CC BY
31Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
High-rise construction
УДК 699.86
Н.П. УМНЯКОВА, канд. техн. наук (n.umniakova@mail.ru), И.Н. БУТОВСКИЙ, канд. техн. наук, А.А. ВЕРХОВСКИЙ, канд. техн. наук, А.Г. ЧЕБОТАРЕВ, инженер
НИИСФ РААСН (127238, г. Москва, Локомотивный пр., 21)
Требования к теплозащите наружных ограждающих конструкций высотных зданий
На состоявшемся 5-7 октября 2016 г. в Екатеринбурге Международном форуме высотного и уникального строительства «100+ FORUM RUSSIA» обсуждались проблемы проектирования высотных зданий и уникальных сооружений. На этом мероприятии НИИСФ РААСН организовал и провел два круглых стола «Строительная физика высотных и уникальных зданий» и «Особенности проектирования фасадных систем и светопрозрачных конструкций высотных и уникальных зданий». Одним из вопросов на этих мероприятиях было представление и обсуждение разделов, посвященных тепловой защите наружных ограждающих конструкций высотных зданий, изложенных в новой редакции СП «Здания и комплексы высотные. Нормы проектирования».
Ключевые слова: высотное здание, тепловая защита, сопротивление теплопередаче, температура, удельная характеристика расхода тепловой энергии.
N.P. UMNYAKOVA, Candidate of Sciences (Engineering) (n.umniakova@mail.ru), I.N. BUTOVSKY, Candidate of Sciences (Engineering), A.A. VERKHOVSKY, Candidate of Sciences (Engineering), A.G. CHEBOTAREV, Engineer (lte@zavodlit.ru) NIISF RAACS (21, Lokomotivny Passage, 127238 Moscow, Russian Federation)
Requirements to Heat Protection of External Enclosing Structures of High-Rise Buildings
Problems of the designing of high-rise buildings and unique structures were discusses at the International Forum for High-Rise and Special Constructions "lOO+FORUM RUSSIA" which took place on 5-7 October 2016 in Yekaterinburg. During this event NIISF RAACS organized and conducted two round tables "Building Physics of High-Rise and Unique Buildings" and "Features of Designing of Facade Systems and Translucent Structures of High-Rise and Unique Buildings". One of the issues at these events was a presentation and discussion of topics devoted to the heat protection of external enclosing structures of high-rise buildings outlined in the new edition of SP "High-rise Buildings and Complexes. Designing Norms".
Keywords: high-rise building, heat protection, resistance to heat transfer, temperature, specific characteristic of heat energy consumption.
Здания, возвышающиеся над окружающей застройкой, в России строили с давних времен. Так, весной 1472 г. в Московском Кремле началось строительство Успенского собора, который должен был быть построен по образцу Владимирского Успенского собора, но превосходить его по высоте. Через два года, весной 1474 г., когда несущие стены храма были возведены и мастера приступили к возведению сводов, северо-западная часть собора обрушилась из-за недостаточной прочности несущих стен. Одной из предполагаемых причин снижения несущей способности стен было плохое качество примененного известкового раствора слишком жидкой консистенции. При раскопках во второй половине XX в. на поверхности кладки столбов были обнаружены подтеки, что подтверждает жидкую консистенцию известкового раствора, применявшегося при каменной кладке. Это обрушение явилось одной из первых предпосылок для формирования более высоких требований к конструкциям и качеству используемых материалов для строительства высотных зданий.
Возведенный Успенский Собор, имеющий высоту 55 м, стал главным собором Московского княжества. Он возвышался над окружающей застройкой и производил грандиозное впечатление как на жителей Москвы, так и на приезжающих в нее людей.
В 1600 г. в Московском Кремле при царе Борисе Годунове была сделана надстройка колокольни Ивана Великого до
12'2016 ^^^^^^^^^^^^^
высоты 81 м, после чего она стала самым высоким зданием в России до начала XVIII в.
В 1573 г. в селе Борисово Можайского района по указу тогда еще боярина Бориса Годунова был построен Борисоглебский храм высотой 74 м, а в 1599-1600 гг. он был достроен до высоты порядка 80 м. После смерти Годунова и длительного периода запустения в 1774 г. Борисоглебская церковь обвалилась, как бы молчаливо подтверждая тот факт, что без грамотной эксплуатации здания не могут существовать.
В 1839 г. был заложен Храм Христа Спасителя, который после окончания строительства в 1883 г. имел высоту 103 м. Достаточно активным периодом строительства высотных зданий в Москве были 1950-е гг.: 13 января 1947 г. Совет министров СССР принял Постановление «О строительстве в Москве многоэтажных зданий». И в период с 1947 по 1953 г. в Москве было построено семь высотных зданий, среди которых надо отметить жилой дом на Котельнической набережной высотой 176 м, вторую по высоте «высотку» - гостиницу «Украина» - 206 м (строительство в 1953-1957 гг.) и главное здание МГУ им. М.В. Ломоносова высотой 240 м.
Однако бум высотного строительства начался в конце 1990-х - начале 2000-х гг. В период с 2000 по 2013 г. в Москве построено более 30 зданий высотой более 100 м, в число которых входят башня «С» комплекса «Башня на Набережной» высотой 268 м (2007-2010 гг.), башня МФК «Го- 7
Высотное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
род столиц» высотой 302 м (2010-2013 гг.), Меркурий Сити Тауэр высотой 338,8 м (2013-2014 гг.), комплекс «Башня «Федерация»: башня «Восток» - 374 м. При проектировании и строительстве практически всех этих высотных зданий НИИСФ РААСН принимал активное участие, проводя работы по расчетам, испытаниям наружных ограждающих конструкций в климатических камерах, научно-техническому сопровождению строительства и др. Специалисты НИИСФ РААСН принимали участие в разработке Технических заданий на проектирование для таких зданий, как башня «Федерация», Меркурий Сити Тауэр, банк «Санкт-Петербург» и др. В результате за эти годы в институте был собран и проанализирован обширный материал по высотному домостроению.
Как известно, строительство зданий высотой более 100 м невозможно без правильно сформулированных требований к строительным конструкциям, материалам, системам инженерного обеспечения [1, 2]. Из-за отсутствия нужных нормативных документов при строительстве высотных зданий разрабатывались Специальные технические условия (СТУ), причем для каждого высотного здания свои.
Только в начале 2000-х гг. при участии НИИСФ РААСН были разработаны Московские территориальные строительные нормы МГСН 4.19-2005 «Многофункциональные высотные здания и комплексы», а чуть позже - нормы Санкт-Петербурга ТСН 31-332-2006 «Жилые и общественные высотные здания». Поскольку строительство высотных зданий велось в основном в Москве и Санкт-Петербурге, указанные территориальные нормы охватывали необходимые нормативные требования, предъявляемые к высотному домостроению в этих городах.
В 2007 г. на основании накопленного опыта НИИСФ РААСН первым в практике технического регулирования в России разработал Стандарт организации СТО 94584289002-2007 «Здания высотой свыше 150 м. Общие технические условия», в котором были сформулированы основные требования, предъявляемые к высотным зданиям, обеспечивающие их безопасность и надежность. После экспертизы документа в ТК 465 «Строительство» он был рекомендован для использования при разработке специальных технических условий на здания высотой более 150 м на территории Российской Федерации.
Постепенно строительство высотных зданий началось в других городах России: в Екатеринбурге в 2015 г. построена Башня «Исеть» высотой 209 м; в 2011 г. - высотное здание «Высоцкий» высотой 188,3 м; в 2010 г. - ЖК «Февральская революция» высотой 139,6 м; в Грозном в 2012 г. - ЖК «Феникс» высотой 145 м; в Самаре в 2014 г. - ЖК «Вилонов-ский» высотой 140 м; в Саратове в 2014 г. - ЖК «Елена» высотой 139,4 м и т. д.
Но, несмотря на огромный размах высотного домостроения, до настоящего времени отсутствовал нормативный документ федерального уровня, в связи с чем в 2015 г. была начата разработка нормативного документа СП «Здания и комплексы высотные. Нормы проектирования». В ходе этой работы НИИСФ РААСН разработал требования к тепловой защите высотных зданий и мероприятия по обеспечению санитарно-гигиенических и экологических требований [3].
В основу раздела «Тепловая защита высотных зданий» положены основные требования СП 50.13330.2012
«СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» [4, 5]. Назначение поэлементных требований тепловой защиты к наружным ограждениями производится в зависимости от климатических условий района строительства высотного здания, которые характеризуются градусо-сутками отопительного периода (ГСОП), оСсут, базирующимися на значениях средней температуры наружного воздуха оС, и продолжительности гОТ, сут/год, отопительного периода, принимаемыми по СП 131.13330 «Строительная климатология», и определяются по формуле ГСОП = — При этом все высотные здания при назначении требуемого сопротивления теплопередаче наружных ограждений дифференцированы по высоте на две группы: до 150 м и более 150 м. Для каждой из групп зданий назначается свой уровень тепловой защиты наружных ограждающих конструкций1.
Расчетную удельную характеристику расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию д 0т, Вт/(м3-°С) для высотных зданий устанавливают для соответствующих высот зданий не более нормируемых д Тр значений, принимаемых СП 50.13330 для помещений жилых зданий гостиниц, общежитий равными 0,29 Вт/(м3-оС), для офисов административных и помещений других общественных зданий 0,31 Вт/(м3-оС).
Если расчетная характеристика удельного расхода тепловой энергии д ОТ для проектируемого здания менее нормируемой величины д ОТ при меньших, чем R О5, значениях сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций Rо (за исключением светопрозрачных), то сопротивление теплопередаче наружных ограждений R о разрешается снижать, но не ниже минимальных значений R Ц™1, определяемых согласно табл. 11.1 разрабатываемого СП «Здания и комплексы высотные. Нормы проектирования».
В разрабатываемом СП «Здания и комплексы высотные. Нормы проектирования» представлены новые, более жесткие требования к светопрозрачным конструкциям для остекленных фасадов. Как известно, ранее в территориальных нормах для Москвы и Санкт-Петербурга для фасадов с процентом остекленных фасадных поверхностей более 18% для жилых и 25% для общественных зданий принималось, что R О5 для окон (кроме витрин, витражей, навесных светопрозрачных конструкций) должно быть не менее 0,56 м2оС/Вт, а приведенное сопротивление теплопередаче витрин, витражей, навесных конструкций должно быть не менее 0,65 м2оС/Вт. В связи с тем, что указанный нормативный документ предназначается для проектирования на всей территории РФ, данное требование было несколько изменено. Теперь для высотных зданий при площади остекления жилых помещений не более 18%, а общественных не более 25% нормируемое сопротивление теплопередаче светопрозрачных ограждений R О5, м2оС/Вт, должно приниматься по СП 50.13330; если площадь светопрозрачных ограждений превышает указанные значения, то R О5 должно быть не менее чем на 15% больше значений, принятых согласно табл. 3 СП 50.13330 для светопрозрачных конструкций.
Также при проведении теплотехнических расчетов в качестве расчетной температуры наружного воздуха в холодный период года °С, принимается средняя температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,98 по СП 131.13330 «СНиП 23-01-00* «Строительная климатология» с учетом понижения температуры на 1оС на каждые
8
1 При специальном обосновании допускается принимать различные уровни тепловой защиты здания по высоте.
12'2016
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
High-rise construction
Нормируемые (в числителе) и минимально допустимые (в знаменателе) значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций
Функциональный тип помещений Высота здания, м Градусо-сутки Нормируемые Л"1™ / минимально допустимые Romln, м2-°С/Вт
отопительного периода (ГСОП), °С-сут (год) Стен Покрытий и перекрытий над проездами Перекрытий чердачных над неотапливаемыми подпольями и подвалами
2000 2,16/1,36 3,3/2,64 2,88/2,3
4000 2,88/1,81 4,33/3,46 3,81/3,05
от 76 6000 3,61/2,27 5,36/4,29 4,74/3,79
до 150 8000 4,33/2,73 6,39/5,11 5,67/4,54
10000 5,0/3,15 7,42/5,94 6,59/5,27
Жилые (квартиры и 12000 5,77/3,64 8,45/6,74 7,52/6,02
номера гостиниц) 2000 2,37/1,49 3,62/2,9 3,16/2,53
4000 3,16/1,99 4,75/3,8 4,18/3,34
свыше 6000 3,96/2,49 5,88/4,7 5,2/4,16
150 8000 4,75/2,99 7/5,6 6,22/4,98
10000 5,54/3,49 8,14/6,51 7,23/5,78
12000 6,33/3,99 9,27/7,42 8,25/6,6
2000 1,85/1,17 2,47/1,98 2,06/1,65
4000 2,47/1,56 3,3/2,64 2,78/2,22
от 76 6000 3,09/1,95 4,12/3,3 3,5/2,8
до 150 8000 3,71/2,34 4,94/3,95 4,22/3,38
10000 4,33/2,73 5,77/4,62 4,94/3,95
Административные (офисы) и другие общественные 12000 4,94/3,11 6,59/5,27 5,67/4,54
2000 2,03/1,28 2,71/2,17 2,26/1,81
4000 2,71/1,71 3,62/2,9 3,05/2,44
свыше 6000 3,39/2,16 4,52/3,62 3,84/3,07
150 8000 4,07/2,56 5,42/4,34 4,63/3,7
10000 4,75/2,99 6,33/5,06 5,42/4,34
12000 5,42/3,41 7,23/5,78 6,22/4,98
100 м. В связи с тем, что температура наиболее холодной пятидневки при обеспеченности 0,98 стала несколько ниже по сравнению с обеспеченностью 0,92, изменилось и требование к температуре на внутренней поверхности светопроз-рачных ограждений. Согласно новому СП «температура на внутренней поверхности светопрозрачного заполнения должна быть не ниже 0оС так, чтобы она обеспечивала отсутствие наледи на внутренней поверхности конструкций». Это в полной мере позволяет светопрозрачным конструкциям отвечать своему функциональному назначению без предъявления к ним завышенных требований.
Без изменений осталось обязательное условие, что перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности наружной ограждающей конструкции Дг, оС, должен быть не менее нормируемых значений Дгн, оС, приведенных в СП 50.13330.2012, за исключением светопрозрачных заполнений, а также условие, что температура внутренней поверхности ограждающей конструкции в зонах теплопроводных включений, в углах и оконных откосах, а также на зенитных фонарях должна быть не ниже температуры точки росы внутреннего воздуха при расчетной температуре и влажности воздуха согласно требованиям ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».
При оценке эксплуатационной надежности высотных зданий согласно новому СП расчет теплопотерь через ограждающие конструкции здания следует осуществлять:
- для пиковых нагрузок, учитывающих максимальные значения отрицательных температур (температура наиболее холодных суток по СП 131.13330) с учетом поправки на высоту здания), скорости ветра и вклада от ветровой на-
122016 ^^^^^^^^^^^^^
грузки на инфильтрацию/эксфильтрацию через ограждающие конструкции;
- для теплопотерь за отопительный период - с учетом среднемесячных наружных температур и скоростей ветра с учетом поправок по высоте.
Как известно, высотные здания являются объектами повышенной ответственности и надежности. В процессе их эксплуатации проведение любых ремонтных работ происходит на значительной высоте и часто бывает затруднено. Поэтому при проектировании высотных зданий необходимо использовать элементы и комплектующие ограждающих конструкций, долговечность которых должна составлять не менее 40-50 лет и быть подтверждена в результате испытаний в аккредитованных испытательных лабораториях, а также все заявленные эксплуатационные характеристики ограждающих конструкций высотного здания, в том числе светопрозрачных ограждающих конструкций, должны быть подтверждены в результате квалификационных испытаний в аккредитованных испытательных лабораториях для всего перечня заявленных параметров.
Особое внимание уделяется вопросу теплотехнических испытаний при вводе высотных зданий в эксплуатацию. На этом этапе следует предусмотреть тепловизионные и аэродинамические обследования здания для контроля его герметичности. Это позволит проверить качество монтажа, выявить места инфильтрации через примыкания витражных конструкций, оконных и дверных заполнений; выявить места с повышенной теплопроводностью, мостики холода и т. п.
Новый СП «Здания и комплексы высотные. Нормы проектирования» станет первым документом федерального уровня, в котором впервые в нашей стране усилиями большего количества специалистов: конструкторов, проекти-
- 9
Высотное строительство
------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Научно-технический и производственный журнал
ровщиков, архитекторов, специалистов по строительной физике, инженерному оборудованию зданий и компьютерному моделированию разработан комплекс требований, необходимых для проектирования высотных зданий на территории Российской Федерации.
Список литературы
1. Травуш В.И., Зенин С.А., Конин Д.В., Назаров Ю.П., Одесский П.Д., Попов Н.А., Соколов Б.С., Шулятьев О.А., Шулятьев С.О. К общественному обсуждению глав нового свода правил «Здания и комплексы высотные. Правила проектирования», посвященных проектированию несущих конструкций // Промышленное и гражданское строительство. 2016. № 3. С. 31-37.
2. Николаев С.В., Травуш В.И., Табунщиков Ю.А., Колуб-ков А.Н., Соломанидин Г.Г., Магай А.А., Дубынин Н.В. Нормативная база высотного строительства в России // Жилищное строительство. 2016. № 1-2. С. 3-7.
3. Умнякова Н.П., Бутовский И.Н., Чеботарев А.Г. Особенности теплотехнического проектирования высотных зданий в соответствии с требованиями СП 50.13330.2012 «СНИП 23-02-2003 Тепловая защита зданий» // БСТ: Бюллетень строительной техники. 2016. № 6 (982). С. 62-64.
4. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. М.: АВОК-ПРЕСС, 2006. 226 с.
5. Гагарин В.Г., Козлов В.В. Требования к теплозащите и энергетической эффективности в проекте актуализированного СНиП «Тепловая защита зданий» // Жилищное строительство. 2011. № 8. С. 2-6.
References
1. Travush V.I., Zenin S.A., Konin D.V., Nazarov Yu.P., Odesskii P.D., Popov N.A., Sokolov B.S.. Shulyat'ev O.A., Shulyat'ev S.O., To public discussion of chapters of the new set of rules «Buildings and complexes high-rise. Rules of design», the bearing designs devoted constructions. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2016. No. 3, pp. 31-37. (In Russian).
2. Nikolaev S.V., Travush V.I., Tabunshchikov Yu.A., Kolub-kov A.N., Solomanidin G.G., Magai A.A., Dubynin N.V. The regulatory base of high-rise construction in Russia. Zhilishchnoe stroitel'stvo [Housing Construction]. 2016. No. 1-2, pp. 3-7. (In Russian).
3. Umnyakova N.P., Butovskii I.N., Chebotarev A.G. Features of heattechnical design of high-rise buildings according to requirements of the set of rules 50.13330.2012 «Construction Norms and Regulations 23-02-2003 Thermal protection of buildings». BST: Byulleten' stroitel'noi tekhniki. 2016. No. 6 (982), pp. 62-64. (In Russian).
4. Fokin K.F. Stroitel'naya teplotekhnika ograzhdayushchikh chastei zdanii. [Building heat engineering of enclosing parts of buildings.] Moscow: ABOK-PRESS, 2006. 226 p.
5. Gagarin V.G., Kozlov V.V. Requirements for thermal performance and energy efficiency in the project actualized SNiP «Thermal protection of buildings». Zhilishchnoe stroitel'stvo [Housing Construction]. 2011. No. 8, pp. 2-6. (In Russian).
HB BBBBBB BSBBBBBB BBBBBBB
КЛАССИЧЕСКИЕ НЕБОСКРЕБЫ В МОСКВЕ
Neva Towers обладает уникальным расположением: он находится на обособленной территории относительно основного массива «Москва-Сити», благодаря чему из панорамных окон комплекса будут открываться захватывающие виды на все стороны света, в том числе уникальный московский Сити. Neva Towers — первый проект в «Москва-Сити», чей образ напоминает классические нью-йоркские небоскребы в современном прочтении. Архитектор С. Чобан выполнил фасады в стекле в сочетании с ламелями из светлого камня, которые подчеркивают монументальность здания.
Комплекс образован двумя зданиями, объединенными общим стилобатом. Высота башен - около 290 и 338 м (63 и 77 этажей). Площадь участка Neva Towers - 2,41 га. Общая площадь комплекса составляет 349,2 тыс. м2. Основная функция проекта - жилая. Апартаменты передаются покупателям в состоянии «white box», т. е. полностью готовыми для укладки финишных отделочных материалов и реализации индивидуального дизайна. Всего в комплексе будет расположено 1210 апартаментов, площадь которых варьируется от 60 до 300 м2. В состав Neva Towers также входят офисные пространства и торговая галерея. Офисы займут только 28 этажей одной из башен. Паркинг насчитывает 2040 машино-мест.
По мнению руководителя архитектурного бюро SPEECH Сергея Чобана, в «Москва-Сити» с избытком хватает высотных доминант, которые могут похвастаться экстравагантными формами и силуэтами, но еще не было башен, спроектированных в традиции исторических небоскребов, в облике которых легкость стекла и массивность натурального камня дополняют друг друга. В Neva Towers роскошный вид из окон сочетается с ощущением солидного каменного дома, который будет стоять века. При этом важно, что комплекс спроектирован с учетом всех самых современных запросов и требований, обеспечивая будущим жильцам комфорт проживания.
Для жителей Neva Towers будут доступны панорамный бассейн в частном парке на крыше четырехэтажного стилобата, фитнес-клуб со спа и ха-мамом, сквош-корты, виртуальный гольф, кинозал, музыкальная и караоке студии, зал для индивидуальных занятий. Широкий набор сервисов, частный парк, доступный только для собственников апартаментов Neva Towers,
просторный сквер, который сравнится по площади со стадионом, сделают Neva Towers самым «зеленым» многофункциональным комплексом в центре Москвы: его проектирование и строительство осуществляются по стандартам LEED (лидерство в энергетическом и экологическом проектировании) Американского совета по экологическому строительству. Проект заявлен на получение LEED GOLD сертификата.
В настоящее время возводятся 21-й - 22-й этажи 77-этажной башни. Построено более 50% конструкций в подземной части комплекса. Проект планируется завершить во втором квартале 2019 г., одновременно с окончанием строительства делового центра «Москва-Сити» и реконструкции набережных Москвы-реки в этом районе города. Инвестиции в проект составят более 1 млрд долл. США.
Neva Towers - предпоследний строящийся адрес в ММДЦ «Москва-Сити», логично завершающий формирование уникальной системы, где сконцентрировано огромное количество площадей для жизни и бизнеса. Застройщик объективно оценил интерес целевой аудитории к проекту, грамотно определил ценовую политику и концепцию реализации апартаментов. Спрос на апартаменты в Neva Towers генерируется исключительными условиями предложения, актуальными для рынка площадями лотов и конкурентными ценами, которые в 1,5 раза ниже среднерыночных в этой локации. Проект имеет серьезный инвестиционный потенциал: в течение трех лет прогнозируется увеличение стоимости апартаментов на 60-80%. Neva Towers не имеет прямых аналогов на рынке Москвы, это одно из самых заметных и знаковых предложений на столичном рынке недвижимости.
По материалам пресс-службы Renaissance Development
10
122016
