Многоэтажные здания возводятся во всех странах мира. Этажность колеблется в широких пределах, что затрудняет классификацию по этому параметру. В первом приближении это можно сделать следующим образом: здания нормальной этажности (до 20 этажей); повышенной этажности (до 50 этажей) и высотные (до 150 этажей).

Именно в высотном классе наиболее ярко выражены инженерно-строительные идеи и достижения человечества.

Пионером высотного домостроения стали США, где в 1883 году в Чикаго было впервые построено 20-этажное здание. Эстафету подхватил Нью-Йорк, где в районе Манхеттена последовательно были возведены 30-этажное здание Парк-Роу (1904), 47-этажное здание фирмы "Зингер" (1908) и 55-этажный небоскреб Вулворт (1913). После первой мировой войны этажность стремительно растет и достигает, с точки зрения европейца, фантастических высот. Рекорд легендарной Эйфелевой башни пал в 1930 г., когда было построено здание фирмы "Крайслер" высотой 319 м.
Знаменитый рекорд высоты, продержавшийся 44 года, установлен в 1931 г., когда на Манхэттене всего за 1 год и 40 дней выросло колоссальное здание Эмпайр-Стеит Билдинг высотой 381 м. Современники были потрясены его показателями: объем - 1 млн. куб.м, площадь - 262 467 кв.м, 51 лифт, 5 экспрессных зон, расход стали на клепаный каркас составил 58000 тн или 220 кг/кв.м. Манхэттен, таким образом, стал уникальным "заповедником" небоскребов, а США утвердили свой приоритет в высотном строительстве, регулярно демонстрируя миру новые достижения инженерной мысли при создании конструктивных схем и методов огнезащиты стальных каркасов высоток.

ЭВОЛЮЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ
Характерной особенностью высотных зданий в отличие от зданий нормальной этажности является существенное влияние горизонтальной ветровой нагрузи. Для обеспечения прочности и необходимой жесткости используются различные приемы; рамные, рамно-связевые, связевые и пространственно-связевые каркасные конструктивные схемы, а также бескаркасные с несущими стенами (см. схемы).

Первой была применена рамная каркасная конструктивная схема. Рамная конструктивная схема использована при возведении здания Мак Гроу-Хилл в США, здания на Смоленской площади в Москве и др. Рамная конструктивная схема обычно применяется в зданиях с мощными наружными стенами.

В начале 50-х широкое применение получили рамно-связевые и связевые каркасные системы с железобетонными диафрагмами и ядрами жесткости, что позволило перейти на систему навесных стен.

Сравнительно ограниченное применение рамного каркаса в настоящее время связано с низким уровнем унификации элементов рам, преобладанием ручных операций при создании "рамности" узлов. При этом рамный каркас налагает целый ряд ограничений на планировку сооружения, Поэтому он в большинстве случаев применяется в административных зданиях и, в единичных случаях, в жилых зданиях.

В 60-х была отработана идея конструктивного решения каркаса многоэтажных зданий с применением ферм или ригелей высотой в этаж, устанавливаемых как в одном уровне, так и шахматном порядке в двух смежных рамах, При строительстве стальных каркасов этой конструкции требуется на 40% меньше стали, чем при строительстве традиционных рамных каркасов.

Пример зданий с конструктивной схемой этого типа - гостиница "Россия" в Москве, где балки-стенки расположены в одном уровне в крайних пролетах трехпролетной рамы, каркаса. Балки высотой в этаж применены в каркасе 16-этажного здания Дома народных художественных промыслов в Киеве.

В зарубежной практике высотного строительства наиболее интересными являются связевые системы зданий "Касумигасеки Косо" в Японии и гостиницы "Кейа Плаза" о этих зданиях применены плоские диафрагмы с вертикальными прорезями. Этим самым увеличивается почти в 10 раз податливость связевой системы на сдвиг, чем снижается уровень сейсмических нагрузок.
В двух жилых 64-этажных домах-башнях Марина-Сити в Чикаго, административных 40-этажных зданиях КВС в Нью-Йорке и концерна "Юнилевер" в Гамбурге применены связевые пространственные системы различной формы в плане - круглые, прямоугольные и треугольные соответственно.

ТРУБА В ТРУБЕ
Со временем в США получили распространение конструктивные схемы высотных зданий типа "tube" ("труба") и "tube in tube" ("труба в трубе"), независимо от того, сталь или железобетон применяются для каркасов. В зданиях-близнецах Международного торгового центра в Нью-Йорке высотой 417 и 415 м в основу конструктивного решения положена коробчатая система, при которой все горизонтальные нагрузки воспринимаются пространственной решеткой наружных стен. Конструкции центрального лестнично-лифтового ствола воспринимают лишь часть вертикальных нагрузок от перекрытий и технического оборудования зданий. Безраскосная пространственная решетка наружных стен образована 240 стальными колоннами и стальными подоконными обвязочными балками, высота которых 132 см. В 1969 г. в Чикаго окончено строительство 100-этажного административного и торгового комплекса "Джон Хэнкок Центр" высотой 344 м. В этом здании также применена конструктивная схема по типу трубы. Однако она отличается от предыдущих тем, что там решетка наружных стен безраскосная, а здесь - раскосная.

Общим для всех самых высоких зданий мира, за исключением 'Эмпайра" является трубная конструктивная схема, которая отличается у различных сооружений лишь решеткой наружных стен. Решетка наружных стен, состоящая из колонн и подоконных обвязочных балок, выполнена безраскосной односекционной в зданиях Всемирного Торгового Центра, многосекционной - в здании страховой компании "Сирс Тауэр" (443 м), включающей, помимо наружной решетки, межсекционные решетчатые стены-диафрагмы, раскосной - в здании "Джон Хэнкок Центр" и здании "Алкоа Билдинг" в Сан-Франциско. Рассматриваются проекты высотных зданий, в которых решетки наружных стен выполнены двухпоясным:/! в виде пространственной фермы из стальных труб.

Конструктивная схема "труба в трубе" впервые была применена в 38-этажном административном здании "Брунсуик билдинг" высотой 145 м в Чикаго Она отличается от трубной конструктивной схемы наличием второй внутренней несущей системы Таким образом, в этой конструктивной схеме все горизонтальные и вертикальные нагрузки воспринимаются внутренней и внешней трубными сие темами Совместность их работы при горизонтальной нагрузке обеспечивается ростверками, располагаемыми в уровнях технических этажей За счет совместной работы наружной и внутренней систем жесткость сооружения повышается на 30-50% по сравнению с рамно-связевой и связевой

ВИСЯЧИЕ САДЫ СЕМИРАМИДЫ
Вместе с упомянутыми каркасными зданиями с начала 60-х годов начинает развиваться совершенно новый класс зданий - с подвешенными этажами
В 1963 г в Антверпене построено 14-этажное здание, имеющее висячую конструкцию В этом здании подвеска балок перекрытия осуществлена к центральному ядру, которое состоит из 8 пар стальных колонн

Другое направление связано с подвеской к центральному ядру, которое выполнено из железобетона и наверху оканчивается плитой У верхней плиты консоли равны в двух направлениях, чем обеспечиваются одинаковые пролеты перекрытий По такой схеме построено здание Федерального Банка в ЮАР Высота здания превышает 120 м
В начале 70-х определилось направление в развитии подвесных конструкций многоэтажных зда ний В этом случае подвеска осуществляется по типу моста По этому принципу построены здание таможни в Нью-Йорке, здание федерального банка в Миннеаполисе, проект здания биржи в Нью-Йорке

Более сложными являются конструктивные схемы "Универсальные башни" в Неаполе и жилого дома на Зеленом острове в Гренобле Универсальная башня в Неаполе (проект) - сооружение высотой 400 м - выполняет назначение административного и жилого дома, места приложения труда и отдыха Бетонная оболочка конструкции состоит из правильных призм с треугольным основанием, сторона которого равна 10 м Эта конструкция, жесткость которой обеспечивается ее геометрической формой, служит основой для нескольких шестиугольников Такое решение позволило применить тонкостенные оболочки тол шиной 60 см у основания и 20 см у вершины
Башни на Зеленом острове в Гренобле в плане напоминают ромб с усеченными углами, размером 20х40 м Все нагрузки воспринимаются внутренними продольны ми и поперечными стенами В СССР применялась практика строительства зданий высотой 27 этажей с внутренними и наружными несущими стенами из вибропрокатных панелей

В практике мирового строительства есть сооружения, у которых несущие стены выполнены в виде отдельных ядр, несущих всю вертикальную и горизонтальную нагрузку, а перекрытия опираются только на эти ядра Административный центр компании "Найтс оф Колумбус" в Нью-Хейвене представляет собой сооружение высотой 97,5 м, 24 этажа которого опираются на центральное лифтово-лестничное ядро и на четыре цилиндрические башни, расположенные по углам и вылепленные в монолитном железобетоне

Большинство из рассмотренных выше конструктивных схем при известных преимуществах обладает одним существенным недостатком поперечная жесткость и прочность сооружения обеспечивается в основном изгибаемыми элементами Это влечет за собой значительные затраты материалов, которые возрастают с высотой зданий

Например, удельный расход мате риалов (кг/кв.м) для 10-этажного здания равен 1, для 100-этажного этот расход возрастает в 6 раз. Это объясняется в основном за тратами материалов на обеспечение прочности и жесткости при горизонтальных нагрузках
И ДЫМ ОТЕЧЕСТВА...

В начале 70-х годов в Киеве в КиевЗНИИЭПе предложены новые несущие системы высотных зданий, основанные на вантовом предварительно напряженном каркасе Каркасы этого типа разработаны для высотных зданий и представляют собой одну из модификаций зданий с подвешенными этажами, отличающуюся от них тем, что подвески (ванты) доводятся до фундамента, преднапрягаются и анкерятся в фундаменте, что включает их в работу при горизонтальных нагрузках Включение вантов в работу при горизонтальных нагрузках позволяет снизить изгибающий момент в основании до 34% при одноярусных вантах, до 50% при двухъярусных и до 64% при трехъярусных преднапряженных вантах

На основе вантового одноярусного преднапряженного каркаса были разработаны проекты 24-этажной гостиницы на Березняках в Киеве, 24 этажный пансионат в Алуште - в 9-бальной сейсмической зоне, 30-этажный жилой дом в Киеве

Особый класс вантовых преднапряженных каркасов был создан, исследован и внедрен при проектировании отеля на 1000 мест на Оболони в Киеве Основная несущая система этого типа вантового каркаса организована по типу вантового моста с центральным пролетом, к кабель-вантам которого подвешено 25 этажей перекрытий, и двумя крыльями по типу вертикальной шпренгельной системы с предварительно-напряженными вантами, на которые опираются 28 этажей крыльев корпуса

То есть опыт и вполне прогрессивные и нетривиальные идеи на ниве высотного строительства в отечестве есть Ситуация зреет и инвестиции на подходе Ну и но вое столетие в корне изменит об лик наших городов