До 1975 г. самым высоким зданием в мире была 110-этажная башня фирмы «Сире Робак» в Чикаго высотой 443 м. В здании работают 16 500 человек, которых перевозят 103 лифта и 18 эскалаторов. По подсчетам конструкторов, технически возможна постройка зданий высотой до 3 км. Не исключено, что такие дома будут со временем строиться.
Зачем строят высотные здания?
Основная причина – стремление лучше использовать ограниченную и дорогостоящую площадь застройки в больших городах. Нью-Йорк, например, в основном расположенный на острове, не мог расти в ширину, поэтому он рос вверх. В больших административных зданиях можно разместить под одной крышей весь персонал фирмы, часто свыше тысячи людей, что облегчает управление.
Небоскребы как многоквартирные башенные жилые дома лучше используют землю; подвод электро- и теплоснабжения упрощается. Вместе с тем возникает другая, социальная, проблема: не лишается ли человек, живущий в сотнях метров над землей, необходимого контакта с окружающей средой и обществом? Ведь по числу жителей большой жилой дом – та же деревня, но лишенная, как правило, преимуществ общинной жизни. Высотные гостиницы строят под одной крышей с магазинами, ресторанами, различными увеселительными заведениями.
Здание призвано защищать людей от стихий и обеспечивать надлежащий микроклимат. Его объем должен по возможности использоваться по прямому назначению, за исключением места для лифтов, эскалаторов, лестниц и других подсобных помещений. Конструктивно здания должны выдерживать не только собственный вес, зависящий от высоты и строительных материалов, но и вес находящихся в нем людей и предметов.
Строительные материалы
Для строительства высотных зданий используются сталь, железобетон и предварительно – напряженный бетон. Лес и пиломатериалы можно применять для домов высотой до 10 этажей. Каменные (блочные или кирпичные) дома могут достигать 18 этажей, поскольку соединенные по посекционной системе плоские элементы образуют коробчатые конструкции, обеспечивающие взаимное перераспределение напряжений.
Алюминиевые сплавы редко используются в строительстве крупных зданий, за исключением большепролетных перекрытий без поддерживающих опор. Высокопрочные тросы могут быть использованы для легких перекрытий больших пространств (как в Олимпийском тенте в Мюнхене), для самолетных ангаров или спортивных залов. Дерево применяется в обычных стоечно-балочных конструкциях, для перекрытий и мостовых ферм. Поэтому из дерева чаще строят одноэтажные здания, хотя оно может использоваться и для более высоких сооружений, и для перекрытий в учебных заведениях, ангарах, выставочных залах, для малонагруженных полов, пешеходных мостов и крыш. Соединения могут быть клеевыми или механическими – с помощью гвоздей, скоб и болтов. Средства защиты дерева от животных-вредителей и огня, как и отделочные приемы, в последние годы значительно улучшились.
Камень и кирпич – относительно хрупкие материалы, прочные при сжатии, но не выдерживающие растяжения. Поэтому они применяются лишь в строительстве каменных стен и арок. Конструкция должна предусматривать, чтобы кирпич не подвергался изгибу или боковому сдвигу.
Сталь используется в каркасных конструкциях, образующих жесткую не сущую раму, которая затем облекается другими материалами. Ее можно использовать в структурах, где конструктивное значение имеет вся поверхность; каркас, арматура, несущая облицовку, и сама облицовка (особенно если все это стальное) работают как одно целое. Сверхвысокие здания (свыше 100 м) требуют особых несущих конструкций.
Сейчас железобетон широко применяют для каркасов зданий. Бетон можно приготовить как на стройплощадке, так и заранее, в зависимости от того, насколько удобно в том или ином месте пользоваться опалубкой (деревянной формой, в которую заливается бетон), и от количества необходимых деталей. Многое зависит и от близости завода, где вырабатывают железобетон, к стройплощадке, наличия подъемной техники и сроков, отведенных на строительство.
Бетон будет сжиматься, если его арматура растянута; такой бетон называют предварительно-напряженным. Напряженные стержни или высокопрочная проволока принимают растягивающие и изгибающие нагрузки, не передавая их на бетон и тем самым делают его более прочным. Железобетон идет на изготовление каркасных конструкций из готовых деталей, используемых в основном на сооружении промышленных и ангаро-подобных зданий. Бетон используется также в конструкциях типа оболочек, где поверхность и каркас составляют одно целое. Оригинальные конструкции такого рода осуществлены, в частности, в Южной Америке и Испании. Самая знаменитая среди таких структур – система бетонных оболочек здания Сиднейского оперного театра в Австралии.
Пневматические здания
Огромные тенты, поддерживаемые накачиваемым в них под небольшим давлением воздухом, называются пневматическими конструкциями. Их делают из прочных тканей и в зависимости от размера и изгиба усиливают мембранными ребрами жесткости и тросами. Такие конструкции используются в основном для временных зданий, а иногда для защиты возводимых зданий на время строительства.