Строя высотки в Беларуси, необходимо учитывать сейсмику

Те, кто участвовал в первых белорусских конференциях подобной тематики (лет 15, даже 10, назад), помнят, какими острыми были дискуссии о том, сборными или монолитными быть будущим белорусским зданиям, заметил в начале своего сообщения «Современные технологии строительства уникальных и высотных зданий из монолитного железобетона», открывшего научно-технический семинар «Монолитный бетон: новые технологии, опалубочные системы и оборудование», кандидат технических наук директор РУП «Институт БелНИИС» Михаил Марковский.

В конце концов критерием истины, как всегда, оказалась практика, оппоненты же всегда могут посостязаться на стройплощадке. Сегодня проблема выявления истины не стоит. Все поняли, что монолитный бетон — это перспектива. Хотелось бы предупредить о другой крайности. Нельзя совершенно забывать о сборном железобетоне. Просто та или иная технология должна занимать подобающее ей место. При этом достигаемые технические и технологические показатели должны себя оправдывать — монолитный бетон должен применяться не единственно ради применения монолитного бетона как такового. Требования к современному монолитному бетону не ограничиваются только экономическими показателями. В последнее время все более острой становится проблема квалифицированных рабочих кадров. Поэтому для Беларуси проблему снижения трудоемкости М. Марковский предлагает ставить на второе место после себестоимости. Немаловажен и вопрос, насколько монолитный бетон дружен с архитекторами, насколько он раскрепощает их возможности и дает полет фантазиям. Специалистами Американского института бетона и железобетона определено, что бетон — строительный материал XXI века. Вряд ли ему найдется альтернатива в таком масштабе массового применения среди других материалов. Разумеется, говоря о современном бетоне, мы подразумеваем совершенно иной бетон, чем тот, что применялся в СССР 20 и более лет назад. Современная монолитная железобетонная конструкция не требует никакого корректирующего доштукатуривания. Современный монолитный бетон должен обеспечивать высокое качество поверхности (допускается локальное шпаклевание отверстий от тяжей и следов от опалубочных щитов). Такую поверхность вполне можно без устройства какой-либо выравнивающей стяжки облицовывать керамической плиткой, окрашивать, оклеивать обоями.

Что же касается темпов строительства, то таковые прямо или косвенно связаны и с его стоимостью, и с его трудоемкостью. Современные технологии даже той строительной организации, которая только начинает их осваивать, дают возможность возводить не менее 2 этажей в месяц, та же организация, которая уже имеет определенные навыки, вполне может делать по 3-4 этажа. Эти цифры реальны — они проверены на примерах деятельности уже не одной белорусской строительной организации, причем как на стройках Беларуси, так и за пределами страны. (Выездная модель демонстрирует преимущества технологий особенно наглядно — требования, скажем, московского строительства таковы, что с меньшим потенциалом подрядчик просто не попадет на тендер, не то что выиграет его.) Еще одна особенность монолитного бетона состоит в том, что это легко осваиваемая технология, на которую следует обратить самое пристальное внимание строительным трестам Беларуси. Да, они никогда не специализировались на применении монолитного бетона, но освоить данную технологию им вполне по силам — как ИТР, так и рабочим, которые неизменно высококвалифицированы и дисциплинированы. М. Марковский остановился лишь на уникальных монолитных железобетонных объектах, поскольку при их возведении каждый раз приходилось решать нестандартные задачи. «Но если бы нам с коллегами не удалось быстро и качественно возвести эти объекты, вряд ли монолитный железобетон получил бы массовое развитие в Беларуси», — подчеркнул он.

Что касается здания Национальной библиотеки Беларуси, то при его строительстве была попытка применения лицевого бетона как финишного материала. Технология получения лицевого бетона на порядок выше, чем обычного, и предусматривает специальное облицовывание опалубки. Данная попытка показала, что того, чего хочет архитектор, с использованием поставляемого бетона добиться нельзя — он может менять свой цвет в течение одной смены. Влияют и марка цемента, и условия укладки, и погодные условия. Поэтому была решена именно та задача, которую действительно можно было решить — задача возведения монолитных железобетонных конструкций отличного качества. Применялись как отечественные, так и зарубежные опалубочные системы, были использованы и индивидуальные решения, поскольку в иных местах требовалось выполнить то, чего не обеспечивала ни одна из существовавших систем опалубок. В частности, речь идет об обеспечении, с одной стороны, безопасных условий работы персонала бригад, с другой — надежного опирания самих опалубок. Самым сложным оказалось возведение расширяющейся части (обратный уклон составляет 45°) чрезвычайно морозной зимой — таким образом, к экспериментальной программе подключилась сама природа. Решения, которые предлагали иностранные фирмы, стоили миллионы евро (здесь имело место своеобразное состязание отечественных и зарубежных технологов). Удалось обойтись без приобретения иностранного оборудования. Решение, которое было в конечном итоге применено, на первый взгляд казалось авантюрным, но было тщательно просчитано и обосновано. При этом экономический эффект только от импортозамещения составил 4-5 млн EUR. Продолжительность возведения типового этажа выдерживалась равной 15 дням для каждого этажа. Точно прогнозировалось, в какой день на какой отметке удастся оказаться (хотя до этого никто не поверил бы в реальность выдерживания темпа 2 этажа в месяц при строительстве подобного объекта). В итоге здание библиотеки было возведено менее чем за 3 года. Срок по сравнению с нормативным (даже с отделкой) был сокращен более чем вдвое. Опыт показал, что архитектурные формы самой сложной геометрии вполне реализуемы в монолитном железобетоне. При этом стройплощадка гораздо чище, чем при использовании обычного сборного железобетона. Монолитное железобетонное строительство требует, во-первых, поставки качественных модифицированных бетонов, во-вторых, оснащенности стройплощадки современной техникой. На объекте "Новое здание Национальной библиотеки Беларуси" не было применено ни одного кубометра бездобавочного бетона — только высокоподвижные бетонные смеси с сохранностью технологических свойств в течение 2 и более часов. В зимних условиях применялись добавки, ускоряющие твердение бетона. Кроме того, используемые добавки должны были обеспечивать ранний набор конструкциями распалубочной прочности, поскольку от этого очень сильно зависят темпы строительства.

Такой минский объект, как "Подземный город" (он же подземный центр "Столица") характеризует в числе прочих параметров площадь одного этажа, составляющая 30 тыс. м2. Примененная здесь комплексная технология с использованием башенных кранов внутри возводимых перекрытий (зоны действия кранов находились в разрывах перекрытий) требовала поточного строительства. С одной стороны котлована уже возводили каркас, с другой еще вели земляные работы. Никакой иной, кроме котлована, стройплощадки не было, никаких зон складирования — все с колес поступало прямо в котлован. Монолитный железобетонный каркас объекта с контурной сплошной монолитной железобетонной стеной возвели менее чем за год, а вот земляные работы с использованием экскаваторов со стопроцентной механизацией труда потребовали года с четвертью. При проектировании объекта, преследуя цель ускорения его ввода, отказались от каких-либо выступающих элементов. И лестницы, и пандусы возведены из монолитного железобетона — на объекте не применен ни один сборный элемент. Сложность возведения наклонного (15°-20°) перекрытия состояла, во-первых, в том, что в подобном случае при укладке бетона возникает горизонтальная нагрузка на опалубку. Если не принять специальных мер, опалубка в таких условиях может сложиться, как карточный домик. Вторая технологическая проблема — сползание бетона при больших (начиная с определенного угла) уклонах. Ее успешное разрешение требует предельно аккуратного бетонирования.

Итак, научились строить уникальные наземные и подземные сооружения. Что же дальше? Обычно конструкторы и технологи следовали за полетом мысли архитектора. Но вот строящийся близ минского Северного кладбища "Храм-памятник Всех Святых" (начало строительства — 2006 г.), запроектированный ГП "Минскпроект". Нижняя часть — из красного кирпича, верхняя — из монолитного железобетона (случай беспрецедентный в строительстве православных культовых сооружений). После возведения нижней кирпичной части стройка остановилась. Самое сложное в архитектуре соборов, в их строительстве — это их геометрические формы. Они наиболее сложны сами по себе (по сравнению с подавляющим большинством объектов), они и по возведению не менее сложны — кому неизвестно, что в храме нет никаких перекрытий, что его внутренняя часть представляет собой единое свободное от каких-либо конструкций пространство, включающее и внутреннее подкупольное пространство. Специалисты БелНИИС долго не соглашались взяться за разработку технологии возведения верхней части храма, но на этом настоял мэр Минска Михаил Павлов. В результате обошлись без закупки какого-либо иностранного оборудования. Обошлись тем оборудованием, той оснасткой, которыми располагала привлеченная строительная организация. Снизу доверху внутренней части было возведено множество подмостей, была создана целая система лесов и опорных площадок. Устраивались специальные временные перекрытия из металлических балок больших пролетов, поскольку и леса уже не несли образующихся нагрузок. Эти вспомогательные средства доступа позволяли иметь точки опоры для работы со стеновыми опалубками. Огромную проблему представляло возведение конусной части, а именно геодезический контроль данного процесса. Как определить положение оси конуса, к чему привязывать геодезический инструмент? И эти задачи были успешно решены. В итоге минское ПКУП "Монолит" возвело верхнюю часть храма за 2 месяца. СМР были завершены в срок. Сегодня здание окружено лесами — идет его наружная отделка. Работа на этом объекте показала, что монолитный бетон дружит с любыми архитектурными формами.

В жилищном строительстве наработанные приемы монолитного бетонирования успешно применяются при возведении этажей над подворотнями (проездами) больших пролетов, предусматриваемыми в корпусах домов. Так, при строительстве одного из жилых домов в минском микрорайоне Серебрянка стояла задача перекрывания этажами проезда шириной 13 м, причем конструкция этих этажей требовала начать бетонирование с самого верхнего с применением постоянных тяжей. В данном случае БелНИИС была предложена новая технология с применением опорных башен высотой 25 м и сложной системы обеспечения устойчивости этих башен. Позже эти башни очень удачно вписались в технологию возведения центральной арены объекта "Минск-Арена", высота отдельных этажей которого доходит до 6 м. Работа на всех перечисленных объектах показала, что монолитный бетон экономически выгоден, так как его использование позволяет регулировать темпы строительства в широких пределах. Этот материал полюбили строители. Осталось навести порядок в осмечивании монолитных железобетонных работ. Этот материал идеален для выездной модели работы, поскольку в данном случае в другую страну, помимо квалифицированных рабочих, везутся только необходимая строительная техника (если не берется в аренду) и опалубка — все остальное можно иметь на месте, причем работая в любых темпах и при любых ограничениях строительной площадки.

Сегодня к нам в дверь весьма интенсивно стучится высотное строительство. В Беларуси наблюдается беспрецедентная ситуация: не имея опыта ни строительства, ни проектирования, толком не изучив соответствующий зарубежный опыт, нужно срочно разработать три нормативных документа: два для проектировщика и один для технолога. К высотным относится любой объект выше 75 м. Отечественных нормативных документов по высотному строительству нет — все, что было раньше, относится к возведению объектов высотой до 75 м. Переход на строительство высотных зданий означает скачок научно-технического прогресса по всем направлениям — в архитектуре, конструировании, проектировании, разработке противопожарных мероприятий, инженерных коммуникаций. По части определения нагрузок, применения материалов и технологий. В мире существует неофициальный клуб стран-высотников, в который входят страны, которые могут своими силами строить высотные здания. Понятно, что членами этого клуба могут быть далеко не все страны. Так или иначе, членство это является престижным, и в соседних России и Украине бурно развивается высотное строительство (в Киеве запланировано строительство до 100 высоток). Находятся и финансы, и заинтересованные организации. А каковы релевантные инженерные проблемы? Первая касается правильного определения ветровых нагрузок, которые при высоте здания более 100 м являются превалирующими. Это нагрузки на ограждающие конструкции, нагрузки, при которых здание работает на опрокидывание и на восприятие поперечных усилий. (Отдельный разговор — создаваемые ветром динамические нагрузки на здание. Во всем мире практикуют создание макетов проектируемых зданий и продувание их в аэродинамической трубе. Реальные динамические нагрузки принимаются по результатам этих испытаний.) Вторая — сейсмическая. Вроде бы Беларусь — не сейсмоопасный регион. На поверку же оказалось, что в стране есть 5-балльные, 6-балльные зоны. С другой стороны, высотное здание должно проектироваться устойчивым к сейсмонагрузкам на балл выше прогнозируемых, а на плохих грунтах — еще более сейсмонадежным. Это означает, что белорусские высотные здания должны проектироваться устойчивыми к семи-восьмибалльным толчкам. В то же время опыта проектирования сейсмоустойчивых зданий и сооружений в стране нет.

Если же говорить о технологии возведения высотных зданий, то первой проблемой является применяемый бетон. Если до 100 м еще можно применять бетоны классов В40 и В50, то выше нужны бетоны классов не ниже В80-В90. Москвичи уже несколько лет как освоили применение таких бетонов. Это совершенно особые бетоны, в которых добавок столько же, сколько цемента. Для того же, чтобы гарантированно иметь такой бетон, нужно закладывать класс не меньше В110. Во всем мире очень мало фирм проектирует высотные здания (может быть, 5-6 крупных). Вся связанная с этой деятельностью информация является корпоративной и абсолютно неразглашаемой. Никаких публикаций в СМИ. Ничего не сказано и в строительных нормах — ни в американских, ни в европейских. Сказано лишь, что здание должно быть безопасным и комфортным для проживания, а о том, как это обеспечить, ничего не сказано. (Белорусские специалисты пока опираются на московские временные нормы.) Очень сложно проектировать инженерные системы. Мусоропровод не годится (используют специальные затворы или контейнеры), единый водопроводный стояк на всю высоту не годится (в высотном здании такой будет порван при первом же гидравлическом ударе), то же касается канализации. После 100 м начинаются зона смога и облачность, что означает, что на полную мощность не может быть использован башенный кран. Очень высоки требования к лифтам по допускам по отклонениям по высоте. Высотное же здание постоянно колеблется. Это также необходимо учитывать. Абсолютно непонятно, как и к чему привязываться, создавая систему геодезического контроля и мониторинга строящегося и эксплуатируемого здания. Например, контроль колебаний геометрической оси строящегося Burj Dubai осуществляет НАСА с использованием спутниковой системы глобального позиционирования. На первые два из трех разрабатываемых нормативных документов пришло 700 замечаний — показалось много. Но москвичи, приступив к переработке своих норм и имея десятилетний опыт строительства, проектирования и наблюдения, тоже разослали экспертам экземпляры проекта новых норм — у них 650 замечаний.

Итак, нормативного документа, на который можно было бы опереться при разработке новых норм, нет. Поэтому в Беларуси к этой работе привлечено множество специалистов. Понятно, что тот нормативный документ, который получится в результате, не удовлетворит всех — слишком много дискуссионных вопросов. И такой немаловажный нюанс: при проектировании каждого высотного здания необходимые расчеты должны будут выполнять две независимые организации. Экспертиза пропустит проект при условии близости полученных результатов.

Фото предоставлено РУП «Институт БелНИИС»

Сергей ЗОЛОТОВ


Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 18 за 2008 год в рубрике материалы и технологии

©1995-2022 Строительство и недвижимость