10 000 000 звезд: особенности высотного строительства на примере одного комплекса

В этом (2018) году в Санкт-Петербурге завершается строительство многофункционального комплекса ≪Лахта Центр≫. Возводимый на берегу Финского залива в Санкт-Петербурге, Лахта Центр стал самым северным небоскребом в мире. Располагаясь в девяти километрах от исторического центра города, комплекс выступает новым ядром притяжения деловой и социальной активности Санкт-Петербурга.

Лахта Центр – инновационный многофункциональный комплекс в Санкт-Петербурге, в котором будут размещены штаб-квартира группы «Газпром» и самые разные общественные пространства: самая высокая в Европе обзорная площадка, построенная на уровне 360 м, планетарий в форме шара с полной сферической панорамой неба и возможностью демонстрации 10 000 000 звезд, открытый амфитеатр на берегу Финского залива, научно-образовательный центр и другие объекты.

Строительство комплекса, начавшееся в октябре 2012 года, планируется закончить до конца 2018 года. Архитектурная доминанта Лахта Центра – небоскреб высотой 462 метра – стал самым высоким зданием Европы.

Не существовало также требований к проектированию и расчету сталежелезобетонных колонн, обеспечивающих совместно с железобетонным ядром жесткость и устойчивость высотного здания. Вплоть до настоящего времени отсутствуют требования к расчету конструкций из многослойного термоупрочненного стекла, обеспечивающих жесткость фасадных систем зданий комплекса.
Следует также отметить уникальные грунтовые условия площадки строительства комплекса: низкие значения прочностных и деформационных характеристик и тиксотропные свойства грунтов, слагающих верхнюю часть разреза, вынужденное опирание свайного основания фундамента на слабодеформируемые, прочные и плотные глины.

Вышеперечисленные обстоятельства привели к необходимости разработки специальных технических условий на проектирование и строительство МФК «Лахта Центр». На настоящий момент действует их пятая редакция.

Лахта Центр состоит из трех зданий общей площадью около 400 000 кв. м.

87-этажный небоскреб закручивется на 90 градусов от основания до вершины. В реализации проекта участвует около 600 российских и иностранных компаний и более 20 000 человек из 18 стран. Здание многофункционально. Проект ≪Лахта Центр≫ предсертифицирован по международной экологической системе LEED.

На момент начала проектирования в 2011 году нормы и правила, регламентирующие требования к надежности и безопасности высотных
зданий, отсутствовали, речь идет, прежде всего, о требованиях к проектированию и строительству зданий общественного назначения высотой более 55 м.

Учитывая уникальность сооружений комплекса, в специальные технические условия были включены дополнительные требования к применяемым в несущих конструкциях сталям: минимальная марка стали, содержание серы и фосфора, сплошность, Z-свойства, значения ударной вязкости. Заложена возможность для применения листового и фасонного проката зарубежного производства из высокопрочных сталей. Были включены дополнительные требования к болтовым и сварным соединениям, указаны требования к монтажу.

Кроме того, в специальные технические условия были включены дополнительные требования к ограждающим конструкциям комплекса, обусловленные районом размещения высотного здания, которое признано самым северным небоскребом. К их числу относятся указания о необходимости применения стекла с повышенными характеристиками прочности и долговечности при воздействии повышенных ветровых нагрузок. Было заложено требование по необходимости проектирования ограждающих конструкций таким образом, чтобы выход из строя одного из основных элементов фасада не приводил к его прогрессирующему обрушению.

Отдельным вопросом при проектировании «МФК Лахта Центр» стало использование в фасадных конструкциях комплекса фахверковых колонн, выполненных из многослойного термоупрочненного стекла, что позволило обеспечить целостность архитектурной концепции комплекса, придать высокотехнологичный вид фасадам, сделать их почти полностью прозрачными и упростить эксплуатацию зданий комплекса. Отсутствие нормативных требований для расчетов подобных несущих элементов, выполненных из стекла, повлекло необходимость включения дополнительных указаний в специальные технические условия. В частности, были включены требования для подтверждения расчетных предпосылок о необходимости проведения испытания моделей фахверковых колонн из многослойного термоупрочненного стекла по специально разработанной программе. Данные испытания были выполнены силами АО «НИЦ «Строительство». На их основе получены значения физических характеристик материала стеклянных стоек, а также разработаны рекомендации по инженерной методике расчета подобны конструкций.

В результате «МФК Лахта Центр» стал первым объектом на территории Российской Федерации, при строительстве которого применяется стекло в конструкциях стеклянных стоек, работающих на комбинацию нагрузок (сжатие и изгиб), привнося тем самым прогрессивную инновационную технологию в строительную практику России.

Указанные рекомендации должны формироваться на основе данных модельных испытаний в специализированной аэродинамической трубе, способной моделировать естественные ветровые режимы – вертикальный профиль средней скорости ветра, масштабы и интенсивность турбулентности.

Установлены значения гололедных нагрузок с учетом увеличения толщины стенки льда для конструкций, расположенных в условиях низкой облачности на высотах более 100 м.

Для определения расчетных значений снеговых, ветровых и гололедных нагрузок на здания комплекса в специальные технические условия включено требование по разработке рекомендаций по их назначению в рамках научно-технического сопровождения проектирования.

С учетом того, что на момент проектирования и начала строительства комплекса отсутствовали требования к расчету сталежелезобетонных конструкций, в специальные технические условия было включено указание о выполнении на стадии рабочей документации испытаний сталежелезобетонных масштабных моделей колонн. Основной целью испытаний является подтверждение расчетных предпосылок, положенных в основу расчета сталежелезобетонных конструкций.

Несмотря на то, что комплекс относится к объектам гражданского строительства, в специальные технические условия включено дополнительное требование к расчету изгибаемых и сжато-изгибаемых элементов перекрытий со стальными балками, объединенными с железобетонной плитой, в соответствии с нормами для мостовых сооружений, установленными СП 35.13330.2011.

Следует отметить, что в процессе строительства комплекса вступили в действие нормы по проектированию сталежелезобетонных конструкций – СП 266.1325800.2016, в которых частично отражены наработки, выполненные в процессе научно-технического сопровождения проектирования комплекса.
С целью снижения общего веса конструкций здания «Башня» в специальных технических условиях установлены требования по использованию высокопрочных бетонов в наиболее ответственных несущих железобетонных конструкциях – класс бетона по прочности должен быть не менее В60.

Сваи под небоскребом достигают диаметра двух метров и являются самыми широкими в мире.

Коробчатый фундамент башни включает три плиты. Нижняя, толщиной 3600 мм и объемом 19 624 куб. м, была залита без остановок за 49 часов с отметки дна котлована 1 марта 2015 года. Операция по бетонированию отмечена в Книге рекордов Гиннесса. Несущие колонны небоскреба имеют наклон 2,89° для достижения спиралевидной формы башни и выполнены из композитных материалов, представляют собой стальной сердечник 1.5*1.5 м, обетонированный высокопрочным бетоном B80. Такое решение, впервые примененное в российском высотном строительстве, позволило сократить сроки возведения колонн на 40%.

Инженерно-технические изыскания проходили c 2011 года c привлечением тринадцати компаний, включая ARUP и ПКБ «Инфорспроект» под научным руководством академика В. И. Травуша, одного из проектировщиков Останкинской телебашни.

Учитывая сложные грунтовые условия площадки строительства, в специальных технических условиях установлены специальные требования к Программе инженерных изысканий. В соответствии с ними результаты инженерно-геологических изысканий должны обеспечить проектирование фундаментов с применением численных методов расчета, учитывающих зависимости прочностных и деформационных свойств грунта от напряженно-деформированного состояния.

При обработке результатов изысканий необходимо было выявить закономерность изменения механических характеристик опорных грунтов (вендских глин) по глубине. Недостаточность, а также отсутствие в действующих нормативных документах требований к проектированию противопожарной защиты объектов высотного строительства потребовали разработки для «Лахта Центра» специальных технических условий, включающих дополнительные (компенсационные) противопожарные мероприятия.

В процессе решения задач проблемноориентированного проектирования уникального высотного комплекса были разработаны мероприятия, направленные на ограничение распространения пожара в многосветных пространствах, размещенных внутри многофункционального комплекса, а также через наружную плоскость стен между этажами, в местах примыкания перекрытий к ограждающим конструкциям здания.

В целях обеспечения безопасного пребывания людей в здании, при возможном загорании или техногенной аварии к пределу огнестойкости основных несущих элементов и противопожарных преград предъявлены повышенные требования.

В качестве решений по устройству активной противопожарной защиты, в рамках специальных технических условий, предусмотрено использование инновационных инженерных систем и устройств, в том числе:

●направленных не только на обнаружение, но и на предупреждение возгораний;

●использующих пониженный (экономичный) расход воды на внутреннее пожаротушение;

●обладающих высокой чувствительностью к обнаружению опасных факторов пожара и малой инерционностью.

Решения по эвакуационным путям и выходам на объекте обоснованы расчетом пожарного риска, выполненным по итогам анализа возможных причин возгораний и сценариев развития пожара с учетом требований «Методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности», утвержденной приказом Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий от 30 июня 2009 года № 382.

Устройство подъездов (проездов) с твердым покрытием для пожарных машин и мероприятия по обеспечению деятельности пожарных подразделений были выполнены с учетом требований специальных технических условий и Отчета о предварительном планировании действий пожарно-спасательных подразделений по тушению пожаров и проведению аварийно-спасательных работ, связанных с тушением пожаров на объекте.

Реализация на объекте высотного строительства «Лахта Центр» дополнительных (компенсационных) противопожарных мероприятий, предусмотренных в рамках специальных технических условий, значительно повысило его пожарную и техногенную безопасность.

Геннадий Вадимович Чистяков. Публикация за четвертый квартал 2018 года.