«Лахта центр»: что стоит за высотными рубежами

Небоскрёбы – это авангард строительной отрасли. Супервысотные здания всегда требуют от своих создателей особого подхода. В 2018 году в Петербурге завершится строительство «Лахта центра», который станет самым высоким небоскрёбом Европы. Какие технологии используются для возведения питерского гиганта?

Общественно-деловой комплекс «Лахта центр» строится в Приморском районе Санкт-Петербурга, на побережье Финского залива. Его центром станет станет штаб-квартира группы Газпром и компании «Газпром нефть», другую часть площади займут общественные пространства: научно-образовательный комплекс для детей и молодежи, планетарий, выставочные пространства, медицинский и спортивный центры, многофункциональный зал-трансформер и другие.

Комплекс состоит из четырёх сооружений: многофункционального здания с атриумом, стилобата (там разместится паркинг и вспомогательные помещения), арки главного входа и небоскрёба высотой 462 метра. Именно он станет самым высоким не только в России, но и во всей Европе. Супертолл «Лахта центра» на 88 метров перерастёт нынешнего европейского рекордсмена – башню «Федерация» в «Москва-сити» – и окажется на 11 месте мирового высотного рейтинга.

Бытует мнение, что Петербург построен на вязких грунтах, и строить небоскрёбы здесь невозможно. Специалисты отвечают: строить можно везде, но нужен хороший расчет. Возведению петербургского супертолла предшествовали полтора года инженерно-геологических исследований. Авторы проекта изучили геологические, геодезические, экологические, историко-культурные особенности участка.

Выяснилось, что слабые грунты составляют только верхний слой. Под ним залегает вендский горизонт – это древнейшие глины, которым 635-540 миллионов лет. Прочные как скальный грунт или бетон, эти глины являются отличной опорой для небоскрёба. Но добраться до них непросто: на пути у строительной техники – отложения ледникового периода в виде гигантских валунов и песчаных супесей с гравием. Комплекс исследований, проведенные расчеты и натурные испытания стали основой для создания конструкции «Лахта центра».

Сваи и защитная стена

От давления и воды в верхних слоях почв фундамент защищает пятигранная подземная конструкция по периметру основания небоскрёба. Её высота – 30 метров, длина стен – более 300 метров. Внутри пятиугольника установлены 264 сваи, уходящие на глубину до 82 метров. Их диаметр – 2 метра. Это самые широкие сваи в мире. Сваи фундамента небоскреба не забивают, а создают прямо на месте — в грунте. Шахту выбуривают, затем устанавливают армокаркас и заливают бетоном.

Фундамент

На сваи опирается фундамент небоскрёба. Он состоит из трёх плит, разделенных десятью радиальными стенами, расходящимися «лучами» от ядра. Самая знаменитая из плит – нижняя, толщиной в 3,6 метра. Именно она попала в Книгу рекордов Гиннесса: строители за 49 часов уложили 19 624 кубометра бетона в основание здания. Причем уникальность плиты не в физическом размере, а в методике, которая обеспечивает необходимую несущую способность при оптимальных размерах конструкции.

Каждая свая под башней представляет собой отдельное сложное инженерное сооружение высотой с 30-этажный дом. Контроль за ее строительством – это целая система, включающая опускаемые в шахту камеры видеоконтроля и ультразвуковые датчики, установленные в арматуре каркаса сваи для определения плотности и отсутствия пустот.

Вес башни «Лахта центра» составит 670 тысяч тонн, давящих на грунт сравнительно малой площади. Под давлением грунт будет уплотняться, а небоскрёб оседать – как и любое другое здание. Основная задача в том, чтобы эта осадка проходила равномерно и здание не отклонялось от вертикали. Для наблюдения за поведением грунта, подземными конструкциями и их взаимодействием создана система геомониторинга, которая объединяет 4800 датчиков.

Датчики размещены и в грунте, и во всех элементах подземных конструкций башни. Так, 95 датчиков «следят» за вертикальными перемещениями, 40 – за поровым давлением грунта, 336 измеряют деформации в сваях, 10 – давление под подошвой фундамента, 2136 – динамику усилий в конструкциях фундамента. Все датчики объединены в автоматическую систему. После возведения каждых пяти новых этажей башни система выдает полный отчет о том, что происходит с грунтом, сваями, фундаментом. Такие знания полезны не только для строителей, но и для научных исследований.

Осадка может пройти равномерно. Но ведь и само здание может быть построено с наклоном. Это будет неудивительно при высоте почти в полкилометра: не исправленное отклонение в 1 мм внизу приведет к отклонению на 1 метр наверху. «Лахта центр» не может себе позволить сильного отклонения: небоскрёб устойчив «в наклоне», только если специально так спроектирован (как, например, Capital Gate – здание с самым большим наклоном в мире: при 160 метрах высоты – 18 градусов крена). Максимальное разрешенное проектом отклонение ядра «Лахта центра» – 6 миллиметров на все 462 метра. А цель – сместить дельту отклонения к нулю, хотя в мировой практике достичь абсолютного нуля пока никому не удавалось.

Небоскрёб нельзя просто построить «насколько хватит кирпичей». Существуют разные системы, которые обеспечивают устойчивость супервысоких зданий. У башни «Лахта центра» она состоит из ядра, аутригеров и несущих колонн по периметру здания.

Ядро

Представляет собой «трубу» диаметром 24,5 метра с толщиной железобетонной стены 0,8 метра. Отвечает за вертикальную устойчивость.

Аутригеры

Аутригеры расположенные на технических этажах, состоят из кольцевой балки вокруг ядра и идущих от нее диагональных металлических ферм и колонн. Эти элементы передают усилия от ядра на внешние колонны и снижают опорный момент внизу здания, а также придают горизонтальную жесткость – например, гасят раскачивание башни от ветра. Всего аутригеров в башне «Лахта центра» - пять, из которых четыре имеют вид сдвоенных этажей, а пятый – нетипичный, в виде мощной железобетонной «шайбы»

Колонны

Выполнены из композитных материалов – стальной сердечник с железобетонной оболочкой. Такое решение применено впервые в гражданском строительстве в России. Благодаря ему стоимость колонн значительно снижается, а срок возведения

сокращается на 40% при прочих равных.

По словам создателей, башня «Лахта центра» задумывалась как современная интерпретация высотной доминанты, выделяющейся на фоне традиционной горизонтальной застройки Санкт-Петербурга. Её «собратья» – шпиль Петропавловского собора, Адмиралтейская игла, купол Исаакиевского собора – украшают центр города, в то время как новый супертолл станет организующим элементом в стремительно развивающемся Приморском районе. Новому небоскрёбу досталась роль главного акцента делового пространства, которое возникнет на линии «морского фасада» города.

«Форма здания символизирует энергию воды, перетекание пространств, открытость и легкость, – объясняют авторы проекта. – Эффект невесомости и максимального слияния будущего комплекса с окружающей средой будет усилен за счет применения особого типа стекла, благодаря которому в зависимости от времени суток высотное здание будет менять цвет, что создаст ощущение «живого объекта».

Башня «Лахта центра» скручивается вокруг своей оси на 90 градусов. В строительстве такого здания есть определённые особенности. Например, из-за расширения, сужения и «кручения» все 189 тысяч составляющих металлоконструкций башни отличаются друг от друга (строго говоря, одинаковых всего две). Также разнятся по форме и изгибу фасадные элементы: 16 505 панелей покрывают площадь 72 500 квадратных метров,при этом 71% стеклопакетов отличаются друг от друга размерами и своей геометрией. Размер каждого стеклопакета 2,8 на 4,2 метра, вес 740 килограммов. Для обслуживания такого прихотливого сооружения разработана специальная система обслуживания фасадов (сокращенно СОФ).С ее помощью фасады будут поддерживаться в чистоте, а при необходимости и ремонтироваться.

Покорение высоты – это всегда вопрос наличия соответствующих технологий. Лифт, вентиляция, электричество — в своё время именно высотки первыми испытывали все эти «новинки». После успешного старта производство технологий стало массовым: из категории эксклюзивных благ они перешли в категорию минимальных стандартов при строительстве уже типового жилья и общественных зданий.

Возведением небоскрёбов обусловлены разработки современной подъемной строительной техники, изобретение конструкций устойчивости зданий, внедрение новых технологий пожарной безопасности, современных высокопрочных строительных материалов. Высотное строительство – область, где формируется заказ на высокотехнологичные решения, которые затем перейдут в другие сферы нашей жизни.

Петербургский «Лахта центр» активно внедряет технологии – что-то впервые на региональном и российском строительном рынке, что-то – на мировом. Значение этой стройки для строительной отрасли можно будет оценить позже, но уже сейчас видно, как меняется среда: появляются совместные производственные предприятия, растут квалифицированные кадры, поставщики используют новые технические решения – так осваиваются новые высоты в стандартах качества.

«Подвиг» петербургских строителей заключается в достижении несущей способности фундамента при минимально возможных размерах. Это стало осуществимо благодаря технологии непрерывного бетонирования.

Когда бетон заливают с перерывами, между старыми и новыми слоями возникают «холодные швы». Это значит – расслоения и снижение несущей способности. Максимальной прочностью обладает абсолютный монолит, меньшей – плита, сделанная как «лоскутное одеяло» или «слоеный пирог».

К заливке нижней плиты готовились заблаговременно, ведь «переделать» работу невозможно. Участники отрепетировали все, что возможно. Например, 13 бетонных заводов-поставщиков тренировались в изготовлении бетонной смеси по уникальной рецептуре до тех пор, пока не достигли её абсолютной идентичности.

Скорость заливки составила более 400 кубометров в час, а миксеры совершили более 2450 рейсов. Процесс был организован так, что о событии местные жители узнали из СМИ – не было ни дополнительной пробки на загруженном Приморском шоссе, ни шума со строительной площадки.

За дельтой отклонения следят геодезисты. В их арсенале семь систем оборудования (оптических и лазерных), дублирование помогает перепроверить показания приборов. Три из семи геодезических систем представлены в России впервые, но успели хорошо себя зарекомендовать на ведущих мировых стройках.

Мировая геодезическая премьера – импульсный высокоскоростной лазерный сканер с двухосевым компенсатором. Прибор впервые используется на строительстве небоскреба. С его помощью строители «Лахта центра» проверяют положение металлоконструкций внутри бетонной среды при изготовлении, например, композитных колонн со стальным сердечником внутри бетонной конструкции.

Для ведения ядра строго вертикальным курсом задействована и «космическая» технология – геодезический прибор Trimble 4D Control. Он использует спутниковый сигнал и систему геодатчиков, установленных на стройплощадке. С помощью показаний GPS и ГЛОНАСС система определяет точные координаты ядра и дельту смещения, которая постоянно корректируется на основании полученных данных.

Для сборки используют BIM – относительно новую для России технологию. Она представляет собой виртуальную трехмерную модель здания, объединяющую все данные проектной документации. При добавлении измерения времени выстраивается виртуальная технология возведения объекта: проекты организации строительства, производства работ, логистики поставок. В «Лахта центре» к стандартному использованию модели добавили еще одно применение. Из-за своей сложной геометрии башня собирается из металлоконструкций, каждая из которых имеет единственно возможное место монтажа. Правильность сборки контролируется, в том числе с помощью BIM. Конструкции, поставляемые на площадку, имеют штрих-коды, связанные с BIM- моделью. Код детали однозначно указывает её место монтажа в общей конструкции.

Про петербургский супертолл строители говорят, что он – «ручной работы». Речь идёт об уникальности решений, а что касается труда – автоматизируют всё, что возможно. Например, для возведения ядра используют систему «скользящей» (автоматизированной) опалубки.

Опалубка – это форма для бетонирования, образованная двумя рядами щитов, пространство между которыми – будущая стена ядра. Бетон заливается между щитами и застывает.

Обычную опалубку нужно раскреплять, переставлять на новое место и собирать заново – гигантская потеря времени и производительности. А автоматическая по мере заливки бетона «передвигается» с помощью гидравлических домкратов.

Подобные самопередвижные инструменты на лахтинской стройке очень любят. По сходному принципу работает ветрозащита на башне – её панели скользят вслед за опалубкой. К «шагающим» механизмам относится кран в ядре башни – первый такого рода в Петербурге.