Как высоко мы можем построить? Строительные материалы и методы строительства небоскребов будущего

Многие градостроители предсказывают, что к 2050 году более 6 миллиардов человек будут жить в городах, а в местах, где застройка большей площади невозможна, единственный способ не отставать от растущей плотности населения — это застраиваться вверх. Строительство выше всегда сопряжено с многочисленными проблемами, а также с конкуренцией между архитектурными фирмами за то, чтобы их имя было связано с самыми большими зданиями. Почти сразу же, как одно здание признано одним из самых высоких в мире, начинает проектироваться другое, которое через несколько лет получит этот титул. Какие же строительные методы и материалы позволили нам строить в облаках?

Во-первых, важно понять, как технически определить высокие здания. Совет по высотным зданиям и городской среде обитания (CTBUH) определяет две подгруппы зданий, которые достигают значительной высоты. «Сверхвысокое» здание определяется как здание высотой 300 метров (984 фута) или выше, а «мегавысокое» сооружение достигает высоты не менее 600 метров (1968 футов). При нынешних темпах строительства ежегодно строится как минимум один сверхвысокий небоскреб. По состоянию на июнь 2020 года завершено строительство 132 сверхвысоких небоскребов. Бурдж-Халифа по-прежнему остается самым высоким небоскребом в мире, его высота составляет 828 метров. 

Высотные здания имеют всевозможные механические и структурные сложности. Как долго люди будут ждать лифта, когда они едут из вестибюля на 200-й этаж? Как мегавысокие здания будут противостоять естественным силам, которые мы можем предсказать, и тем, которые мы не можем предсказать? Многие из этих проблем решаются путем использования современных материалов и систем, с которыми мы уже знакомы, и создания таких, которые поддерживают инновационную строительную отрасль.

Одной из основных проблем при строительстве высоких сооружений является невозможность хранить строительные материалы рядом с участком, поскольку площадь здания и прилегающая территория обычно невелики, особенно в городских районах. Это создает проблемы при строительстве элементов каркаса, поскольку сборные панели часто доставляются на площадку по мере их завершения из-за невозможности их хранения. Тем не менее, многие подрядчики в настоящее время используют процесс строительства наклонных стен, что позволяет им заливать и собирать панели на месте и использовать кран для подъема их на место.

При проектировании небоскребов также рассматриваются стальные альтернативы, но по мере увеличения высоты здания его вес становится серьезной проблемой. Алюминий предлагает более легкую альтернативу. Благодаря процессу экструзии, алюминий может соответствовать различным формам практически для любого дизайна фасада. Он также хорошо реагирует на нагрузку от внутренних структурных элементов и внешних сил, таких как быстро меняющиеся температуры и сейсмические разрушения от землетрясений. Углеродное волокно — еще один новый материал, также легкий по весу, но он состоит из длинных нитей, которые переплетаются вместе, образуя структуру, похожую на ткань. В результате он значительно прочнее стали, что позволяет использовать его в зданиях, подвергающихся высоким ударным нагрузкам. Углеродные волокна уже проникают в сборные железобетонные элементы. Помещая сетку в бетонную смесь вместо традиционной стальной сетки, общий вес структурного элемента уменьшается, что позволяет безопасно поднять его на место и закрепить, зная, что он сохраняет значительную структурную целостность.

Еще более ориентированными на будущее являются идеи о том, как может выглядеть будущее бетона. Бетон практически не изменялся на протяжении сотен лет. Несмотря на то, что он чрезвычайно долговечен, многие настаивают на поиске новых альтернатив, поскольку он продолжает оставаться основным источником выбросов CO2. Некоторые исследователи изучают биобетоны, способные заживлять собственные трещины за счет добавления известняковых бактерий, что может продлить жизнь бетона на срок до двухсот лет. Даже древесина, которая, кажется, вряд ли когда-либо будет использоваться в качестве основного структурного элемента в многоэтажном здании, находит новую жизнь в кросс-ламинированных деревянных конструкциях, которые придают ей прочность, сравнимую со сталью. Чтобы продемонстрировать возможности древесины, Sumitomo Forestry, японская дизайнерская фирма, недавно обнародовала свои планы по строительству 350-метрового деревянного сооружения в Токио.

Еще более высокие здания уже на горизонте, а строительные материалы и методы быстро догоняют, чтобы воплотить эти мечты в реальность.

Источник: Kaley Overstreet. "How Tall Can We Build? Construction Materials and Methods for Skyscrapers of the Future" 09 Aug 2022. ArchDaily.