CC BY
39
Комплексные испытания моделей
строительные науки фасадных систем при проектировании
строительные материалы уникальных высотных зданий
и конструкции А.Г. Чеботарев, Н.А. Фахри
НИИСФ РААСН
Существует мнение, что уровень развития страны определяется высотой строящихся зданий и длиной пролета мостов.
В настоящее время Россия в двух столицах — Москве и Санкт-Петербурге — развернула программу возведения уникальных высотных зданий, не имеющих аналогов в других городах нашей страны.
О Московском международном деловом центре «Москва-Сити» многое известно. Строительство этого уникального района широко освещается в прессе и других средствах массовой информации. Но, за исключением петербуржцев, далеко не многие в России и тем более за рубежом, знают о таком ультрасовременном проектируемом комплексе, как Общественно-деловой центр «Охта», строительство которого планируется в г.Санкт-Пе-тербурге в устье реки Охта.
Высотной доминантой этого проекта является башня высотой 396 метров, архитектурную концепцию которой предложили специалисты британской компании кМ.1М (рис.1).
НИИСФ РААСН в качестве ведущего научноисследовательского института и экспертного базового центра России по решению проблем строительной физики, долговечности и экологии строительной продукции, аккредитованный на проведение работ по научно-технической оценке технических условий и других нормативно-технических или методических документов на проектирование, стро-
Рисунок 1.
Общественно-деловой центр «Охта».
ительство и реконструкцию экспериментальных, многофункциональных зданий и сооружений, в том числе особо сложных, опасных и уникальных объектов капитального строительства, был подключен для осуществления научно-технического сопровождения при проектировании сложных фасадных конструкций еще на стадии предпроектных предложений для этого уникального здания, вызывающего споры среди российских архитекторов и проектировщиков как по его месту расположения в условиях сложившейся городской застройки, так и по выбору конструктивных решений фасадной системы.
Задача НИИСФ РААСН состояла в том, чтобы, получив объективные научные знания в ходе проведения комплексных испытаний элементов предлагаемой фасадной конструкции, адаптировать ее к условиям Санкт-Петербурга и без изменения архитектурной концепции предложить такие энергоэффективные технические решения, которые позволили бы создать один из архитектурных символов г.Санкт-Петербурга и России XXI века.
Алгоритм научно-технического сопровождения по проектированию здания башни был выбран с таким расчетом, чтобы охватить решение возникающих проблем на самых ранних стадиях проектирования фасадной конструкции, начиная от нормативного документа как основы для разработки проекта и его согласования в Главгосэкспертизе РФ, так и до составления технических условий на изготовление элементов фасадной конструкции и всей системы в целом.
Основой для разработки проектной документации, ее базисом, являлись такие документы, как ГОСТы, СНиПы, своды правил, в которых содержались конкретные технические параметры, определяющие надежность и безопасность любой конструктивной системы, в том числе зданий и сооружений. Однако после принятия Федерального закона от 27.12.2002 г. №184-ФЗ «О техническом регулировании» СНиПы, и своды правил по проектированию перешли из разряда обязательных к применению документов в рекомендуемые, что создало в Российской Федерации правовой вакуум при проведении государственной экспертизы проектов всех уникальных для России зданий высотой свыше 100 метров.
До 01.04.2008г. Главгосэкспертиза РФ, за исключением Мосгосэкспертизы, отклоняла представляемую на рассмотрение проектную документацию, ссылаясь на отсутствие нормативных технических документов, позволяющих оценить качество принимаемых технических решений.
В 2007 году НИИСФ РААСН, в соответствии с Федеральным законом от 27.12.2002 г. №184-ФЗ,
строительные материалы и конструкции
Рисунок 2.
Стандарт ОАО «Общественноделовой центр «Охта»
«Здания высотой свыше 150 метров. Общие технические условия».
был разработан нормативный документ — стандарт организации (СТО) «Здания высотой свыше 150 метров. Общие технические условия», который в дальнейшем был рекомендован Техническим комитетом 465 «Строительство» Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии для разработки специальных технических условий на здания высотой более 150 метров (рис.2).
Уникальность объектов строительства вообще и высотных зданий в частности основана на принимаемых конструктивных решениях и выразительном, а может, и исключительном, внешнем облике, делающим эти здания или сооружения непохожими на другие, например: здание главного корпуса МГУ на Воробьевых горах, Эйфелева башня в Париже, «Огурец» Swiss Re Нормана Форстера в Лондоне.
Фасад — не только архитектурное лицо современного высотного здания, но и сложная конструктивная система, определяющая и создающая безопасные и комфортные условия пребывания находящихся в здании людей. При проектировании и эксплуатации светопрозрачных ограждающих конструкций в качестве фасадных систем должны учитываться такие требования, как прочность, безопасность, долговечность, энергоэффективность применяемых материалов и изделий. А для того, чтобы уверенно перейти от архитектурной концепции к разработке рабочей документации на изготовление и монтаж фасадной конструкции, необходимо проведение комплексных испытаний, результаты которых как раз и позволят определить качественные и количественные показатели перечисленных выше требований, дающих возможность строительства объекта, отвечающего или превосходящего лучшие мировые образцы.
Именно по такому пути пошел НИИСФ РААСН, предлагая на основе анализа и сопоставления российских и зарубежных стандартов, нормативов и технических критериев, предъявляемых к фасадной конструкции здания башни ОДЦ «Охта», в случаях, когда есть несоответствия между ними, применять наиболее строгие требования.
С учетом этого была разработана комплексная программа испытаний натурных моделей фасадной конструкции и ее фрагментов на определение теплотехнических, прочностных характеристик, огнестойкости, долговечности, включая испытания на определение электрического сопротивления фасада и соединение с заземлителем (рис. 3, 4, 5, 6, 7, 8).
Комплексность этой программы состоит в том, что за короткий срок были проведены испытания образцов по всем показателям, характеризующим работу конструкции в реальных условиях эксплуатации будущего здания.
Основное внимание при этом было обращено на проведение теплофизических испытаний и испытаний по определению условного срока эксплуатации предложенной ограждающей конструкции.
Наличие в НИИСФ РААСН уникальной теплофизической камеры КТК-2007, не имеющей аналогов в Российской Федерации, позволяет выполнять работы по испытанию фасадных конструкций для высотных и уникальных зданий для всех климатических условий России.
Технические характеристики КТК-2007
— диапазон восприятия температуры: в «теплом» отделении от 18 0С
в «холодном» отделении от 0 0С до -450С
— нестабильность поддержания температуры не превышает + 1,0 0С;
— габаритные размеры, м 4,0 х 4,0 х 4,0;
— диапазон воспроизведения относительной влажности от 30% до 98%;
— нестабильность поддержания относительной влажности не превышает + 5,0%.
Одним из важнейших технических требований к элементам фасадной конструкции высотных зданий является долговечность, которая должна составлять не менее 50 условных лет эксплуатации.
Для оценки долговечности материалов, применяемых для конструкций здания, НИИСФ РААСН впервые в России разработал и внедрил оригинальные лабораторные методы, основанные на оценке изменений характерных показателей старения под воздействием циклических нагрузок, имитирующих влияние различных климатических факторов при эксплуатации изделий. Сущность этих методов зак-
ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО •ОБЩЕСТВЕННО-ДЕЛОВОЙ ЦЕНТР «ОХТА»
СТО 94584289-002-2007
СТАНДАРТ
ОАО “ОБЩЕСТВЕННО-ДЕЛОВОЙ ЦЕНТР “ОХТА’
ЗДАНИЯ ВЫСОТОЙ СВЫШЕ 150 МЕТРОВ
ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2007 г.
строительные материалы и конструкции
Рисунок 3. Фрагмент образца наружного слоя остекления с установленными датчиками температуры и теплового потока.
Рисунок 4. Испытания на сопротивление ветровой нагрузке, водонепроницаемость, воздухопроницаемость.
Рисунок 5. Испытания на определение предела огнестойкости.
Рисунок 6. Испытания на определение предела огнестойкости узлов примыкания.
Рисунок 7. Камера «соляного» тумана ВСХ2000 для испытаний на долговечность.
строительные материалы и конструкции
Рисунок 8. Универсальная испытательная машина Zwick 2005 и маятниковый копер Н1Т5Р для испытаний на долговечность.
лючается в проведении ускоренных лабораторных испытаний циклическими воздействиями переменных положительных и отрицательных температур, влажности, ультрафиолетового облучения и слабоагрессивных химических сред (растворов).
Для этого были разработаны методики проведения указанных испытаний, подготовлено стендовое испытательное оборудование для тестирования натурных экспериментальных моделей, специально изготовленных по разработанному и согласованному с заказчиком, управляющей компанией, генеральным проектировщиком, фирмой-изготовителем и испытательными центрами техническому заданию.
Осуществлялись постоянный контроль и координация работ по проектированию и изготовлению экспериментальных образцов, а также по транспортировке и монтажу этих изделий в испытательные центры.
Результаты данной работы позволили спроектировать и изготовить оптимальные модели фасадной конструкции, необходимые для проведения испытаний при моделировании условий эксплуатации здания башни в заданном районе строительства.
Успешное решение любой сложной инженерной задачи во многом возможно только при комплексном подходе, основанном на ранее накопленных знаниях, подкрепленных научными исследованиями и экспериментами.
Иллюстрацией этому может служить такой факт, что специалисты фирмы-изготовителя моделей фасадной конструкции башни, имеющей огромнейший опыт проектирования, изготовления и монтажа фасадных систем уникальнейших зданий в Европе, Азии, Австралии, Северной Америке, впервые столкнулись с российскими требованиями, более жесткими по сравнению с европейскими, особенно, что касается теплотехнических характеристик конструкции и долговечности применяемых материалов и изделий. И только результаты проводимых комплексных испытаний дают возможность определить правильность предлагаемых технических решений для климатических условий России и Санкт-Петербурга в частности.
Именно такой подход при определении принципиальных технических решений фасадных конструкций должен предшествовать работам по проектированию безопасных и комфортных уникальных зданий и сооружений.
Список литературы
1. Градостроительный кодекс РФ.
2. Федеральный закон от 27.12.2002 г. №184-ФЗ
«О техническом регулировании».
3. Приказ Минрегионразвития РФ от 01.04. 2008 г.
№36 «О порядке разработки и согласовании специальных технических условий для разработки проектной документации на объект капитального строительства».
4. Методика оценки долговечности алюминиевых
комбинированных профилей».
5.Методика определения сопротивления эксплуатационным воздействиям и оценки долговечности уплотнителей для светопрозрачных ограждающих конструкций из алюминиевых сплавов.
6.Методика определения сопротивления эксплуатационным воздействиям и оценки долговечности герметизирующих материалов для светопрозрачных ограждающих конструкций из алюминиевых сплавов.
