1. Чому не падають хмарочоси Хмарочоси стали будувати колись з бажання заощадити стрімко дорожчає землю...
2. Тримаючись за надра
3. Московська специфіка
4. безперервний зв'язок
5. Чому не падають хмарочоси
6. Тут вам не Манхеттен
7. Тримаючись за надра
8. Московська специфіка
9. безперервний зв'язок
10. Чому не падають хмарочоси
11. Тут вам не Манхеттен
12. Тримаючись за надра
13. Московська специфіка
14. безперервний зв'язок

Чому не падають хмарочоси

Хмарочоси стали будувати колись з бажання заощадити стрімко дорожчає землю в американських містах. Зараз це міркування, схоже, давно не є вирішальним. Надвисокі будівлі в наші дні споруджують з іншою метою - показати багатство, міць, амбіції. Однак будь гонка хмарочосів хоч тисячу разів ярмарком марнославства, їх зведення не перестане бути найскладнішою інженерної проблемою.

Коли розповідають про чергове рекордно високому споруді, зазвичай говорять про те, що здіймається над землею. Звичайно ж, про висоту, кількості поверхів і ліфтів, оглядових майданчиках, з яких видно півсвіту, і про те, наприклад, як доставити воду на сто-який-небудь поверх, щоб водопровід при цьому не розірвало від величезного тиску в трубах. Менше говорять про підземну частину, хоча питання про те, як гігантські, майже кілометрові «голки», на кшталт побудованої Burj Khalifa або споруджуваної Kingdom Tower, тримаються в грунті, досить цікавий. Чому вони не падають? Чому не провалюються в грунт і як витримують колосальні вітрові навантаження?

Щоб розібратися в технології спорудження підстав для хмарочосів, «ПМ» звернулася в московський інститут «Містопроект», що займається, зокрема, проектуванням висотних будівель. Нашим консультантом люб'язно погодилася виступити керівник конструкторського відділу ЗАO «Містопроект», кандидат технічних наук Олена Зайцева.

Найвищий в світі хмарочос Burj Khalifa являє собою приклад зведення надвисокої роздільної будівлі на сільнодеформіруемом підставі. Для додання будівлі стійкості були використані 192 палі по 1,5 м в діаметрі.

Тут вам не Манхеттен

«Основним при проектуванні фундаменту висотної будівлі є, безумовно, висока навантаження, що передається спорудою на підставу, - каже Олена Зайцева. - Необхідно розрізняти поняття «фундамент» і «підстава будівлі». Під фундаментом розуміють частину будинку (нижні конструкції - плита, фундамент ростверк, палі і т. Д.), Яка передає навантаження від споруди на грунт. І, відповідно, під підставою розуміють масив грунту, в якому виникають додаткові напруги та опади у результаті впливу на нього будівлі через його фундамент. Завдання полягає в тому, щоб правильно спроектувати і підстава, і фундамент. Основна складність виникає в зв'язку з тим, що висота будівлі велика, а площа передачі навантаження на підставу по відношенню до висоти споруди мала. Це призводить до високих напруг як в самій конструкції фундаменту (великі згинальні моменти і значна продавлювати навантаження від стін і колон), так і в підставі (фундамент-грунт) ».

Таким чином, від характеристик грунту безпосередньо залежить конструкція фундаменту. Відомо, що в самому знаменитому парку хмарочосів - на острові Манхеттен - скельний грунт знаходиться біля поверхні, що значно полегшує роботу проектувальників. Досить розчистити рівну площадку - і на неї можна поставити фундамент у вигляді товстої плити з армованого бетону. Однак в наші дні чемпіонат по сверхвисотних будівництва відбувається в іншому куточку світу - на Аравійському півострові. Саме там стоїть найвищий хмарочос Burj Khalifa (828 м, ОАЕ) і готується зведення іншого монстра висотою в 1007 м - Kingdom Tower (Саудівська Аравія). Останній хотіли зробити висотою в милю (1609 м), але геологи сказали рішуче «ні» - грунт не витримає. Аравія - пустельна земля, сформована донними відкладеннями стародавнього океану, тобто складається переважно з піщаних порід. Тільки на глибині зустрічаються щодо тверді породи типу вапняного скелястого грунту. Цей фактор доводилося враховувати чиказького архітектору Едріану Сміту, головному творцеві аравійських чудес, і іншим авторам проектів хмарочосів на піску.

Тримаючись за надра

Фундамент Burj Khalifa був розроблений як свайно-плитний. Плита товщиною 3,7 м являє собою щось на зразок квітки з трьома пелюстками, що відображає загальну конструкцію будівлі, що складається з центрального шестигранного ядра і трьох крил, що виконують роль контрфорсів (вертикальних підпирають конструкцій). Це надає будівлі велику жорсткість на бокове навантаження і крутіння. Плиту вирішено було сперти на 192 палі діаметром 1,5 і довжиною 43 м. Палі під хмарочоси в більшості випадків є буронабивних, тобто виготовляються шляхом буріння свердловин потрібних діаметра і глибини і подальшого їх заповнення елементами арматури і бетонним розчином.

Схема показує розподіл навантаження на плиту фундаменту. Жовтим і коричневим виділені зони найбільших вертикальних навантажень. Вони припадають на крила, які виконують роль контрфорсів.

Іноді палі пронизують шари м'якого грунту і досягають на певній глибині твердої скельної породи, даючи тверду опору фундаменту. Але в Аравії навіть на глибині 50 м породи м'які, з низьким ступенем цементації. Палі, що підпирають плиту фундаменту, є по суті «висячими», тобто навантаження від будівлі передається верхнім верствам грунту через плиту і нижнім - в основному через тертя поверхонь палі і грунту. Цікаву інженерну проблему довелося вирішувати при будівництві куала-Лумпурський веж-близнюків - Petronas Towers. Під місцем їх майбутнього фундаменту був присутній твердий скельний грунт, але у вигляді досить крутого схилу. Була можливість вибрати варіант з палями, котрі спиралися б на скелю, але тоді одні з них були б зовсім короткими, а інші - набагато довшими. Проектувальники побоювалися, що під вагою будівель довші палі з часом стиснуться і їх довжина істотно скоротиться, в результаті чого виникне крен. Зрештою було вирішено перенести будівництво туди, де скельний грунт не підходив близько до поверхні, і поставити хмарочоси на «висячих палях».

Бетон відмінно працює на стиск, але не так добре - на розтягнення і вигин. «При зведенні фундаментів використовують залізобетон, що включає в себе сталеву арматуру і важкий бетон, - пояснює Олена Зайцева. - Плити армуються горизонтальними сітками, що сприймають вигин, а навантаження на стиск приймає на себе бетон. Діаметр сталевої арматури в плитах досягає 40 мм, але в палях можуть використовувати спеціальну арматуру і більшого діаметру ». Таким чином, надвисокий будівля передає вертикальне навантаження і згинальні моменти основи через плитний або плитно-фундамент палі. Але як відбувається кріплення самої будівлі до фундаменту?

Московська специфіка

Однією з особливостей проектування висотних будівель в Москві можна назвати відсутність міцних скельних ґрунтів і місцями досить високий рівень грунтових вод. Ґрунтова товща в Москві представлена ​​перешаровуються шарами піщаних і глинистих ґрунтів різної консистенції. В принципі, це досить хороше підгрунтя для звичайних будинків, однак з огляду на, що тиск під підошвою фундаменту висотної будівлі знаходиться в середньому в діапазоні 7-11 кг / см2 цього стає недостатньо. Правда в Москві практично повсюдно на доступній (для будівель з великою підземною частиною) і при наявності пальового підстави залягає шар вапняків. На нього і намагаються опереть фундаменти хмарочосів. Однак вапняк це матеріал, по-перше, істотно менш міцний, ніж, наприклад, той же граніт і, по-друге, вони схильні до руйнування під впливом кислот. З огляду на, що продукти життєдіяльності людини повільно, але вірно забруднюють горизонти підземних вод, необхідно мати це на увазі в довготривалій перспективі існування хмарочоса. Зате нам пощастило з відсутністю ураганів і землетрусів, які мали б частий і катастрофічний характер. Питання захисту котловану від підтоплення ґрунтовими водами в період будівництва вирішуються або глибинним водозниження за допомогою іглофільтраціонних установок, які качають воду з глибин нижче дна котловану, або створенням водонепроникною «стіни в грунті», нижній кінець якої опускають в глинистий грунт, який є водоупором (тобто . непропускающій воду). Захист підземної частини будівлі від води виконують або за допомогою різних систем гідроізоляції, або застосовуючи, так звану, «білу ванну». Це спеціальний бетон зі зниженою водопроникністю, а в місцях влаштування деформаційних і технологічних швів встановлюються еластичні шпонки, які перешкоджають просочуванню води по швах. Безумовно, ці роботи вимагають хорошої кваліфікації будівельників, тому що помилки допущені при влаштуванні підземної частини будівлі виправити дуже важко і дуже дорого.

безперервний зв'язок

«В даний час, якщо мова йде про висотних будівлях, з'єднання безпосередньо конструкцій будівлі з плитою або ростверком (балкою, що розподіляє навантаження на палі) виконується за жорсткою схемою, - каже Олена Зайцева. - З плити робляться випуски арматури в місцях опори на неї вертикальних конструкцій таким чином, щоб вони збігалися з арматурою цих конструкцій. Згодом при бетонуванні стін і колон арматура плити і конструкцій з'єднується, утворюючи безперервний зв'язок. Це дозволяє хмарочосу мати надійний «якір», куди буде передаватися горизонтальне навантаження, що виникає при поривах вітру або сейсмічних поштовхів, що надають зрушує вплив. Що ж стосується з'єднання паль з ростверком, то тут можливо шарнірне з'єднання, коли арматура палі не заводиться в плиту ростверку, або жорстке - коли не тільки арматура, а й частина голови палі заводиться в плиту. У першому випадку від будівлі передаються тільки вертикальні навантаження на палі, у другому - також і вигинає момент ».

Якщо підійти до будмайданчика, на якій тільки приступають до зведення хмарочоса, ми не побачимо ні паль, ні плити. Швидше за все, перед нами зяятиме величезна яма: в будь-якому, навіть самому найвищому хмарочосі проектуються підземні поверхи, а тому будівництво починається з риття котловану. Щоб котлован, укоси якого можуть становити 5-10 і більше метрів, не обвалився, зводяться огороджувальні конструкції з шпунтових паль (зазвичай вони робляться з металу) або у вигляді «стіни в грунті». І лише в дні котловану будуть буритися свердловини під буронабивні палі, а потім там же буде відлита плита, яка стане головною невидимою зовні опорою хмарочоса.

Стаття «Чому не падають хмарочоси» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №3, Лютий 2013 ).

Чому не падають хмарочоси

Хмарочоси стали будувати колись з бажання заощадити стрімко дорожчає землю в американських містах. Зараз це міркування, схоже, давно не є вирішальним. Надвисокі будівлі в наші дні споруджують з іншою метою - показати багатство, міць, амбіції. Однак будь гонка хмарочосів хоч тисячу разів ярмарком марнославства, їх зведення не припинить бути найскладнішою інженерної проблемою.

Коли розповідають про чергове рекордно високому споруді, зазвичай говорять про те, що здіймається над землею. Звичайно ж, про висоту, кількості поверхів і ліфтів, оглядових майданчиках, з яких видно півсвіту, і про тому, наприклад, як доставити воду на сто-який-небудь поверх, щоб водопровід при цьому не розірвало від величезного тиску в трубах. Менше говорять про підземну частину, хоча питання про те, як гігантські, майже кілометрові «голки», на кшталт побудованої Burj Khalifa або споруджуваної Kingdom Tower, тримаються в грунті, досить цікавий. Чому вони не падають? Чому не провалюються в грунт і як витримують колосальні вітрові навантаження?

Щоб розібратися в технології спорудження підстав для хмарочосів, «ПМ» звернулася в московський інститут «Містопроект», що займається, зокрема, проектуванням висотних будівель. Нашим консультантом люб'язно погодилася виступити керівник конструкторського відділу ЗАO «Містопроект», кандидат технічних наук Олена Зайцева.

Найвищий в світі хмарочос Burj Khalifa являє собою приклад зведення надвисокої роздільної будівлі на сільнодеформіруемом підставі. Для додання будівлі стійкості були використані 192 палі по 1,5 м в діаметрі.

Тут вам не Манхеттен

«Основним при проектуванні фундаменту висотного будинку є, безумовно, висока навантаження, що передається спорудою на підставу, - каже Олена Зайцева. - Необхідно розрізняти поняття «фундамент» і «підстава будівлі». Під фундаментом розуміють частину будинку (нижні конструкції - плита, фундамент ростверк, палі і т. Д.), Яка передає навантаження від споруди на грунт. І, відповідно, під підставою розуміють масив грунту, в якому виникають додаткові напруги та опади у результаті впливу на нього будівлі через його фундамент. Завдання полягає в тому, щоб правильно спроектувати і підстава, і фундамент. Основна складність виникає в зв'язку з тим, що висота будівлі велика, а площа передавання навантаження на підставу по відношенню до висоти споруди мала. Це призводить до високих напруг як в самій конструкції фундаменту (великі згинальні моменти і значна продавлювати навантаження від стін і колон), так і в підставі (фундамент-грунт) ».

Таким чином, від характеристик грунту безпосередньо залежить конструкція фундаменту. Відомо, що в самому знаменитому парку хмарочосів - на острові Манхеттен - скельний грунт знаходиться біля поверхні, що значно полегшує роботу проектувальників. Досить розчистити рівну площадку - і на неї можна поставити фундамент у вигляді товстої плити з армованого бетону. Однак в наші дні чемпіонат по сверхвисотних будівництва відбувається в іншому куточку світу - на Аравійському півострові. Саме там стоїть найвищий хмарочос Burj Khalifa (828 м, ОАЕ) і готується зведення іншого монстра висотою в 1007 м - Kingdom Tower (Саудівська Аравія). Останній хотіли зробити висотою в милю (1609 м), але геологи сказали рішуче «ні» - грунт не витримає. Аравія - пустельна земля, сформована донними відкладеннями стародавнього океану, тобто складається переважно з піщаних порід. Тільки на глибині зустрічаються щодо тверді породи типу вапняного скелястого грунту. Цей фактор доводилося враховувати чиказького архітектору Едріану Сміту, головному творцеві аравійських чудес, і іншим авторам проектів хмарочосів на піску.

Тримаючись за надра

Фундамент Burj Khalifa був розроблений як свайно-плитний. Плита товщиною 3,7 м являє собою щось на зразок квітки з трьома пелюстками, що відображає загальну конструкцію будівлі, що складається з центрального шестигранного ядра і трьох крил, що виконують роль контрфорсів (вертикальних підпирають конструкцій). Це надає будівлі велику жорсткість на бокове навантаження і крутіння. Плиту було вирішено опереть на 192 палі діаметром 1,5 і довжиною 43 м. Палі під хмарочоси в більшості випадків є буронабивних, тобто виготовляються шляхом буріння свердловин потрібних діаметра та глибини та подальшого їх заповнення елементами арматури і бетонним розчином.

Схема показує розподіл навантаження на плиту фундаменту. Жовтим і коричневим виділені зони найбільших вертикальних навантажень. Вони припадають на крила, які виконують роль контрфорсів.

Іноді палі пронизують шари м'якого грунту і досягають на певній глибині твердої скельної породи, даючи тверду опору фундаменту. Але в Аравії навіть на глибині 50 м породи м'які, з низьким ступенем цементації. Палі, що підпирають плиту фундаменту, є по суті «висячими», тобто навантаження від будівлі передається верхнім верствам грунту через плиту і нижнім - в основному через тертя поверхонь палі і грунту. Цікаву інженерну проблему довелося вирішувати при будівництві куала-Лумпурський веж-близнюків - Petronas Towers. Під місцем їх майбутнього фундаменту був присутній твердий скельний грунт, але у вигляді досить крутого схилу. Була можливість вибрати варіант з палями, котрі спиралися б на скелю, але тоді одні з них були б зовсім короткими, а інші - набагато довшими. Проектувальники побоювалися, що під вагою будівель довші палі згодом стиснуться і їх довжина істотно скоротиться, в результаті чого виникне крен. Зрештою було вирішено перенести будівництво туди, де скельний грунт не підходив близько до поверхні, і поставити хмарочоси на «висячих палях».

Бетон відмінно працює на стиск, але не так добре - на розтягнення і вигин. «При зведенні фундаментів використовують залізобетон, що включає в себе сталеву арматуру і важкий бетон, - пояснює Олена Зайцева. - Плити армуються горизонтальними сітками, що сприймають вигин, а навантаження на стиск приймає на себе бетон. Діаметр сталевої арматури в плитах досягає 40 мм, але в палях можуть використовувати спеціальний арматуру і більшого діаметру ». Таким чином, надвисокий будівля передає вертикальне навантаження і згинальні моменти основи через плитний або плитно-фундамент палі. Але як відбувається кріплення самої будівлі до фундаменту?

Московська специфіка

Однією з особливостей проектування висотних будівель в Москві можна назвати відсутність міцних скельних ґрунтів і місцями досить високий рівень грунтових вод. Ґрунтова товща в Москві представлена ​​перешаровуються шарами піщаних і глинистих ґрунтів різної консистенції. В принципі, це досить хороше підгрунтя для звичайних будинків, однак з огляду на, що тиск під підошвою фундаменту висотної будівлі знаходиться у середньому діапазоні 7-11 кг / см2 цього стає недостатньо. Правда в Москві практично повсюдно на доступній (для будівель з великою підземною частиною) і при наявності пальового підстави залягає шар вапняків. На нього і намагаються опереть фундаменти хмарочосів. Однак вапняк це матеріал, по-перше, істотно менш міцний, ніж, наприклад, той же граніт і, по-друге, вони схильні до руйнування під впливом кислот. З огляду на, що продукти життєдіяльності людини повільно, але вірно забруднюють горизонти підземних вод, необхідно мати це на увазі в довготривалій перспективі існування хмарочоса. Зате нам пощастило з відсутністю ураганів і землетрусів, які мали б частий і катастрофічний характер. Питання захисту котловану від підтоплення ґрунтовими водами в період будівництва вирішуються або глибинним водозниження за допомогою іглофільтраціонних установок, які качають воду з глибин нижче дна котловану, або створенням водонепроникною «стіни в грунті», нижній кінець якої опускають в глинистий грунт, який є водоупором (тобто . непропускающій воду). Захист підземної частини будівлі від води виконують або за допомогою різних систем гідроізоляції, або застосовуючи, так звану, «білу ванну». Це спеціальний бетон зі зниженою водопроникністю, а в місцях влаштування деформаційних і технологічних швів встановлюються еластичні шпонки, які перешкоджають просочуванню води по швах. Безумовно, ці роботи вимагають хорошої кваліфікації будівельників, тому що помилки допущені при влаштуванні підземної частини будівлі виправити дуже важко і дуже дорого.

безперервний зв'язок

«В даний час, якщо мова йде про висотних будівлях, з'єднання безпосередньо конструкцій будівлі з плитою або ростверком (балкою, розподіляє навантаження на палі) виконується по жорсткій схемі, - говорить Олена Зайцева. - З плити робляться випуски арматури в місцях опори на неї вертикальних конструкцій таким чином, щоб вони збігалися з арматурою цих конструкцій. Згодом при бетонуванні стін і колон арматура плити і конструкцій з'єднується, утворюючи безперервний зв'язок. Це дозволяє хмарочосу матиме надійний «якір», куди буде передаватися горизонтальне навантаження, що виникає при поривах вітру або сейсмічних поштовхів, що надають зрушує вплив. Що ж стосується з'єднання паль з ростверком, то тут можливо шарнірне з'єднання, коли арматура палі не заводиться в плиту ростверку, або жорстке - коли не тільки арматура, а й частина голови палі заводиться в плиту. У першому випадку від будівлі передаються тільки вертикальні навантаження на палі, у другому - також і вигинає момент ».

Якщо підійти до будмайданчика, на якій тільки приступають до зведення хмарочоса, ми не побачимо ні паль, ні плити. Швидше за все, перед нами зяятиме величезна яма: в будь-якому, навіть самому найвищому хмарочосі проектуються підземні поверхи, а тому будівництво починається з риття котловану. Щоб котлован, укоси якого можуть становити 5-10 і більше метрів, не обвалився, зводяться огороджувальні конструкції з шпунтових паль (зазвичай вони робляться з металу) або у вигляді «стіни в грунті». І лише дні котловану будуть буритися свердловини під буронабивні палі, а потім там же буде відлита плита, яка стане головною невидимою зовні опорою хмарочоса.

Стаття «Чому не падають хмарочоси» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №3, Березень 2013 ).

Чому не падають хмарочоси

Хмарочоси стали будувати колись з бажання заощадити стрімко дорожчає землю в американських містах. Зараз це міркування, схоже, давно не є вирішальним. Надвисокі будівлі в наші дні споруджують з іншою метою - показати багатство, міць, амбіції. Однак будь гонка хмарочосів хоч тисячу разів ярмарком марнославства, їх зведення не припинить бути найскладнішою інженерної проблемою.

Коли розповідають про чергове рекордно високому споруді, зазвичай говорять про те, що здіймається над землею. Звичайно ж, про висоту, кількості поверхів і ліфтів, оглядових майданчиках, з яких видно півсвіту, і про тому, наприклад, як доставити воду на сто-який-небудь поверх, щоб водопровід при цьому не розірвало від величезного тиску в трубах. Менше говорять про підземну частину, хоча питання про те, як гігантські, майже кілометрові «голки», на кшталт побудованої Burj Khalifa або споруджуваної Kingdom Tower, тримаються в грунті, досить цікавий. Чому вони не падають? Чому не провалюються в грунт і як витримують колосальні вітрові навантаження?

Щоб розібратися в технології спорудження підстав для хмарочосів, «ПМ» звернулася в московський інститут «Містопроект», що займається, зокрема, проектуванням висотних будівель. Нашим консультантом люб'язно погодилася виступити керівник конструкторського відділу ЗАO «Містопроект», кандидат технічних наук Олена Зайцева.

Найвищий в світі хмарочос Burj Khalifa являє собою приклад зведення надвисокої роздільної будівлі на сільнодеформіруемом підставі. Для додання будівлі стійкості були використані 192 палі по 1,5 м в діаметрі.

Тут вам не Манхеттен

«Основним при проектуванні фундаменту висотного будинку є, безумовно, висока навантаження, що передається спорудою на підставу, - каже Олена Зайцева. - Необхідно розрізняти поняття «фундамент» і «підстава будівлі». Під фундаментом розуміють частину будинку (нижні конструкції - плита, фундамент ростверк, палі і т. Д.), Яка передає навантаження від споруди на грунт. І, відповідно, під підставою розуміють масив грунту, в якому виникають додаткові напруги та опади у результаті впливу на нього будівлі через його фундамент. Завдання полягає в тому, щоб правильно спроектувати і підстава, і фундамент. Основна складність виникає в зв'язку з тим, що висота будівлі велика, а площа передавання навантаження на підставу по відношенню до висоти споруди мала. Це призводить до високих напруг як в самій конструкції фундаменту (великі згинальні моменти і значна продавлювати навантаження від стін і колон), так і в підставі (фундамент-грунт) ».

Таким чином, від характеристик грунту безпосередньо залежить конструкція фундаменту. Відомо, що в самому знаменитому парку хмарочосів - на острові Манхеттен - скельний грунт знаходиться біля поверхні, що значно полегшує роботу проектувальників. Досить розчистити рівну площадку - і на неї можна поставити фундамент у вигляді товстої плити з армованого бетону. Однак в наші дні чемпіонат по сверхвисотних будівництва відбувається в іншому куточку світу - на Аравійському півострові. Саме там стоїть найвищий хмарочос Burj Khalifa (828 м, ОАЕ) і готується зведення іншого монстра висотою в 1007 м - Kingdom Tower (Саудівська Аравія). Останній хотіли зробити висотою в милю (1609 м), але геологи сказали рішуче «ні» - грунт не витримає. Аравія - пустельна земля, сформована донними відкладеннями стародавнього океану, тобто складається переважно з піщаних порід. Тільки на глибині зустрічаються щодо тверді породи типу вапняного скелястого грунту. Цей фактор доводилося враховувати чиказького архітектору Едріану Сміту, головному творцеві аравійських чудес, і іншим авторам проектів хмарочосів на піску.

Тримаючись за надра

Фундамент Burj Khalifa був розроблений як свайно-плитний. Плита товщиною 3,7 м являє собою щось на зразок квітки з трьома пелюстками, що відображає загальну конструкцію будівлі, що складається з центрального шестигранного ядра і трьох крил, що виконують роль контрфорсів (вертикальних підпирають конструкцій). Це надає будівлі велику жорсткість на бокове навантаження і крутіння. Плиту було вирішено опереть на 192 палі діаметром 1,5 і довжиною 43 м. Палі під хмарочоси в більшості випадків є буронабивних, тобто виготовляються шляхом буріння свердловин потрібних діаметра та глибини та подальшого їх заповнення елементами арматури і бетонним розчином.

Схема показує розподіл навантаження на плиту фундаменту. Жовтим і коричневим виділені зони найбільших вертикальних навантажень. Вони припадають на крила, які виконують роль контрфорсів.

Іноді палі пронизують шари м'якого грунту і досягають на певній глибині твердої скельної породи, даючи тверду опору фундаменту. Але в Аравії навіть на глибині 50 м породи м'які, з низьким ступенем цементації. Палі, що підпирають плиту фундаменту, є по суті «висячими», тобто навантаження від будівлі передається верхнім верствам грунту через плиту і нижнім - в основному через тертя поверхонь палі і грунту. Цікаву інженерну проблему довелося вирішувати при будівництві куала-Лумпурський веж-близнюків - Petronas Towers. Під місцем їх майбутнього фундаменту був присутній твердий скельний грунт, але у вигляді досить крутого схилу. Була можливість вибрати варіант з палями, котрі спиралися б на скелю, але тоді одні з них були б зовсім короткими, а інші - набагато довшими. Проектувальники побоювалися, що під вагою будівель довші палі згодом стиснуться і їх довжина істотно скоротиться, в результаті чого виникне крен. Зрештою було вирішено перенести будівництво туди, де скельний грунт не підходив близько до поверхні, і поставити хмарочоси на «висячих палях».

Бетон відмінно працює на стиск, але не так добре - на розтягнення і вигин. «При зведенні фундаментів використовують залізобетон, що включає в себе сталеву арматуру і важкий бетон, - пояснює Олена Зайцева. - Плити армуються горизонтальними сітками, що сприймають вигин, а навантаження на стиск приймає на себе бетон. Діаметр сталевої арматури в плитах досягає 40 мм, але в палях можуть використовувати спеціальний арматуру і більшого діаметру ». Таким чином, надвисокий будівля передає вертикальне навантаження і згинальні моменти основи через плитний або плитно-фундамент палі. Але як відбувається кріплення самої будівлі до фундаменту?

Московська специфіка

Однією з особливостей проектування висотних будівель в Москві можна назвати відсутність міцних скельних ґрунтів і місцями досить високий рівень грунтових вод. Ґрунтова товща в Москві представлена ​​перешаровуються шарами піщаних і глинистих ґрунтів різної консистенції. В принципі, це досить хороше підгрунтя для звичайних будинків, однак з огляду на, що тиск під підошвою фундаменту висотної будівлі знаходиться у середньому діапазоні 7-11 кг / см2 цього стає недостатньо. Правда в Москві практично повсюдно на доступній (для будівель з великою підземною частиною) і при наявності пальового підстави залягає шар вапняків. На нього і намагаються опереть фундаменти хмарочосів. Однак вапняк це матеріал, по-перше, істотно менш міцний, ніж, наприклад, той же граніт і, по-друге, вони схильні до руйнування під впливом кислот. З огляду на, що продукти життєдіяльності людини повільно, але вірно забруднюють горизонти підземних вод, необхідно мати це на увазі в довготривалій перспективі існування хмарочоса. Зате нам пощастило з відсутністю ураганів і землетрусів, які мали б частий і катастрофічний характер. Питання захисту котловану від підтоплення ґрунтовими водами в період будівництва вирішуються або глибинним водозниження за допомогою іглофільтраціонних установок, які качають воду з глибин нижче дна котловану, або створенням водонепроникною «стіни в грунті», нижній кінець якої опускають в глинистий грунт, який є водоупором (тобто . непропускающій воду). Захист підземної частини будівлі від води виконують або за допомогою різних систем гідроізоляції, або застосовуючи, так звану, «білу ванну». Це спеціальний бетон зі зниженою водопроникністю, а в місцях влаштування деформаційних і технологічних швів встановлюються еластичні шпонки, які перешкоджають просочуванню води по швах. Безумовно, ці роботи вимагають хорошої кваліфікації будівельників, тому що помилки допущені при влаштуванні підземної частини будівлі виправити дуже важко і дуже дорого.

безперервний зв'язок

«В даний час, якщо мова йде про висотних будівлях, з'єднання безпосередньо конструкцій будівлі з плитою або ростверком (балкою, розподіляє навантаження на палі) виконується по жорсткій схемі, - говорить Олена Зайцева. - З плити робляться випуски арматури в місцях опори на неї вертикальних конструкцій таким чином, щоб вони збігалися з арматурою цих конструкцій. Згодом при бетонуванні стін і колон арматура плити і конструкцій з'єднується, утворюючи безперервний зв'язок. Це дозволяє хмарочосу матиме надійний «якір», куди буде передаватися горизонтальне навантаження, що виникає при поривах вітру або сейсмічних поштовхів, що надають зрушує вплив. Що ж стосується з'єднання паль з ростверком, то тут можливо шарнірне з'єднання, коли арматура палі не заводиться в плиту ростверку, або жорстке - коли не тільки арматура, а й частина голови палі заводиться в плиту. У першому випадку від будівлі передаються тільки вертикальні навантаження на палі, у другому - також і вигинає момент ».

Якщо підійти до будмайданчика, на якій тільки приступають до зведення хмарочоса, ми не побачимо ні паль, ні плити. Швидше за все, перед нами зяятиме величезна яма: в будь-якому, навіть самому найвищому хмарочосі проектуються підземні поверхи, а тому будівництво починається з риття котловану. Щоб котлован, укоси якого можуть становити 5-10 і більше метрів, не обвалився, зводяться огороджувальні конструкції з шпунтових паль (зазвичай вони робляться з металу) або у вигляді «стіни в грунті». І лише дні котловану будуть буритися свердловини під буронабивні палі, а потім там же буде відлита плита, яка стане головною невидимою зовні опорою хмарочоса.

Стаття «Чому не падають хмарочоси» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №3, Березень 2013 ).