Анатомия здания: Между небом и землей

Самые высокие в истории темпы миграции из сел в города обусловливают высокую плотность застройки в странах Азии. Для этого региона небоскребы стали не просто самым естественным решением проблемы жилищного дефицита, но и стимулом к созданию все более причудливых современных силуэтов. Один за другим в Азии возникают шедевры мирового высотного зодчества.

Город и его символ

Шанхай нередко называют городом ста небоскребов. Особенно быстро он стал развиваться с основанием здесь в 1990-е гг. финансово-торговой зоны Луцзяцуй в деловом районе Пудонг. Раскинувшаяся на берегу реки Хуанпу, которая делит Шанхай на восточную и западную половины, она напоминает некий футуристический город. Именно здесь в прошлом году было построено самое высокое в Азии здание – 492-метровый Шанхайский всемирный финансовый центр (Shanghai WFC).

Шанхайский всемирный финансовый центр, расположенный в зоне Луцзяцуй, – это уникальное сочетание творческого архитектурного подхода и новых строительных технологий. Это многофункциональное здание высотой 492 м (101 этаж) очень удачно расположено: оно находится на расстоянии 40 км от международного аэропорта Пудонг, а также в 12 км от центрального железнодорожного вокзала Шанхая. По окончании строительства этот небоскреб был признан Всемирным советом по высотным зданиям и городской среде (Council on Tall Buildings and Urban Habitat, CTBUH) лидером в мировом рейтинге высотных зданий по двум из четырех действующих категорий – «Высота последнего эксплуатируемого этажа» (474 м) и «Высота верхнего уровня крыши» (487 м). Здание Shanghai WFC было удостоено престижной награды CTBUH-2008 как лучшее высотное здание на Азиатском континенте и стало абсолютным чемпионом среди зданий-победителей. Официальное открытие здания Shanghai WFC состоялось 28 августа 2008 г.

Шанхайский всемирный финансовый центр призван стать символом нового города. Устремленный ввысь многофункциональный комплекс будет отображать статус Шанхая, символизировать выход Китая на мировую арену. Именно сюда будут съезжаться многочисленные посетители со всего мира, здесь можно будет не только проводить эффективные переговоры, но и просто отдыхать в кругу близких и единомышленников.

По замыслу архитекторов здание Shanghai WFC представляет собой прямоугольную призму со стороной 58 м, которую пересекают две размашистые дуги. При таком плане здание имеет шестигранную форму, которая динамично трансформируется, постепенно убывая по конусу, и в наивысшей точке (492 м) сливается в единую диагональную линию. «Мы хотели построить здание, которое отражало бы старый как мир диалог между небом и землей в контексте национальной культуры», – говорит партнер архитектурного бюро Kohn, Pedersen & Fox (KPF) Уильям Педерсен.

С открытием комплекса Shanghai WFC этот диалог не только не закончен, но и весьма активно продолжается. В недалеком будущем на прилегающем к зданию Shanghai WFC участке будет разбит общественный парк, куда можно будет попасть прямо из торговой галереи комплекса.

Здание Shanghai WFC многофункциональное, это настоящий вертикальный город. В нижних уровнях – магазины и рестораны, 62 этажа занимают офисные площади, а в верхнем уровне, на 79–93-м этажах, разместился самый высотный в мире отель – 5-звездочный Park Hyatt Hotel на 174 номера. В самом верхнем уровне (с 94-го по 100-й этаж) работают смотровая площадка и обсерватория.

Долгострой:

в поисках лучших решений

Откровенно говоря, здание Shanghai WFC могло бы никогда не прославиться, повторив судьбу классического долгостроя. Девелопер – японская компания Mori Building Company – и архитектор-проектировщик – международная компания KPF – приступили к проектированию комплекса еще в 1993 г. Завершив свою миссию – предварительное проектирование строительных конструкций, – американская компания Ove Arup & Partners передала полномочия (за исключением архитектурной части) японской компании Shimizu Corporation.

К 1995 г., после проведения тендера, были завершены установка свай и разработка пакета строительных конструкций. В ходе подготовки к проведению тендера на поставку стальных конструкций в компанию Leslie E. Robertson Associates (LERA) поступило предложение от компании Nippon Steel, выгодно отличавшееся от всех прочих по цене и срокам. На тот момент LERA завершила проектирование строительных конструкций в объеме, достаточном для проведения тендера. Однако реализация проекта была приостановлена.

В 1999 г., по завершении установки фундаментных свай, было принято решение увеличить высоту здания с 460 до 492 м, а размер основания – с 55,8 до 58 м. Внешний вид здания в целом остался без изменений.

На минимальном расстоянии друг от друга было забито около 200 висячих свай (на расстоянии до 78 м от башни). В выполненных из стальных труб сваях с бетонным заполнителем использовались многоразовые наголовники. Сваи спиливались по предполагаемому уровню нижней отметки плиты основания (-17,5 м).

Когда работа над проектом возобновилась, девелопер – Mori Building Company обратилась в компанию LERA за помощью в разработке альтернативной конструкции, отличной от представленной в исходной строительной документации. Девелопер хотел снизить стоимость укрепления (армирования) существующих свайных сооружений. Специалисты LERA пришли к выводу, что установленное свайное основание может выдержать здание большего размера. Однако это было возможно только за счет снижения исходного веса здания более чем на 10%, а также за счет перераспределения нагрузки на свайные сооружения таким образом, чтобы конструкция могла выдержать увеличение поперечных (боковых) ветровых и сейсмических нагрузок.

В ходе проектирования здания было особенно важно достичь оптимизации формы и функциональности здания, так как это позволило интегрировать структуру, механические системы и оболочку в повторяющиеся через каждые 13 этажей модульные системы. Это позволило облегчить процесс производства и монтажа комплектующих и, в свою очередь, сократить время строительства объекта, избежать перерасхода строительных материалов и повысить эффективность конструкции.

Внешняя простота форм здания Shanghai WFC контрастирует с хитросплетением инженерных сетей внутри. Вместе с тем именно такое сочетание является оптимальным: подобные формы и конструкции могут быть легко адаптированы к появляющимся в ходе строительства новым принципиальным требованиям, а также к возможным изменениям потребностей арендаторов здания.

Новая система конструкций

Снижение веса строящегося здания планировалось главным образом за счет уменьшения толщины бетонных стен его центрального ствола. Это обеспечивалось путем сокращения ветровых и сейсмических поперечных (боковых) нагрузок на эти стены. Решение состояло в значительном повышении жесткости системы сопротивления поперечным нагрузкам стены, расположенной по периметру здания (периметральной стены), а также снижении жесткости бетонных стен центрального ствола здания.

LERA также решила отказаться от исходной идеи застройщика – периметрального каркаса (жесткий пространственный каркас Виренделя) и обратиться к проекту 1995 г., предусматривавшему каркас с диагональными связями жесткости и добавочными опорными фермами. Таким образом, KPF, LERA и Mori Building Company сообща работали над внедрением новой системы строительных конструкций в существующую архитектурную форму. В целом изменения позволили снизить толщину стен жесткости центрального ствола здания со стояками инженерных сетей, а также вес стальных конструкций периметральных стен. Дальнейшее снижение было обеспечено за счет использования опорных ферм, соединенных с колоннами мегаконструкции.

Мегаконструкция

Для обеспечения сопротивляемости тайфунным (ураганным) ветровым, а также сейсмическим нагрузкам были предусмотрены три параллельные и взаимосвязанные системы строительных конструкций: мегаконструкция, состоящая из главных структурных колонн, раскосов и поясных ферм, бетонные стены жесткости центрального ствола здания со стояками инженерных сетей и взаимосвязь между бетонными стенами и мегаколоннами, которая обеспечивается за счет опорных ферм.

В результате новая система конструкций позволила сократить стоимость всего проекта, а также сроки строительства.

KPF удалось выгодно использовать существующие опорные фермы, успешно внедрив их в архитектурный дизайн верхних этажей со смотровыми площадками.

В целях улучшения качества офисных помещений новая система строительных конструкций предусматривала уменьшение периметрального каркаса каждого из четырех ортогональных фасадов: вместо 17 широких колонн жесткого каркаса осталось не более трех узких колонн. Таким образом, по ширине двух наклонных фасадов предусмотрена установка одной узкой колонны либо вообще не предусмотрено колонн. Это создает у посетителей и арендаторов здания ощущение необыкновенного простора и дает возможность любоваться великолепными видами Шанхая.

Мегаконструкция едва ощутимо улавливается за фасадом здания. В соответствии с архитектурной концепцией она покоится на массивном каменном основании, создавая ощущение прочности и стабильности. С другой стороны, архитектурная форма может похвастаться изысканной элегантностью. Именно такого эффекта и добивались KPF и Mori Building Company.

Раскосы и колонны

Раскосы мегаконструкции выполнены из сварных коробов стальных конструкций. В свою очередь, стальные короба заполнены бетоном, что обеспечивает повышенную жесткость, нелинейную статическую работу конструкций и конструкционное демпфирование. Кроме того, в укрепленных анкерами верхних частях здания бетон используется для защиты тонких стальных пластин раскосов от прогибов.

Колонны мегаконструкции выполнены из стальных конструкций и железобетона. В точке соединения мегараскосов с колоннами размер стальных колонн должен обеспечивать полный перенос вертикальной составляющей нагрузки раскосов на комбинированные колонны. Выше и ниже данной точки соединения размер стальной колонны уменьшается. Вне зоны передачи нагрузки стальными колоннами на бетон прочность колонн должна позволять выдерживать только монтажную нагрузку находящегося сверху стального каркаса, соответствуя СНиПам.

В нижней части здания комбинированные колонны имеют внушительный размер. Стальная арматура диаметром не менее 50 мм (максимальный размер) объединена в группы по четыре стержня в каждой.

Таким образом, следуя своей философии и руководствуясь положительным опытом, LERA спроектировала здание Shanghai WFC так, чтобы оно смогло выдержать одновременное обрушение сразу множества элементов конструкции.

В частности, на всех этажах внезапное удаление малых периметральных колонн не приведет к непропорциональному разрушению общей конструкции. Удаление элементов периметральной поясной фермы также не вызовет непропорционального разрушения. Подобный эффект наблюдается и при внезапном удалении стальных конструкций центрального ствола здания.

С учетом ветровых

и сейсмических нагрузок

В целях возможно более полного соответствия здания Shanghai WFC устойчивости к ветровым нагрузкам был проведен детальный анализ ветрового климата Шанхая. Кроме того, компания Alan G. Davenport Wind Engineering Group провела целую серию испытаний в аэродинамической трубе, включая испытания равновесия сил, для определения прочности конструкции и динамических характеристик (уровень комфорта находящихся в здании людей); испытания давлением для расчета статического и динамического давления, а также давления всасывания на фасад (для проектирования фасада); экологические испытания (для определения силы ветра на улице и во дворах) и аэроэластические испытания для определения нагрузок на конструкцию и динамических характеристик.

Огромное внимание было уделено испытаниям на сейсмоустойчивость: были проведены спектральные исследования динамических характеристик, временные исследования (рассматривалось шесть временных периодов) и исследования нелинейной статической предельной прочности.

Высокое гостеприимство

Со дня торжественного открытия здания Shanghai WFC прошло немногим больше полугода, но интерес к нему не уменьшается. И неудивительно: здесь функционирует самая высотная обсерватория и самый высотный отель Park Hyatt Shanghai, занимающий с 79-го по 93-й этаж небоскреба. В отеле 174 номера – самые большие (55–60 кв. м) в городе. Ванные комнаты оборудованы зеркалами со встроенным ЖК-телевизором, двойными раковинами, глубокой ванной и просторной душевой. Каждый сьют оснащен небольшой зоной отдыха, позволяющей проводить SPA-процедуры прямо в номере.

Интерьеры гостиницы выполнены нью-йоркским дизайнером Тони Чи в духе современного китайского дома.

На 87-м этаже Шанхайского всемирного финансового центра расположилась просторная столовая (dining room) с европейской кухней, где для гостей отеля сервируются завтраки, обеды и ужины. На этом же уровне находится гостиная (living room), где в течение всего дня подаются легкие закуски европейской и китайской кухни; здесь же чайная комната и бар с широким ассортиментом классических коктейлей.

На 91–93-м этажах здания располагается 100 Century Avenue – 3-этажный ресторан, из окон которого открывается панорамный вид на город. Просторное пространство первого уровня включает три открытые кухни, где искусные повара готовят блюда прямо на глазах у посетителей, превращая процесс готовки в настоящее шоу. Гости могут воспользоваться комбинированным меню из всех трех представленных здесь кухонь – европейской, китайской и японской либо отдать предпочтение одной из них. На втором уровне находятся бары, а на третьем – банкетная зона Sky Residences, тоже самая высотная в мире.

Современный отель немыслим без банкетных и конференц-залов. На 86-м этаже здания функционируют конференц-залы, а также восемь банкетных залов и переговорных комнат для организации встреч на высшем уровне.

Однако главным достижением команды Shanghai WFC является то, что верхние этажи небоскреба доступны для жителей и гостей Шанхая. В семи верхних этажах комплекса разместилась обсерватория, а смотровые площадки на 97-м и 100-м этажах открывают посетителям живописные виды города. «Мы бесконечно рады, что верхние 80 м небоскреба стали общедоступными», – отмечает Уильям Педерсен.

Доступная высота

Шанхайский всемирный финансовый центр – плод творческих усилий и вдохновенного труда сотен профессионалов. Все они преследовали общую цель – создать коммуникационный центр, где люди будут встречаться и общаться, делиться идеями, давать жизнь новым знаниям, новой культуре и примерять на себя новые ценности.

Хотя здание задумывалось в годы, когда об энергосберегающих технологиях могли только мечтать, авторам проекта удалось существенно сократить расход строительных материалов и предотвратить возможные потери энергии в ходе эксплуатации здания. «Помимо функциональности «зеленые» аспекты устанавливают новые эстетические стандарты в сфере высотного строительства, это эстетика устойчивого развития, – рассуждает исполнительный директор CTBUH Энтони Вуд. – Хотя мы и наблюдаем рост влияния устойчивого развития как на форму, так и на выразительность высотных зданий, мы еще только в самом начале осознания бескрайних возможностей, которые открывают энергосберегающие и инновационные технологии для совершенствования внешнего вида и функциональности высотных зданий».