Проектирование систем ОВК высотных общественных многофункциональных зданий

Неконтролируемое расползание городов является одной из основных проблем, с которыми сталкивается в настоящее время мировое сообщество. Так как наши города растут по горизонтали в большей степени, чем по вертикали, поглощая все большие земельные площади, для проезда на работу и домой людям приходится преодолевать все большие расстояния. Например, в период с 1990 по 2000 годы среднее расстояние, проезжаемое за один день одним человеком в Великобритании, увеличилось с 2,4 до 40 км. Существует прямая корреляция между плотностью городского населения и затратами на энергообеспечение — в более плотных городах затраты на энергообеспечение ниже, т. к. протяженность тепловых и электрических сетей меньше.


Необходимо признать, что высотные здания стали характерными контурами городского ландшафта многих городов США, Японии, Канады, Китая и Европы. Сегодня строительство высотных зданий не является проявлением амбициоза государственных или городских руководителей или воплощением честолюбивых замыслов архитекторов и сверхбогатых бизнесменов, а представляют новый закономерный этап развития городского строительства и являются экономически выгодными элементами городского хозяйства. По мнению современных архитекторов, большая этажность зданий или большая плотность городского населения, при которой жилье, работа и учреждения социальной сферы и отдыха расположены близко друг к другу, ведет автоматически к более высокому качеству жизни.


Проблема целесообразности строительства высотных зданий постоянно обсуждается в острых дискуссиях между архитекторами, инженерами, социологами, психологами, экологами, медиками и специалистами по безопасности. Нам представляется, что ответ на вопрос о целесообразности строительства высотных зданий содержится в концепции понимания высотного здания как нового этапа развития среды обитания человека. Эта концепция лежит в основе проекта токийской «Башни тысячелетия», предложенного выдающимся современным архитектором Норманом Фостером. «Башня тысячелетия» представляет собой вертикально расположенный традиционный горизонтальный городской квартал со всеми его жилыми зданиями, магазинами, ресторанами, кинотеатрами, музеями, спортивными сооружениям, зелеными насаждениями и транспортной системой, образуя тем самым сверхвысокое сооружение многофункционального назначения. Высота этого 170-этажного здания должна составить 800 м -в два раза больше созданного до сих пор сооружения. В нем смогут проживать до 60 тысяч жителей. Это на 20 тысяч больше населения Монако. Причем башня будет занимать всего 0,013 км2 по сравнению с 1,95 км2 площади Монако. Это сооружение представляет собой фактически самодостаточное, долговечное, живущее в небе сообщество. Все это звучит как фантастическое описание будущего, но современная строительная индустрия обладает всеми средствами для создания таких сооружений.


Несмотря на то что строительство высотных зданий имеет более чем 100-летнюю историю, в мировой технической литературе практически отсутствуют материалы, обобщающие практику инженерных решений высотных зданий, В журналах можно встретить отдельные статьи, посвященные в целом архитектуре, конструктивным и инженерным решениям высотных зданий. В то же время имеется большое количество монографий и популярных изданий, относящихся к архитектуре этих зданий. Мировую известность получили высотные здания, построенные в Москве в 50-е годы XX века и символизирующие своими архитектурными образами победу советского народа в Великой Отечественной войне. Попытки найти в журналах или других специальных изданиях обобщающие материалы по системам ОВК и аэродинамике этих зданий положительных результатов не дата. Однако точно известно, что такие исследования проводились! К моменту выхода настоящей книги в нашей стране, за исключением нескольких журнальных статей, книги «Энергоэффективные здания» (М.: АВОК-ПРЕСС, 2003) и нормативного документа Москомархитектуры «Общие положения к техническим требованиям по проектированию жилых зданий высотой более 75 м», опубликованного в 2002 году, других материалов по высотному строительству нет.


Не умоляя важности архитектурных и конструктивных проблем при проектировании высотных зданий, отметим следующие, не менее серьезные проблемы, которые имеют место при проектировании систем ОВК:


- проектирование систем ОВК высотного здания принципиально отличается от проектирования этих же систем для многоэтажных зданий, т. к. для высотных зданий влияние наружных климатических воздействий и величины градиентов перемещения потоков массы и энергии внутри здания является по своей значимости экстремальными;


- каждое высотное здание является уникальным произведением архитектурноинженерного искусства, и применяемые в нем решения не могут быть тиражированы в других проектах без серьезного переосмысления и глубоких дополнительных исследований, включающих методы физического и математического моделирования.


Последнюю проблему поясним следующим примером. В связи с увеличением воздействия ветрового давления на верхние этажи высотного здания чрезвычайно затруднено использование естественной вентиляции (проветривание помещения путем открывания окон). Окна традиционной конструкции при использовании в высотных зданиях не обеспечивают требуемого сопротивления воздухопрониианию, поэтому в высотных зданиях необходимо разрабатывать специальные конструкции заполнения световых проемов. Так, для зданий «Commerzbank» и «Main Tower» во Франкфурте-на-Майне были разработаны специальные, раннее не встречавшиеся в практике конструкции заполнения световых проемов, которые не только обеспечивают требуемое сопротивление воздухо-проницанию, но что особенно замечательно — возможность использования естественной вентиляции посредством открывания окон.


Учитывая, что, с одной стороны, масштабы строительства высотных зданий ежегодно значительно возрастают во всем мире и, с другой стороны, имеет место ощутимый дефицит основополагающих материалов — нормативных, справочных, методических документов по проектированию инженерного оборудования высотных зданий, американская ассоциация ASHRAE поручила своему комитету в рамках исследовательского проекта осуществить работу по созданию руководства «Проектирование систем ОВК высотных общественных многофункциональных зданий». Работу возглавил Дональд Росс (Donald Ross), обладающий богатым опытом проектирования таких зданий во многих странах мира. Например, он участвовал в конструировании «Сирс Тауэр» (Sears Tower) в Чикаго (самое высокое здание в Соединенных Штатах), здания Банка Китая (Bank of China Tower) в Гонконге (самое высокое из всех зданий, построенных вне Соединенных Штатов и одновременно самое высокое здание в Азии на момент его возведения), здания «MesseTurm» во Франкфурте, Германия (самое высокое здание в Европе на момент его возведения). Он внес решающий вклад в проектирование более чем 200 офисных зданий, отелей, больниц, лабораторий и ряда других проектов на пяти континентах.