Секрет строительства самых высоких зданий в мире: от того, как они противостоят ветру, до их высоты

Строительство здания, которое, как планируется, будет завершено в 2028 году и которое претендует на звание самого высокого небоскреба в мире, уже ведётся в Саудовской Аравии. Речь идет о башне «Джидда», высота которой составит более 1000 метров, а количество этажей — 130, что значительно превзойдет нынешнего рекордсмена — башню «Бурдж-Халифа» в Дубае, высота которой составляет 828 метров. «Подобные небоскребы привлекают внимание своей инженерной мыслью и технологичным дизайном, и их строительство продолжает расширяться по всему миру. Только в Америке к 2025 году было построено более 4700 высотных зданий, что, по данным Совета по высотным зданиям и городской среде (CTBUH), представляет собой рост на 41 % по сравнению с 2015 годом». Для широкой публики строительство высотных зданий является одним из символов технологического прогресса в гражданском строительстве и архитектуре, и многие из этих проектов считаются городскими достопримечательностями, воплощающими инновации, способность к сложному планированию и стремление к более эффективному использованию пространства в крупных городах», — анализирует Вивиан Рубио, профессор факультета архитектуры и урбанистики Пресвитерианского университета Маккензи. «Несмотря на рост числа высотных зданий, крупномасштабные строительные проекты требуют особого внимания на всех этапах строительства». Здесь мы приводим несколько интересных фактов о том, как строятся небоскребы. «Прежде чем проект сможет выйти за рамки этапа проектирования, необходимо иметь четко определенный финансовый план. Строительство башни «Джидда», например, началось в 2013 году, но было приостановлено в период с 2018 по 2024 год. По всей видимости, приостановка была вызвана отсутствием руководства и финансирования после коррупционного скандала. Без средств строительство не продвигалось». «Стоимость растёт нелинейно с увеличением высоты. На сегодняшний день реальным ограничением является не физика, а соотношение между экономической целесообразностью и эксплуатационной безопасностью», — отмечает Педро Лира, координатор курса гражданского строительства Технологического института Мауа». Ориентировочная стоимость строительства саудовского небоскреба составляет 1,2 млрд долларов США, согласно информации на сайте компании Thornton Tomasetti — инжиниринговой фирмы, ответственной за проект совместно с архитекторами Эдрианом Смитом и Гордоном Хиллом. «Фундамент здания — это его несущая часть, расположенная под землей. Именно он обеспечивает стабильность и безопасность здания. Зданию высотой более 100 метров необходим прочный фундамент, чтобы оно могло устоять на ногах». «Более чем высота здания, на этом этапе учитывается тип грунта на участке». «Как правило, грунт состоит из слоев, и для определения типа фундамента необходимо найти самый прочный слой», — объясняет Вивиан. «Чем ближе здание находится к водотоку, тем, как правило, ниже прочность грунта и выше его влажность. В таких случаях необходимо углубить фундамент, чтобы достичь более прочных слоев. В небольших и невысоких зданиях, возводимых на мягких грунтах, также можно использовать поверхностные фундаменты. В случае башни «Джидда» фундамент имеет толщину 5 метров и опирается на 270 буровых свай диаметром 1,8 метра, достигающих глубины до 105 метров». Одной из главных проблем, с которыми сталкиваются самые высокие здания мира, является воздействие ветра. «В обычном здании основная конструкция в основном выдерживает вертикальную нагрузку и воздействие ветра. В небоскребе же в проектировании доминируют горизонтальные силы: ветер и землетрясения», — сравнивает Лира. «Одной из стратегий преодоления этой проблемы является выбор закругленных краев». «Планировки, меняющиеся от этажа к этажу, и аэродинамические выемки в верхней части здания помогают снизить воздействие ветра и предотвратить образование регулярных вихрей», — отмечает он. Внутри здания основное внимание уделяется настроенным массовым демпферам — большим блокам или резервуарам с водой весом в сотни тонн, подвешенным к верхним этажам, которые колеблются в направлении, противоположном движению здания, поглощая энергию колебаний. «В целом наиболее часто используемым материалом является железобетон. Для каркаса также может использоваться металл, как, например, в случае башни W Itapema, которая строится в муниципалитете Итапема, штат Санта-Катарина. «По словам Лиры, технологическая эволюция материалов делает возможным возведение всё более высоких зданий. «Материалы также эволюционировали: появились высокопрочные бетоны, прочность которых в 3–4 раза превышает прочность обычных», — добавляет она. «Согласно Отчёту о состоянии мирового строительства и архитектуры 2024–2025, на долю строительного сектора приходится 32 % мирового энергопотребления и 34 % мировых выбросов CO₂». В высотных зданиях это воздействие, как правило, ещё больше из-за объёма используемых материалов и потребности в энергии. В некоторых проектах уже внедряются экологичные решения, такие как системы сбора дождевой воды или системы, автоматически регулирующие работу освещения и кондиционирования воздуха.» «Также наблюдается растущая тенденция к использованию высокопрочной конструкционной древесины, такой как кросс-ламинированная древесина и клееная древесина, в высотных зданиях, что позволяет снизить углеродный след по сравнению с традиционным бетоном и сталью», — отмечает Лира. «Эвакуация в чрезвычайных ситуациях представляет собой серьезную проблему: в 100-этажной башне обычных лестниц недостаточно», — отмечает Лира. По этой причине в небоскребах предлагается система поэтапной эвакуации. Аварийные лестницы находятся под давлением, то есть в них подается воздух, чтобы предотвратить проникновение дыма. «Здания выше 40 этажей обычно имеют «убежищные этажи», оснащённые усиленными огнестойкими конструкциями, где жильцы могут дожидаться спасения, если не могут спуститься все одновременно». «Самым последним достижением является внедрение цифровых двойников — виртуальных моделей здания в режиме реального времени, — которые позволяют спасательным службам точно определять местонахождение людей и выявлять, какие пути доступа заблокированы», — утверждает Лира.