Как строились небоскребы.

Процесс строительства

Каждый небоскреб представляет собой уникальное сооружение, спроектированное в соответствии с физическими ограничениями, налагаемыми такими факторами, как геология и климат, отвечающее потребностям арендаторов и эстетическим целям владельца и архитектора. Строительный процесс для каждого здания также уникален. Следующие шаги дают более детальное представление о наиболее распространенных методах строительства.

Подструктура

Шаг 1.

Строительство обычно начинается с рытья котлована, который будет удерживать фундамент. Глубина котлована зависит от глубины залегания горной породы и количества цокольных этажей в сооружении. Для устранения перемещения окружающего грунта и изолирования воды вокруг участка фундамента, перед выкапыванием котлована может быть возведено перекрытие. Это делается путем рытья глубокой, узкой траншеи по периметру планируемого карьера; по мере рытья траншеи она заполняется шламом (водянистая глина), чтобы предотвратить обрушение ее стен. Когда отрезок траншеи достигает желаемой глубины, в него опускается сепаратор из арматурной стали. Затем в траншею закачивается бетон, вытесняя более легкий наполнитель. Суспензия собирается и снова используется на других участках траншеи.

Шаг 2.

В некоторых случаях горная порода залегает близко к поверхности. Почва на верхней части скальной породы удаляется, а поверхность скальной породы удаляется в объеме, достаточном для создания гладкой, ровной платформы, на которой будет возведен фундамент здания. Опоры (отверстия, в которые крепятся опорные стойки здания) подвергаются дробеструйной обработке или сверлению в горной породе. В фундамент укладываются стальные или железобетонные колонны.

Шаг 3.

Если горная порода лежит очень глубоко, сваи утапливаются в грунт до тех пор, пока они не будут засыпаны в горную породу. Один из методов заключается в забивке стальных свай на место путем многократного падения тяжелого груза на их вершины. Другой метод включает бурение шахт через грунт и в горную породу, установку стальных арматурных стержней, а затем заполнение шахт бетоном.

Шаг 4.

На опорные колонны укладывается фундаментная платформа из железобетона.

Надстройка и ядро

После начала строительства небоскреба обычно ведутся работы по нескольким этапам одновременно. Например, к тому времени, как высота опорных колонн достигнет нескольких этажей, рабочие начинают возводить этажи для нижних уровней. По мере того, как колонны поднимаются выше, бригады по укладке полов также перемещаются на более высокие этажи, а бригады отделочников начинают работать на самых низких уровнях. Перекрытие этих фаз не только позволяет наиболее эффективно использовать время, но и обеспечивает стабильность конструкции во время строительства.

Шаг 5.

Если в здании используются стальные колонны и поперечные балки, то каждая балка поднимается на место с помощью крана. Первоначально кран располагается на земле, а затем может быть установлен на самом высоком существующем уровне самого стального каркаса. Квалифицированные рабочие закрепляют или приваривают конец балки на месте (заклепки не используются с 1950-х годов). Затем балка обертывается изолирующей оболочкой, чтобы предотвратить ее перегрев и ослабление в случае пожара. В качестве альтернативы пожарной безопасности в некоторых зданиях, стальные балки состоят из полых труб; когда надстройка завершена, трубы заполняются водой, которая циркулирует непрерывно в течение всего срока службы здания.

Шаг 6.

Бетон часто используется для строительства ядра здания, а также может использоваться для строительства опорных колонн. Обычно используется так называемая "скользящая формовка". Деревянные формы необходимых размеров прикрепляются к стальной раме, которая соединена с подъемным механизмом, удерживающим вертикальный стержень. Рабочие готовят более высокую, чем деревянные формы, секцию арматуры из стали. Затем они начинают заливать формы бетоном. По мере заливки бетона подъемный домкрат медленно и непрерывно поднимает опалубку. Состав бетонной смеси и скорость подъема согласованы таким образом, чтобы бетон в нижней части опалубки располагался до того, как опалубка поднимется выше нее. Пока процесс продолжается, рабочие выдвигают арматурную стальную решетку, которая выходит над опалубкой, и добавляют удлинения к вертикальной штанге, которую захватывает домкрат. Этот метод позволяет возводить колонны без швов.

Шаг 7.

В здании со стальным каркасом полы сооружаются на слоях горизонтальных креплений. В других проектах зданий полы поддерживаются горизонтальными стальными балками, прикрепленными к ядру здания и/или опорным колоннам. Стальной настил (панели из тонкой гофрированной стали) укладывается на балки и сваривается на месте. Слой бетона, около 5-10 см выливается на настил, чтобы закончить пол.

Эмпайр Стейт Билдинг должен был положить конец конкуренции за самое высокое здание. Он должен был возвыситься на 102 этажа, в 381 м над улицами Манхэттена. Его разработчики Джон Раскоб ( John J. Raskob ) и Пьер Самуэль Дюпонт ( Pierre Samuel Du Pont ) вместе с бывшим губернатором Нью-Йорка Альфредом Э. Смитом ( Alfred E. Smith ) объявили в августе 1929 года о своем намерении построить самое высокое здание в мире. Они выбрали строительную фирму Starrett Brothers and Eken и архитектурную фирму Shreve, Lamb и Harmon для проекта с Уильямом Ф. Ламбом (William F. Lamb ) в качестве главного дизайнера. Снаружи здание выполнено из известняка и гранита, а вертикальные колонны из хромоникелевого сплава простираются от шестого этажа до верхнего. В здании было 67 лифтов и 6500 стеклянных окон, увенчанных мачтой для дирижаблей высотой 61 метр.

Эмпайр Стэйт Билдинг был построен 11 апреля 1931 года на 12 дней раньше срока и официально открыт 1 мая 1931 года. Здание занимало свое место в истории как самое высокое когда-либо построенное здание, и этот титул принадлежал ему более чем 40 лет. Лишь в 1972 году, когда были построены башни-близнецы высотой 411 метров Всемирного торгового центра превзошли Эмпайр Стейт Билдинг. Всемирный торговый центр, в свою очередь, был побежден в этой номинации в 1974 году башней Sears Tower в Чикаго, высота которого 443 м, стало самым высоким зданием в мире.

Экстерьер

Шаг 8.

В большинстве высоких зданий вес конструкции и ее содержимого несут опорные колонны и ядро здания. Наружные стены сами по себе лишь ограждают сооружение. Они строятся путем крепления панелей из таких материалов, как стекло, металл и камень, к каркасу здания. Обычно они крепятся болтами к угловым кронштейнам, закрепленным на перекрытиях или опорных стойках.

Отделка

Шаг 9.

Когда этаж здания огорожен внешними стенами, он готов к внутренней отделке. Сюда относится монтаж таких элементов, как электрические провода, телефонные провода, водопроводные трубы, внутренние стены, потолочные панели, сантехника, осветительные приборы и спринклерные системы пожаротушения. Она также включает в себя установку механических компонентов, таких как лифты и системы циркуляции воздуха, охлаждения и отопления.

Шаг 10.

После завершения строительства всей надстройки верхняя часть здания заканчивается установкой крыши. Она может быть построена почти как пол, а затем изолирован слоем резины или пластика, после чего покрывается устойчивым к атмосферным воздействиям слоем плитки или металла.

Контроль качества

При обеспечении контроля качества учитываются различные факторы. Из-за огромного масштаба небоскребов небольшая погрешность позиционирования основания будет очень сильно видна ближе к крыше здания. В дополнение к обычным геодезическим приборам для проверки размещения и выравнивания элементов конструкции могут использоваться такие необычные устройства, как датчики глобальной системы позиционирования (GPS) и авиационные приборы.

Датчики грунта вокруг стройплощадки используются для обнаружения любого непредвиденного движения грунта, вызванного строительными работами.

Побочные продукты/отходы

Выемка грунта из котлована и цокольного этажа требует удаления огромного количества грязи. Когда в начале 1970-х годов в Нью-Йорке были построены 110-этажные башни Всемирного торгового центра, более 765 тысяч кубометров грунта и пород было вывезено и сброшено в реку Гудзон для создания 95 100 м2 новой земли, на которой позднее был построен еще один небоскреб.

Будущее

В 1956 году американский архитектор Фрэнк Ллойд Райт объявил о планах строительства небоскреба высотой 1,6 км, в котором смогут работать 100 000 человек. В 1991 году другой американский архитектор, доктор Юджин Цуй, спроектировал 3220 м высокое здание, в котором будет обеспечено место для проживания, работы и отдыха для 1 000 000 человек. Хотя такие здания могут быть построены теоретически, в настоящее время они практически неосуществимы. Например, уровень комфорта человека ограничивает скорость лифта не более чем 915 м/мин. Для размещения 100 000 человек, работающих в предлагаемой Райтом структуре, количество лифтовых шахт занимало бы слишком большую часть площади здания.

Совершенствование лифтовой техники будет иметь важное значение для будущих проектов небоскребов. Самоходные, бесканатные лифтовые вагоны, которые движутся как горизонтально, так и вертикально, предлагаются, но находятся в стадии разработки.