Небоскребы: технологии, мониторинг, безопасность, кадры

Монолитное строительство

Возведение высотных сооружений - достаточно сложная комплексная задача. Оно требует и участия квалифицированных специалистов, и привлечения знаний из различных отраслей науки. Особые требования здесь выдвигаются к вопросам нормативно-правового обеспечения, безопасности, к качеству материалов и работ.

Все эти проблемы, в той или иной степени, затрагивались на научно-практической конференции "Высотное строительство", прошедшей в ноябре в рамках Второго Международного форума "Строительство городов. CityBuild-2010".

Технологический минимум

Современные технологии высотного строительства рассматривались на конференции в основном на примере комплексной инвестиционной программы "Новое кольцо Москвы", которая представляет собой одно из концептуальных направлений социально-экономического развития столицы. Как известно, программа эта включает строительство свыше 100 высотных комплексов разного функционального назначения. Это жилые дома, гостиницы, офисно-деловые центры общей площадью 6 - 8 миллионов квадратных метров.

Здания-комплексы будут относительно равномерно располагаться между Садовым кольцом и Московской кольцевой автодорогой, представляя доминанты муниципальных, микрорайонных и иных градостроительных образований. При реализации программы опережающими темпами должен быть выполнен комплекс работ по инженерному обеспечению высотных объектов.

Особое внимание при проектировании московских небоскребов должно уделяться рациональному использованию подземного пространства для создания автостоянок и объектов инфраструктуры, отметил в своем выступлении профессор МГСУ, член-корреспондент РААСН Александр Афанасьев.

Для зданий, имеющих глубокое заложение фундаментов, работы нулевого цикла расчленяются на подциклы, включающие ограждение котлованов, поярусную разработку грунта с устройством распорных систем или грунтовых анкеров; возведение фундаментных плит, свайно-плитных или коробчатого сечения оснований; производство работ по устройству несущих конструкций заглубленной части.

Состав проектов производства работ (ППР) предусматривает расчет и подбор средств механизации, разработку графиков производства работ, технологическую последовательность и совмещение процессов на основе поточных методов производства работ. При этом используется математическое моделирование взаимодействия технологических процессов с учетом сроков проведения всех необходимых мероприятий.

В зависимости от инженерно-геологических и гидрогеологических условий разрабатываются современные технологии для создания противофильтрационных завес и ограждений котлованов.

Для более полной оценки устойчивости ограждающих стенок котлованов используются аналитические методы расчета и программное обеспечение. Это, в сочетании с постоянным геотехническим мониторингом, позволяет оптимизировать технологии производства работ и снизить степень риска при их проведении.

Большого внимания, подчеркивает А. Афанасьев, в этом случае требует разработка стройгенпланов, которая должна предусматривать размещение грузоподъемных механизмов, технологической оснастки, зон складирования, заготовки арматуры и других технологических процессов. В практике строительства высотных зданий применяются башенные, приставные и самоподъемные краны, грузопассажирские подъемники, бетононасосный транспорт с распределительными стрелами и другое оборудование.

Особенности возведения каркаса надземной части небоскреба определяются его конструктивной схемой, плановыми габаритами и высотой. Для обеспечения поточного производства работ при создании технологических карт на возведение типовых этажей осуществляется разбивка здания на захватки, где по совмещенной схеме выполняются арматурные опалубочные работы, укладка и уплотнение бетонных смесей. При возведении высотных зданий самостоятельной захваткой могут служить ядра жесткости, которые возводятся с опережением на 1 - 2 и более этажей. При этом используются самоподъемные опалубочные системы, обеспечивающие возведение как наружных ядер жесткости, так и внутренних вертикальных конструкций лифтовых шахт и лестничных клеток.

Стоит также отметить, что при возведении каркаса зданий в зимнее время разрабатываются технологические регламенты на прогрев бетона до приобретения распалубочной прочности, устанавливаются температурный режим и интенсивность набора прочности.

Определяющим фактором при использовании высокопрочных бетонов является технология подачи, укладки, уплотнения и ухода за бетоном - как способ снижения деструктивных процессов и трещинообразования.

Возводятся высотки практически всегда на чудом выкроенном для этого "пятачке". Не случайно при возведении зданий в стесненных условиях городской застройки используется так называемый декель - ный метод строительства, в основу которого заложено совмещение технологических процессов возведения подземных и надземных частей зданий. Несмотря на технологические сложности при работе под перекрытиями, такое совмещение приводит к снижению общего срока производства работ и исключению процессов деформации заглубленных частей прилегающих зданий. При разработке данной технологии осуществляется математическое моделирование процессов путем использования одно - и двухканальных систем массового обслуживания, обеспечивающих оптимизацию подбора средств механизации и интенсивности технологических потоков.

Особое место при возведении высотных зданий отводится пооперационному контролю, инструментальному мониторингу всех технологических процессов, научному сопровождению и геодезическому контролю состояния объектов.

Строим - мониторим

Строительство высотных зданий и сооружений зачастую ведется на участках со сложными инженерно-геологическими условиями, здесь применяются большепролетные конструкции, подземные этажи и т. д. Все это провоцирует снижение эксплуатационной безопасности этих объектов, подчеркивает заведующий лабораторией N8 НИИЖБ Александр Сагайдак. Поэтому вопросам контроля технического состояния высоток необходимо уделять самое пристальное внимание.

Как замечает Виллен Фельдман, заместитель директора ООО "Тектоплан", к особо технически сложным и уникальным относятся объекты капитального строительства, в проектной документации которых предусмотрена хотя бы одна из следующих характеристик:

* высота более 75 метров или с пролетами более 100 метров, а также вылетами консолей более 20 метров;

* наличие более одного подземного этажа;

* использование конструкций и конструктивных систем, требующих применения нестандартных методов расчета с учетом физической или геометрической нелинейности, либо разработки специальных методов расчета, а также применяемых на территориях, сейсмичность которых превышает 9 баллов. Критерии отнесения объектов капитального строительства к сложным и уникальным предусмотрены Постановлением Правительства РФ от 1 февраля 2008 года N54.

С 2010 года распространяется на электронных носителях "Пособие по мониторингу технического состояния высотных и уникальных зданий и сооружений, в том числе с большепролетными конструкциями, геодезическими методами". Это пособие, составленное на основе отечественного и зарубежного опыта последних лет, содержит технические требования, методические указания, справочные материалы, а также примеры решения геодезических задач, наиболее часто встречающихся в практике мониторинга.

Специальный раздел пособия посвящен описанию автоматизированных систем контроля деформаций, основанных на геодезических методах измерения. Даются рекомендации по построению и составу автоматизированных систем контроля деформации для большепролетных конструкций на основе использования моторизированных электронных тахеометров. Приводятся примеры типовых схем размещения мест наблюдения за возможными деформациями, смещениями, изгибами, кренами конструктивных элементов зданий и сооружений, способы отображения результатов мониторинга, описания атмосферных метеоусловий, при которых наблюдения не рекомендуется выполнять.

Пока наиболее часто применяемое понятие обслуживания зданий включает в себя периодический осмотр, который обычно начинается с визуального контроля. Все более широкое распространение получают инструментальные, с высокой степенью автоматизации, методы мониторинга. Современные датчики и информационные технологии позволяют комплексно решать задачи наблюдения, которые можно реализовать с высокой степенью эффективности. Сегодня имеется возможность осуществлять инструментальный мониторинг сооружения непрерывно, дистанционно, с высоким уровнем гибкости.

Зона страха?

Безопасность людей во время чрезвычайных ситуаций, в частности при пожарах, является доминирующей среди проблем, связанных с возведением высотных зданий, отметил в своем выступлении Валерий Холщевников, доктор технических наук, профессор МГСУ. Причем таким образом складывается ситуация и у нас в стране, и за рубежом. Надо также иметь в виду, что если проблема сохранения здания как имущественной ценности относится к вопросам страхования и решается в каждом конкретном случае посредством соглашения между владельцем и страховой компанией, то сохранение жизни и здоровья людей, по смыслу Федерального закона "О техническом регулировании, - это ответственность государства.

Однако ни одна страна мира не имеет таких технических средств и сил, которые могли бы с абсолютной надежностью гарантировать безопасность длительного нахождения людей во время таких ситуаций, отмечает профессор Холщевников. Поэтому нормы всех государств предусматривают необходимость эвакуации людей из зданий в случаях ЧС. "Единственный способ осуществления такой эвакуации, если не имеешь средств защиты от опасности, в которые веришь, - убежать, удалиться от нее. Прежде всего от воздействий ее опасных факторов", - говорит профессор МГСУ.

В то же время в проектах высотных зданий, прошедших рассмотрение на Научно-техническом совете Москомархитектуры, сегодня отмечены крупные пробелы именно в плане обеспечения комплексной безопасности и антитеррористической защищенности этих объектов.

Президент ОАО "Новое кольцо" отмечает, в частности, что в проектах:

* не прорабатываются такие вопросы, как "маршруты и зоны эвакуации людей по прилегающей территории с учетом подъездных путей спецмашин и техники;

* во всех рассмотренных проектах количество, конструкции и расположение лестничных пролетов не отвечают требованиям по времени эвакуации людей в экстренных случаях;

* иногда расчеты времени для эвакуации людей даже не предоставляются.

"Несмотря на это, представленные к рассмотрению проекты высотных зданий уже утверждены! " - констатирует профессор

Холщевников. Это реальность, в которую реализуются благие пожелания.

Сложность эвакуации из высотных зданий определяется тем, что:

* тысячи людей находятся на чрезвычайно большом расстоянии от уровня земли - длина пути по лестнице может достигать километра и более; в то же время имеются данные, что даже при свободном движении люди испытывают усталость уже после пяти минут спуска; при спуске приблизительно с 18 этажа они уже "страдают от усталости";

* эвакуация продолжается несколько часов (тренировочная эвакуация 50-этажного здания заняла 12 минут, эвакуация из зданий Всемирного торгового центра в Нью-Йорке в 1993 году - 8 часов);

* пешеходная эвакуация одновременно со всех этажей здания ведет к образованию скопления людей с плотностью более семи человек на один кв. м на узких лестницах. Давление людей друг на друга достигает сотен килограммов. В итоге у них возникает компрессионная асфиксия - острый патологический процесс, развивающийся в результате нарушения дыхания, кровообращения и повреждения внутренних органов.

Можно ли избежать всех этих трагических последствий чрезвычайных ситуаций? Сегодня, говорит В. Холщевников, благодаря многолетним работам российских исследователей, установивших закономерности движения людских потоков, имеется возможность достаточно близко к действительности предвидеть, моделировать вероятное развитие процесса эвакуации людей в различных ситуациях. Однако они не используются в необходимой мере из-за безответственности многих инвесторов и низкой требовательности контролирующих органов. А проблема возможной необходимости срочной эвакуации сотен тысяч людей с "пятачка" их концентрации только, похоже, начинает осознаваться...

С нормами - нормально?

Каково же положение дел с нормативным обеспечением высотного строительства в столице? Как отмечает директор по научной деятельности ОАО ЦНИИЭП "Жилище", профессор Юрий Граник, на сегодня в Москве проведены конкурсы на строительство высоток общей площадью 700 тысяч квадратных метров. Разработано 140 проектов высотных зданий, строительство которых будет осуществляться в строгом соответствии с генпланом столицы. По заданию Правительства Москвы ЦНИИЭП "Жилище" (головная организация) совместно с рядом других организаций разработал МГСН 4. 19-2007 "Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в городе Москве", что обеспечило до введения соответствующих регламентов высотное строительство необходимой нормативной базой.

Структура этой работы включает такие разделы, как область применения, нормативные ссылки, основные положения, требования к участку и благоустройству, объемно-планировочным решениям, конструкциям, инженерным коммуникациям, в том числе лифтам, энергосбережению, противопожарным и санитарно-гигиеническим мероприятиям. Кроме того, в нормы впервые был включен раздел по комплексному обеспечению безопасности. Требования по ней включены также в другие разделы норм. Проблема безопасности являлась концептуальной при разработке МГСН. Нормы распространяются на отдельно стоящие или находящиеся внутри многофункциональных комплексов здания высотой более 76 метров.

В 2009 году выйдут Московские городские строительные нормы по высотному строительству, которые будут иметь статус постоянно действующих.

Кадровый "голод" начал удовлетворяться

Подготовка квалифицированных кадров для высотного строительства - пожалуй, ключевой вопрос для его будущего в столице и в России в целом.

В настоящее время на базе МГСУ совместно с ОАО "Новое кольцо Москвы" создана кафедра высотного строительства корпоративного строительного образования МГСУ.

С февраля по июнь 2010 года этой кафедрой проводилась целевая подготовка трех групп студентов по трем учебно-тематическим программам в объеме 100 часов каждая: "Проектирование высотных зданий", "Возведение высотных зданий", "Эксплуатация высотных зданий". По окончании подготовки 23 слушателя, успешно закончивших программу целевой подготовки, получили сертификаты.

В новом учебном году кафедра высотного строительства МГСУ планирует провести целевую подготовку 30 студентов пятого курса по названным выше программам. При этом программы будут увеличены до 150 часов каждая. Выпуск слушателей планируется в июле 2009 года.

Также планируется организовать повышение квалификации инженерно-технических работников проектных и строительных организаций, участвующих в программе высотного строительства в Москве. Первая группа в количестве 20 человек по направлению ОАО "Новое кольцо Москвы" начала занятия с октября 2010 года.

МГСУ подал заявку в Министерство образования РФ на осуществление целевой подготовки по новой специальности - "Строительство уникальных зданий и сооружений" - со сроком обучения шесть лет. Это было сделано в условиях перевода на двухуровневую систему подготовки (бакалавр - 4 года, магистр - еще 2 года), так как проектирование и строительство высотных зданий является сложной инженерной задачей, для решения которой четырех лет подготовки недостаточно.

Для совершенствования подготовки специалистов в области высотного строительства на базе МГСУ планируется также создать учебно-производственную лабораторию по аэродинамическим и аэроакустическим испытаниям моделей высотных зданий, оснащенную аэродинамической трубой и мастерской для изготовления макетов высоток.

***

Сегодня имеется возможность осуществлять инструментальный мониторинг высотного сооружения непрерывно, дистанционно, с высоким уровнем гибкости.

***

Проблема возможной необходимости срочной эвакуации сотен тысяч людей с "пятачка" их концентрации, похоже, только начинает осознаваться. Данные ученых не используются из-за безответственности многих инвесторов и низкой требовательности контролирующих органов.  Опалубка для профессионалов