижении необходимой глубины заливаются бетоном, становясь обсадной трубой. Именно такую технологию применяют при строительстве сверхвысоких зданий в ОАЭ и Саудовской Аравии, где под относительно неглубоким слоем песка таятся труднопроходимые скальные породы.

Если в зоне строительства присутствуют подземные воды, используются колодцы-кессоны. Вода выдавливается из них при помощи сжатого воздуха.

Комбинированные фундаменты

Комбинированные свайно-плитные фундаменты являются наиболее сложными в плане монтажа, однако позволяют обеспечить устойчивость высотного здания в условиях разнородных грунтов. Примером может опять-таки служить здание Охта-центра в Северной столице.

Суть технологии состоит в том, что оголовки свай привариваются на дне котлована к балкам бетонного ростверка. В Санкт-Петербурге он двуслойный. Нижняя плита, соединённая со сваями, служит опорой для верхней плиты, служащей непосредственной опорой задания. В результате уменьшается давящий и изгибающий момент в отношений оголовков свай. Кстати, такая же схема применена при устройстве фундаментов ряда высоток Москва-Сити.

Теория и практика

Из-за недостатка практического опыта устройства СПФ высотных зданий данная область пока не отражена в ГОСТах и СНиПах. Строители-практики выработали следующие правила:

  • несколько свай большой длины всегда лучше большого количества свай коротких. Чем дальше от края фундамента, тем короче должна быть свая;
  • максимальные нагрузки на сваи идут по углам и вообще по периметру здания;
  • грунт под плитой должен быть переуплотнён — для этого при разработке котлована производится недобор одного–двух метров грунта, а при устройстве свай делается предварительная скважина на 10 % уже диаметра сваи. Когда свая и плита встают на место, грунт принудительно уплотняется.

Учитывая уникальность высотных зданий первой категории ответственности и несовершенство существующей нормативной базы, при строительстве высотных зданий рекомендуется вести постоянный мониторинг состояния грунтов, свай, ростверка и ограждающих бетонных конструкций.

На что следует обратить внимание при устройстве фундамента

Не следует забывать, что существуют первичная и вторичная усадка грунта. Причём после того, как на фундамент начнёт давить вся тяжесть двухсотметровой высотки, деформация грунта может принять критические значения.

При устройстве свайных и комбинированных фундаментов следует обязательно определять области максимальной вертикальной нагрузки. Это места соприкосновения с фундаментом несущих стен, колонн и пилонов. Если в здании присутствует стилобат, места максимальных нагрузок следует выявлять особенно тщательно.

Поиск новых путей

Помимо классических, прошедших проверку временем фундаментов с вертикальными сваями, появились смелые проекты, предусматривающие диагональное расположение свай. Так, изобретатель Амир Сафин запатентовал проект, в котором свайный фундамент представляет собой горизонтальный ростверк, от которого под разными углами вниз отходят залитые бетоном полые металлические сваи, образующие под землёй гиперболоид вращения (нечто вроде песочных часов). Насколько жизнеспособна такая технология, должно показать время.

На сегодня в мире наиболее распространена технология устройства свайного или свайно-плитного фундамента глубокого заложения с выемкой грунта и монтажом заграждения по периметру («стена в грунте»). Она обеспечивает максимальную устойчивость конструкции и надёжную гидроизоляцию цоколя и подземных помещений и фундамента в целом.

Выбор типа фундамента — один из самых главных пунктов в создании рабочего проекта, если вы заказываете проектирование дома. Инженеры компании ООО «Оклэнд» имеет большой опыт в гражданском и промышленном строительстве. С нами вы можете быть уверены, что ваш дом вашей мечты простоит десятилетия.

Источник

Как строят небоскребы?

Небоскреб − это красиво. И престижно. И целесообразно: население мегаполисов растет, а места больше не становится. Но любое здание выше 75 метров является объектом повышенной опасности и сложности. Вот почему возвести небоскреб − это не обычный дом построить.

1. Инженерные изыскания

Высотка давит на землю во много раз сильнее, чем пятиэтажка. Поэтому небоскребы нельзя строить на слабом грунте! Например, на известняке с карстовыми пустотами, который часто встречается на территории Москвы. Специалисты должны учесть и то, что у небоскребов многоэтажная подземная часть. Вот почему выбор и изучение участка под строительство высотки − дело долгое и гораздо более сложное, чем традиционные инженерные изыскания.

2. Фундамент, стены, несущие конструкции

Они должны быть особо прочными. Небоскреб не построишь, как обычный высотный дом, из бетонных плит или кирпича − рухнет. Здесь используются самые современные строительные материалы и технологии. Как правило, небоскребы стоят на мощных плитно-свайных фундаментах и имеют несущие стальные конструкции. Стены возводятся из высокопрочного монолитного железобетона.

3. Внутренняя планировка

Принципиально отличается от планировок обычных домов. Здесь все нацелено в первую очередь на пожарную безопасность. Пожар, возникший в одной части здания, не должен охватить весь небоскреб. А людям нужна возможность беспрепятственно и быстро покинуть здание. Поэтому небоскребы разделены на блоки, разделенные противопожарными преградами. В любом небоскребе не меньше четырех лифтовых шахт, один из лифтов подключен к источнику бесперебойного электропитания. Обычные лестничные пролеты расположены и оснащены так, чтобы во время пожара они не задымлялись. Кроме того, в небоскребах всегда есть несколько технических этажей, а двери в квартиры − двойные. Почему? Многометровые стены нагреваются по высоте неравномерно. Из-за этого по зданию гуляют хаотичные воздушные потоки-сквозняки.

4. Системы жизнеобеспечения здания

По сложности технической оснащенности небоскреб отличается от обычного дома так, как автомобиль от велосипеда. Система электроснабжения огромных зданий, как правило, нацелена на энергосбережение. Водоснабжение обеспечивают насосы на каждом 10-и или 15-м этаже, и иначе воду наверх не закачать. Автономное кондиционирование, система принудительной вентиляции − в небоскребе без них не обойтись.

5. Парковка

В любом небоскребе живет или работает множество людей, поэтому большая парковка необходима. Чае всего парковку располагают на нескольких уровнях под землей. Обустройство такой зоны тоже лежит на плечах строителей небоскреба.

Источник

Adblock
detector