Высотное строительство зданий из железобетона

В последние годы ежегодное производство бетона для монолитного строительства в мире превышало полтора миллиарда кубометров в год. По объему производства и применения монолитный бетон намного опережает другие виды строительных материалов. В наиболее развитых странах показатель применения количества монолитного бетона на душу населения составляет: в США — 0,75 м3, в Японии — 1,2 м3, в Германии — 0,8 м3, в Италии — 1,1 м3. На приготовление бетона для монолитного строительства расходуется больше половины мирового производства цемента.

Последние 20 лет монолитный способ производства бетонных работ активно применяется при сооружении высотных зданий, в том числе зданий-рекордсменов. В городе Тайпее (Тайвань) в прошлом году построено самое высокое здание в мире: 101 этаж высотой 455 метров плюс шпиль, с которым высота здания составляет 508 метров. Зона сейсмическая, подверженная еще и воздействию тайфунов. Площадь помещений в здании — 200 тысяч м2. Особенность конструкции — несущие сталежелезобетонные колонны. В ходе строительства установлен рекорд по высоте перекачки бетона в колонны — 455 метров.

Тайваньский рекорд может не устоять в 2008 году, когда будет возведен небоскреб в Дубае (ОАЭ), высота которого существенно выше тайваньского. Это здание запроектировано американской фирмой СОМ, которая известна многочисленными реализованными проектами небоскребов со стальным каркасом, в том числе небоскреба Сиэрс в Чикаго, более двадцати лет обладавшего мировым рекордом по высоте — 442 м. Несущие конструкции в Дубае запроектированы из высокопрочного бетона. Устойчивость обеспечит поперечная форма здания в виде трилистника, а также центральный и периферические стволы жесткости.

Новое здание торгового центра в Нью-Йорке, которое намечено построить взамен двух башен со стальным каркасом, разрушенных 11 сентября 2001 г., будет иметь уже железобетонное несущее ядро. Планируемая высота вместе с антенной — 541 м.
В мире идет активное соперничество за право обладания мировым рекордом высоты здания. Если американский небоскреб Эмпайр Стейт держал мировой рекорд высоты более сорока лет, то другой американский рекордсмен Сиэрс — чуть более двадцати. Рекорд Петронас продержался 7 лет, рекорд башни в Тайпее 2003 года будет побит не позже 2007 года.
С применением железобетона строятся и многочисленные здания средней этажности в 40-50 этажей.

В каркасах высотных зданий у монолитного железобетона ряд преимуществ перед металлом. Одно из основных — более эффективная диссипация (рассеивание) энергии колебания зданий при ветровых нагрузках. Далее: поперечные сечения ядер жесткости (стволов жесткости) могут иметь большие площади, что обеспечивает существенное повышение моментов сопротивления и соответственно незначительную деформативность таких зданий. Горизонтальные отклонения верха здания относительно высоты обычно не превышают 1/100. Кроме того, теплопроводность бетона в 40 раз ниже, чем у стали, что предопределяет существенно более высокую пожаростойкость железобетонных конструкций по сравнению со стальными.
Железобетон применяется не только в несущих конструкциях высотных зданий, но и в перекрытиях. За последние годы только в США было построено более 100 млн м2 монолитных перекрытий с натяжением арматуры на бетон.
Предварительно напряженная арматура в монолитных перекрытиях железобетонных конструкций в последнее время применяется без сцепления с окружающим бетоном. Для защиты от коррозии арматурные элементы (канаты) помещаются в специальные оболочки, заполненные антикоррозионным составом. Траектории напрягаемой арматуры в монолитных перекрытиях могут иметь весьма сложные очертания, исходя из эпюр действующих усилий.

Имеются перспективные разработки и в России. НИИЖБ разработал конструкцию здания с безригельным каркасом. Несущий каркас такого здания представляет собой стержневую систему, выполняемую в традиционном монолите или отдельных с использованием сборных элементов с натяжением арматуры непосредственно в процессе строительства. В перекрытиях используется легкий бетон плотностью 900-1000 кг/м3. При этом одновременно решаются задачи междуэтажной звукоизоляции.
Для внутренних стен применяют поробетон с объемной массой 450-550 кг/м3. Поробетон с объемной массой до 200 кг/м3 используется в качестве монолитного утеплителя наружных стен. При максимальном насыщении конструкции легкими материалами собственный вес здания может быть снижен в 2-2,5 раза.

На базе этой технологии может быть сделан существенный шаг вперед в области высотного строительства, когда этажность здания может быть увеличена почти вдвое без повышения нагрузки на нижние этажи и основание.
Для армирования обычных конструкций необходимо повсеместно перейти на применение свариваемой арматурной стали класса А500С, которая благодаря низкому содержанию углерода и специальной технологии производства обладает высокой пластичностью в сочетании с высокой, более 500 МПа, прочностью. В сжатых элементах специалисты рекомендуют применять высокопрочную сталь класса А800, что позволит в 1,5 раза повысить их несущую способность.
Монолитный железобетон как конструкционный материал в наибольшей степени соответствует требованиям современной архитектуры и строительной практики, позволяя создать весьма сложные конструктивные схемы: нерегулярные, высотные, большепролетные и т.п. В этих условиях особую важность приобретает учет пространственного характера распределения нагрузок, в том числе ветровых и сейсмических.

Подготовил Вячеслав ГИЛЕВИЧ