Строительство высотных зданий

До 1975 г. самым высоким зданием в мире была 110-этажная башня фирмы «Сирс Робак» в Чикаго высотой 443 м. В здании работают 16 500 человек, которых перевозят 103 лифта и 18 эскалаторов. По подсчетам конструкторов, технически возможна постройка зданий высотой до 3 км. Не исключено, что такие дома будут со временем строиться.

Зачем строят высотные здания? Основная причина-стремление лучше использовать ограниченную и дорогостоящую площадь застройки в больших городах. Нью-Йорк, например, в основном расположенный на острове, не мог расти в ширину, поэтому он рос вверх. В больших административных зданиях можно разместить под одной крышей весь персонал фирмы, часто свыше тысячи людей, что облегчает управление.

Небоскребы как многоквартирные башенные жилые дома лучше используют землю; подвод электро- и теплоснабжения упрощается. Вместе с тем возникает другая, социальная, проблема: не лишается ли человек, живущий в сотнях метров над землей, необходимого контакта с окружающей средой и обществом? Ведь по числу жителей большой жилой дом - та же деревня, но лишенная, как правило, преимуществ общинной жизни. Высотные гостиницы строят под одной крышей с магазинами, ресторанами, различными увеселительными заведениями.

Здание призвано защищать людей от стихий и обеспечивать надлежащий микроклимат. Его объем должен по возможности использоваться по прямому назначению, за исключением места для лифтов, эскалаторов, лестниц и других подсобных помещений. Конструктивно здания должны выдерживать не только собственный вес, зависящий от высоты и строительных материалов, но и вес находящихся в нем людей и предметов.

При строительстве можно обойтись без лесов, если необходимые работы выполнить на земле и затем поднимать готовый узел на отведенное место. Система ярусного подъема состоит из опор и плоских перекрытий. Вначале отливается вертикальная колонна [1] (на часть своей высоты или на всю высоту).

В разборной опалубке вокруг колонны отливаются плоскости стен и перекрытия. Получается стопка лежащих друг на друге платформ.

Они разделены особыми деталями, которые затем используются для крепления их к опорам. Плоскости по одной поднимаются на место гидравлическими домкратами [4]. Каждый этаж [2] жестко закрепляется специальным замком [3]. Этажи поднимаются до самого верха опор. Иногда поднимаются целые секции этажей с отлитыми ячейками внутренних помещений. Этот процесс все еще нуждается в опалубке для отливки этажей, но все работы производятся на земле. Процесс не требует высотных поддерживающих конструкций и экономичен. Как только устанавливаются перекрытия, ставятся внешние стены [5] из кирпича или заранее отлитых бетонных секций. Дверные и оконные проемы заполняются позднее.

Строительные материалы. Для строительства высотных зданий используются сталь, железобетон и предварительно-напряженный бетон. Лес и пиломатериалы можно применять для домов высотой до 10 этажей. Каменные (блочные или кирпичные) дома могут достигать 18 этажей, поскольку соединенные по посекционной системе плоские элементы образуют коробчатые конструкции, обеспечивающие взаимное перераспределение напряжений.

Алюминиевые сплавы редко используются в строительстве крупных зданий, за исключением большепролетных перекрытий без поддерживающих опор. Высокопрочные тросы могут быть использованы для легких перекрытий больших пространств (как в Олимпийском тенте в Мюнхене), для самолетных ангаров или спортивных залов. Дерево применяется в обычных стоечно-балочных конструкциях, для перекрытий и мостовых ферм. Поэтому из дерева чаще строят одноэтажные здания, хотя оно может использоваться и для более высоких сооружений, и для перекрытий в учебных заведениях, ангарах, выставочных залах, для малонагруженных полов, пешеходных мостов и крыш. Соединения могут быть клеевыми или механическими - с помощью гвоздей, скоб и болтов. Средства защиты дерева от животных-вредителей и огня, как и отделочные приемы, в последние годы значительно улучшились.

Камень и кирпич-относительно хрупкие материалы, прочные при сжатии, но не выдерживающие растяжения. Поэтому они применяются лишь в строительстве каменных стен и арок. Конструкция должна предусматривать, чтобы кирпич не подвергался изгибу или боковому сдвигу.

Сталь [3] используется в каркасных конструкциях, образующих жесткую несущую раму, которая затем облекается другими материалами. Ее можно использовать в структурах, где конструктивное значение имеет вся поверхность; каркас, арматура, несущая облицовку, и сама облицовка (особенно если все это стальное) работают как одно целое. Сверхвысокие здания [Ключ] (свыше 100 м) за пределами США строятся редко: они требуют особых несущих конструкций.

Горизонтальные и вертикальные стальные профили склепываются вместе [А], образуя жесткий каркас здания. Железобетонная конструкция этого же узла [Б] состоит из вертикального столба [1] с армирующими стержнями, основной (армированной) балки [2] и плоскости этажа [3], частично вырезанной для демонстрации способа крепления к балке

Сейчас железобетон [6] широко применяют для каркасов зданий. Бетон можно приготовить как на стройплощадке, так и заранее, в зависимости от того, насколько удобно в том или ином месте пользоваться опалубкой (деревянной формой, в которую заливается бетон), и от количества необходимых деталей [5]. Многое зависит и от близости завода, где вырабатывают железобетон, к стройплощадке, наличия подъемной техники и сроков, отведенных на строительство.

Железобетонный блок [А] имеет арматуру в виде стальных стержней с загнутыми концами [1]. Нагруженные блоки хорошо выдерживают сжатие и плохо- растяжение.

Без арматуры блок сломался бы. Бетонный блок [Б] содержит стальные трубки [2], внутри которых проходят стержни [3] под натяжением (синие стрелки). Один конец закреплен, другой свободен. Так тяги сжимают бетон, создавая предварительно-напряженный блок. Литой бетон [В] используется для покрытий тротуаров, дорог, для фундаментов. Опалубка его деревянная [4], подушка-гравий [5]; фиксируют его стойками [6]

Бетон будет сжиматься, если его арматура растянута; такой бетон называют предварительно-напряженным. Напряженные стержни или высокопрочная проволока принимают растягивающие и изгибающие нагрузки, не передавая их на бетон и тем самым делают его более прочным. Железобетон идет на изготовление каркасных конструкций из готовых деталей, используемых в основном на сооружении промышленных и ангароподобных зданий. Бетон используется также в конструкциях типа оболочек, где поверхность и каркас составляют одно целое. Оригинальные конструкции такого рода осуществлены, в частности, в Южной Америке и Испании. Самая знаменитая среди таких структур-система бетонных оболочек здания Сиднейского оперного театра в Австралии.

Отливка бетона в скользящей опалубке необходима при строительстве высотных зданий. Стальная форма [1] высотой около 1,3 м, собранная на фундаменте, содержит сетку из толстой стальной проволоки или стержней, образующую арматуру [4]. Бетон [6] непрерывно заливают в форму, которую поднимают винтовыми или гидравлическими домкратами [3].

Пневматические здания. Огромные тенты, поддерживаемые накачиваемым в них под небольшим давлением воздухом, называются пневматическими конструкциями. Их делают из прочных тканей и в зависимости от размера и изгиба усиливают мембранными ребрами жесткости и тросами. Такие конструкции используются в основном для временных зданий, а иногда для защиты возводимых зданий на время строительства.