Небоскребы: технологии и проблемы высотного строительства в ОАЭ

Небоскребы в ОАЭ — высотные здания, которые показывают амбиции создателей, существующие инновации и экономическое процветание. Каждый из них считается визитной карточкой крупных городов.

В список наиболее популярных входит Бурдж Халифа на 828 м, Башня Принцессы в 413 м, Башня Розы на 333 м и т. д. Ниже рассмотрим, как родилась идея создания подобных зданий, какова технология возведения, и что известно о наиболее высотной конструкции в стране.

Как родилась идея строительства небоскребов

Проект первого небоскреба появился в конце XIX века в США. Тот период характеризовался быстрым развитием городов, ростом населения и ограниченностью доступной земли. Традиционные здания из кирпича и камня имели лимиты по высоте из-за массивности и хрупкости, поэтому инженеры стали искать новые технологии.

Важно

Прорывом стало изобретение стального каркаса, который заменил несущие стены и позволил зданиям становиться выше без увеличения веса. Одним из первых строений стал HomeInsurance Building в Чикаго.

Его удалось построить в 1885-м. Он имел 10 этажей и считался первым в мире небоскребом. Пример Чикаго быстро переняли в Нью-Йорке. Здесь из-за высокой стоимости земли стали активно строить высотные здания.

Дополнительным фактором, сделавшим создание небоскребов возможными, стало изобретение лифта. Сначала он был гидравлический, а затем — электрический. Без него подниматься на верхние этажи зданий было бы нереально. Их появление значительно подтолкнуло данную индустрию и стало катализатором для возведения новых объектов.

Технология строительства

Для возведения высотных зданий применяются знания лучших умов. При этом технология строительства домов-небоскребов включает множество этапов, начиная с поиска места и заканчивая отделочными работами.

Выбор площадки

Высотные объекты имеют огромный вес, поэтому без исследований грунта не обойтись. Для строительства предпочтительны участки с твердой скальной породой. При этом мягкие или насыщенные водой грунты требуют сложных и дорогих укреплений.

В регионах с высокой сейсмической активностью (Япония, Калифорния) применяют гибкие фундаменты, конструкции-амортизаторы и демпферы. Высокий уровень грунтовых вод усложняет строительство фундамента и часто ведет к деформации здания. В таких случаях используют дренаж и гидроизоляцию.

Для успешной эксплуатации важны транспортная доступность и инженерные коммуникации (электроснабжение, водоснабжение, канализация).

Не менее важным считается соседство с деловыми и жилыми районами. При создании фасада и несущих конструкций учитывается ветер, температура и влажность. К примеру, небоскребы Эмиратов проектируются с учетом жары и песчаных бурь.

Архитектурное проектирование

Работа начинается с концепции, которая определяется назначением небоскреба. Он может быть жилым, офисным, смешанным. Также учитывается его интеграция в городскую среду. Ключевым этапом считается конструктивное проектирование. Современные небоскребы строятся на базе стального или ж/б каркаса, который дает прочность и гибкость зданию. Каркас позволяет равномерно распределять нагрузку, противостоять ветровым и сейсмическим воздействиям.

Отдельное внимание уделяется аэродинамике. Высокие здания испытывают сильное воздействие ветра, поэтому их форма проектируется с учетом снижения турбулентности. Проектирование включает узлы жизнеобеспечения: лифтовые шахты, вентиляцию и пожарную безопасность.

Многие высотки часто проектируются с использованием «зеленых» технологий. Могут использоваться солнечные панели, устройства рекуперации воды и интеллектуального управления. После завершения проекта создается цифровая BIM-модель. Она позволяет интегрировать инженерные узлы и рассчитать поведение здания в различных условиях. 

Группа специалистов и взаимодействие между ними

В создании небоскребов Дубая и других городов участвует множество специалистов. Архитекторы создают концепцию здания, внешний вид и планировку. Они учитывают эстетику, нормы строительства и требования заказчика.

Инженеры-строители проектируют несущие конструкции, рассчитывают нагрузки и подбирают материалы. Они тесно взаимодействуют с рассмотренными выше работниками. Геодезисты изучают участок, анализируют грунт и измеряют рельеф местности. Также они дают советы по фундаменту.

Инженеры по устройствам жизнеобеспечения проектируют вентиляцию, подачу воды, канализацию. Они решают вопросы по отоплению, кондиционированию и подаче электричества. Проектировщики фасадов создают стеклянные, металлические и иные элементы внешнего оформления.

К работе привлекаются строители и монтажники. Они выполняют базовые строительные работы: заливают фундамент, возводят каркас, монтируют стеклянные панели.

При этом менеджеры координируют работу сотрудников, контролируют сроки и бюджет. Отдельную роль играют техники по безопасности. Они следят за выполнением строительных работ в соответствии с правилами.

Подготовка фундамента

Сначала инженеры проводят геологические исследования для определения типа и несущей способности почвы. В зависимости от результатов выбирается тип фундамента – свайный или плитный.

Земляные работы включают выемку грунта. Работа проводится на глубину, достаточную для размещения фундамента и подземных этажей. Для защиты от обрушения стен котлована используют временные крепления или буронабивные сваи.

Свайный фундамент применяется при слабых или подвижных грунтах. Предусматривает применение бетонных, стальных или буронабивных свай. Такие элементы передают нагрузку на более плотные слои почвы. Плитный фундамент используется на прочных грунтах. Представляет собой монолитную ж/б плиту, распределяющую нагрузку.

Для защиты от грунтовых вод применяют гидроизоляционные материалы. В их число входят битумные мембраны и полимерные покрытия.

Затем устанавливается арматурный каркас, усиливающий бетонную конструкцию.Бетон направляется насосами и укладывается слоями для защиты от появления трещин. После заливки проверяется прочность и выдержка до набора прочности.

Конструкция стального каркаса

В отличие от традиционных зданий при строительстве небоскребов применяется каркас из стали. Он распределяет вес между вертикальными колоннами и горизонтальными балками. 

Базовые элементы:

• колонны — вертикальные опорные элементы, принимают нагрузку от верхних этажей;
• балки — горизонтальные узлы, соединяющие колонны и поддерживающие перекрытия;
• жесткие соединения — узлы, обеспечивающие устойчивость конструкции к нагрузкам;
• ж/б перекрытия — плиты между этажами, укладываемые на стальные балки.

Сначала ставится фундамент. Дальше монтируется стальной каркас, начиная с колонн и крепления балок. С появлением новых этажей добавляются перекрытия и вспомогательные конструкции. Каркас облицовывается стеклом, бетоном или другими элементами.

Материалы

В основе конструкции лежит сталь. Она обладает большой прочностью на сжатие и растяжение. Металл выдерживает нагрузки на все элементы здания, гарантирует стойкость к разным катаклизмам.

Железобетон подходит для создания прочных фундаментов и конструктивных элементов. Сочетает прочность стали и устойчивость к сжатию бетона. Стекло активно используется в отделке фасадов. Создается эстетически привлекательный вид.

При этом обеспечивается отличная видимость изнутри здания. При строительстве применяются армированные полимеры и другие прочные материалы. Они снижают массу конструкции, что важно при строительстве на ограниченных площадях.

Дизайн внешней облицовки

Технология строительства небоскребов Дубая и других городов включает внешнюю облицовку. Стеклянные панели применяются для создания фасада. Они бывают тонированными, прозрачными и с опцией энергоэффективности (например, солнечные фильтры).

Алюминий и нержавеющая сталь применяются для создания гладких и устойчивых к внешним воздействиям фасадов. Металл часто применяется для создания декоративных элементов, таких как рамы окон.

Для облицовки более традиционных или роскошных зданий применяют натуральные и искусственные камни. Такие материалы часто создают сложные, текстурированные фасады. Они служат для изоляции и защиты от внешней среды.

Для установки внешней оболочки строится металлический или ж/б каркас, к которому крепятся выбранные элементы. Часто используется модульный подход, при котором отдельные панели собираются в мастерских, а затем доставляются на строительную площадку.

Новые технологии позволяют использовать автокраны и другие механизмы для установки элементов на высоте. Иногда облицовка ставится с использованием дронов для точной настройки и размещения деталей.

Новые небоскребы могут иметь необычные, волнистые или угловатые формы. Популярным становится использование живых растений на фасадах зданий. Также применяются элементы конструкции, которые меняются в зависимости от времени суток или погоды.

Внутренняя отделка

Сначала ставятся и выравниваются внутренние стены, полы и потолки. Часто применяется металлический или ж/б каркас. К нему крепятся гипсокартонные или панельные покрытия. Затем выполняются работы по шумо- и теплоизоляции, чтобы создать комфортные условия для жильцов или сотрудников.

Следующий шаг — проектирование и прокладка инженерных систем: отопления, вентиляции и кондиционирования. Монтируется электропроводка, узлы безопасности, освещения и сантехника. Дальше проводится отделка стен и потолков. Для первых обычно используются гипсокартонные панели и декоративные покрытия. Нередко применяется плитка или искусственный камень. Потолки бывают стандартными, подвесными или натяжными.

Для отделки пола выбираются материалы типаплитки, линолеум, ковров или коммерческого ламината. В жилых зданиях применяется паркет, мрамор или гранит.

В элитных апартаментах и гостиницах популярен натуральный камень или древесина. Завершающий этап предусматривает установку дверей, рам, элементов освещения и декора. В последнюю категорию входят декоративные панели, текстиль (шторы, обивка мебели).

Энергоэффективность здания

Важный этап — применение изоляционных материалов для стен, окон и крыши. К примеру, двойные или тройные стеклопакеты снижают потери тепла зимой и защищают от перегрева. Стены из теплоизоляционных панелей помогают сохранить температуру внутри.

В небоскребах применяется система HVAC. Предусматривает использование технологии рекуперации тепла. Инверторные кондиционеры меняют мощность с учетом ситуации. Часто на фасаде и крышах ставятся солнечные панели. Они особенно актуальны в ОАЭ. Некоторые высотки используют ветрогенераторы и геотермальные установки.

В новых зданиях ставятся устройства BMS, регулирующие потребления энергии. Они следят за отоплением, кондиционированием воздуха и прочими показателями.Так, датчики движения сами включают или отключают в помещениях.

Энергоэффективность небоскреба связана с рациональным использованием водных ресурсов. Современные здания используют устройства для сбора и переработки дождевой воды. Последнюю можно использовать для технических нужд (полив, туалеты и т.д.). Устройства снижают нагрузку на коммунальные службы и помогают уменьшить потребление.

Нередко применяются устройства регенерации энергии с применением кинетической энергии лифтов или узлов для улавливания тепла. Некоторые здания используют аккумуляторные системы для хранения избыточной энергии.

Технологии обеспечения безопасности, аэродинамика

При строительстве первых небоскребов разработчики имели ограниченный выбор систем безопасности. На сегодня эта проблема полностью устранена. В состав защитных систем входит автоматическое тушение пожаров, дымоудаление и вентиляция. Для защиты от распространения огня и дыма используются огнестойкие материалы и конструкции.

В их число входят огнезащитные покрытия на металлических каркасах, огнестойкие двери и стены. Большое внимание уделяется проектированию эвакуационных выходов, которые должны быть безопасными и быстрыми.

Обязательные элементы — видеонаблюдение и датчики движения для мониторинга 24/7. Они помогают отслеживать ситуации с нарушениями безопасности, защищают от преступников и террористов. Часто применяются укрепленные фасады и специальные стекла.

Небоскребы включают усиленные каркасные конструкции, амортизирующие элементы и подвесные узлы. Важную роль играют навигационные устройства для быстрого ориентирования людей в чрезвычайных ситуациях. Дополнительно проектируются аварийные элементы оповещения (звуковые и световые).

Аэродинамика небоскребов подразумевает главную задача создателей — снижение сопротивления ветру и снижение турбулентности. В некоторых зданиях используются изогнутые, закругленные или угловые формы. Для оценки воздействия ветра проводят аэродинамические тесты в ветровых каналах.

Для минимизации колебаний используются различные технологии:

1. Стабилизаторы (массовые демпферы). Ставятся на верхних этажах или внутри зданий. Они гасят колебания, поглощая вибрации.
2. Использование «сложных» форм: спиральных или угловатых. Такие элементы улучшают аэродинамику здания и снижают сопротивление.

Небоскреб Бурдж Халифа (Burj Khalifa)

Высота небоскреба Бурдж Халифа — 828 м или 163 этажа. На 2025-й это самое высокое здание в мире. Своим дизайном оно поражает воображение. Проект создан американским архитектурным бюро Skidmore, Owings&Merrill. Главную роль сыграл Эдриан Смит. Ранее он работал над Цзинь Мао в Китае. Именно этот человек предложил изначально столь амбициозный проект.

Бурдж Халифа имеет уступчатую форму, напоминающую сталактит. Это гарантирует эстетику и устойчивость к сильным ветрам. Сводится к минимуму раскачивание, которое может возникать в высоких зданиях. Асимметричная форма помогла уменьшить сопротивление ветра, что важно в жарком климате Дубая.

Возведение началось в 2004-м. Процесс строительства не прекращался даже в условиях экстремальной жары. Специально создана марка бетона, устойчивая к температурным колебаниям до 50°C. При этом бетонную смесь укладывали ночью. В нее добавлялся лед, чтобы она сохраняла форму.

Работа велась с такой скоростью, что за неделю строилось до двух этажей. В день на строительном объекте трудилось около 12 000 людей. Несмотря на технические сложности, высотное здание удалось завершить 4 января 2010-го. Готовый объектпревзошел все рекорды, включая наиболее высокий шпиль. Последний вносит в общую высоту дополнительные 180 м.

Внутри здания находятся офисные помещения и жилые квартиры. Есть роскошный отель Armani, а также рестораны, в том числе самый высотный ресторан в мире — «At.mosphere».

Последний «забрался» на 442-метровую высоту. Смотровые платформы на 124 и 148 этажах позволяют наслаждаться видами Дубая. Данному небоскребу принадлежит рекорд за наибольшее количество этажей — 163. Здесь же установлен самый быстрый лифт, который проезжает 10 м в секунду.

Здание построено с учетом экологических технологий. Одной из инноваций является устройство сбора конденсата воздуха. Впоследствии он применяется для орошения зеленых насаждений вокруг комплекса. Каждый год система позволяет собирать до 40 миллионов литров жидкости, что важно в условиях дефицита пресной воды.