Особенности высотного домостроения

В условиях дороговизны земельных участков, отведенных под застройку, строительные компании стараются возвести здания с максимальной для себя выгодой, используя в качестве инструмента для извлечения прибыли высоту: в высотном доме больше квартир, офисов или просто полезных помещений. Но на этом пути строителям приходится считаться с законами физики и соображениями безопасности.

НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Высотные здания считаются сложными конструкциями, для строительства которых требуются серьезные инженерные решения. Достаточно сказать, что в современных высотках насчитывается до 30 систем инженерного оборудования: системы отопления, вентиляции, водопровода, канализации, мусороудаления, пожарной безопасности, автоматизации, пассажирского подъемного оборудования и др. Причем, все эти системы отличаются от тех, которые используются в строительстве обычных домов. И, зачастую, требуется взаимоувязка работы таких систем, поскольку они могут оказывать друг на друга существенное влияние.

Кроме того, в высотных зданиях необходимо проводить постоянный мониторинг как самой конструкции, так и всех ее инженерных систем. Поэтому в зданиях устанавливаются тысячи датчиков, с которых постоянно снимаются показатели.

ОСОБЫЙ ПОДХОД

Специального изучения и принятия нестандартных решений в высотных зданиях требуют проблемы меняющегося воздушно-теплового режима, противодымной защиты при пожаре, теплоснабжения и отопления, вентиляции, систем автоматизации и управления, проблемы безопасности и психологического дискомфорта и др.

Можно привести несколько примеров, иллюстрирующих тезисы о том, что для проектирования и эксплуатации высотных зданий требуется особый подход.

Если проектировать системы отопления и водоснабжения обычным образом, то под действием гравитации в стояках здания «Россия» (высота — 612 м) давление на первых этажах будет превышать 60 атм, для здания «Федерация» (высота — 440 м) — 45 атм. Давление воды просто разорвет все обычные системы.

Гравитационную составляющую необходимо учитывать и при проектировании мусоропроводов и канализации. Требуется предусмотреть установку гасителей скорости, принимать меры по снижению шума. Это касается как устройства мусоропроводов и канализации, так и устройства лифтовых шахт, установки различных двигателей и пр.

Еще одна проблема — отвод воды при пожаре. В наилучшем случае должно соблюдаться правило полной гидроизоляции квартир, а для сбора воды полы в квартирах и холлах необходимо устраивать с небольшим уклоном — для дальнейшего сброса ее в сеть водостока. Если этого не предусмотреть, то будет велик риск повреждения имущества в квартирах, расположенных этажами ниже.

Требуется предусмотреть установку обратных клапанов на вводах в квартиры систем ХВС и ГВС, чтобы предотвратить проблему подмеса и перетока воды из холодной в горячую магистраль.

При проектировании систем канализации необходимо предотвратить срыв гидрозатворов у санитарных приборов. Требуется проведение дополнительных расчетов на пропуск по стокам канализации не только сточных вод, но и дополнительных воздушных потоков, т.к. возможно образование зон вакуума в верхней и средней частях стояка и зоны повышенного давления — в его нижней части.

Этот перечень можно продолжать и развивать. Поэтому процесс проектирования инженерных систем высотных зданий, оптимальный подбор оборудования и мест его установки должен идти путем совместного принятия решений как проектировщиков, так и производителей оборудования. При этом имеет смысл учитывать и мнение эксплуатирующих организаций.

ВСЕ ПО ЗАКОНУ

Современное высотное строительство в России — достаточно молодое. И, как это часто бывает, принятие полного комплекта документов, регламентирующих этот вид деятельности, отстает от темпов возведения зданий.

В настоящее время единых для России требований по строительству высоток нет. При этом эксперты отмечают, что отсутствие полной нормативной базы для инженерного обеспечения высотного домостроения усложняет проектирование и монтаж внутренних инженерных сетей в высотных зданиях. Кроме того, отсутствует и современная нормативная база, отображающая критерии безопасности высотных сооружений.

Московские НИИ и проектные институты по заказу Москомархитектуры разработали «Общие положения к техническим требованиям по проектированию жилых зданий высотой более 75 м», согласованные со всеми органами надзора. Этот документ также можно принимать как практическое руководство при проектировании.

УСТРОЙСТВО И ОСОБЕННОСТИ ОТДЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Зонирование.

Действующими строительными нормами предусматривается зонирование высотных домов по вертикали. Это делается в целях обеспечения пожарной безопасности и оптимального и безопасного расположения инженерных систем. Зоны определенной высоты могут разделяться техническими этажами, на которых производится разводка магистралей сетей отопления, водоснабжения, прокладка сборных сетей канализации, объединение вентиляционных каналов. Наличие технических этажей — оптимальный вариант для эксплуатации, но в последнее время достаточно часто инвесторы стараются обходиться без них по экономическим соображениям. В таком случае используются шахты для прокладки трубопроводов, а горизонтальная разводка осуществляется в межэтажных перекрытиях.

Высота зоны определяется значением допустимого гидростатического давления в нижних приборах, а также возможностью размещения оборудования и коммуникаций на технических этажах. Как правило, зона инженерного оборудования совпадает с границами пожарного отсека по высоте.

Опыт проектирования и эксплуатации высотных зданий показывает, что оптимальная высота зоны системы отопления может составлять до 80 м. Для систем водоснабжения требования более жесткие и высота зоны ограничивается 60 м.

Системы отопления и водоснабжения.

Это решение соответствует положениям принятых в этих странах норм об устройстве через каждые 12–15 этажей так называемых зон безопасности, где люди могут переждать пожар. Основные недостатки применения данной схемы состоят в том, что система открытая, затратная по количеству оборудования и занимаемым площадям. Преимущество этой системы в том, что инженерное оборудование устанавливается в низу зданий, что удобно с точки зрения эксплуатации и устранения нежелательных шумов и вибраций. Такую каскадную схему можно применять и при подключении теплообменников отопления и ГВС, когда в каждой зоне располагаются по две группы теплообменников и циркуляционные насосы, обслуживающие теплообменники. Одна группа теплообменников обеспечивает системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения первой зоны. Вторая — нагревает воду, подаваемую в следующую по высоте зону. Там также размещаются две группы теплообменников и циркуляционные насосы и т.д.

При такой схеме зонирования не происходит передачи давления из верхних зон в нижние, поэтому давление в контурах зон определяется только высотой зоны.

Насосы ХВС при этом располагаются на технических этажах вместе с теплообменниками и циркуляционными насосами и должны развивать напор, достаточный для того, чтобы обеспечить водоснабжение обслуживаемой зоны и поднять воду к следующей по высоте зоне. Зоны разделены обратными клапанами, благодаря этому наращивание гидростатического давления происходит только в пределах зоны.

Всегда существует вероятность того, что из-за неисправности обратных клапанов наращивание давления может охватить несколько зон или все здание по высоте. Поэтому необходимо, чтобы все элементы систем ХВС и ГВС выдерживали гидростатическое давление всех расположенных выше зон.

Альтернативой каскадной схеме водоснабжения является параллельная схема зонирования, где зоны являются независимыми. Каждую зону обслуживают свои насосы, расположенные в нижней части здания и подающие холодную воду только в свою зону. А дальше вода поступает в теплообменники. При использовании этой схемы воздействие высокого давления на теплообменники, арматуру и сантехническое оборудование, расположенные на этажах зоны, полностью исключается.

Воздействию гидростатического давления подвергаются только насосы и трубопроводы, поднимающие воду из городского водопровода. При этом проблем с подбором необходимого оборудования в настоящее время нет.

Следует отметить, что потребители тепла высотного здания по надежности теплоснабжения делятся на две категории: у первой категории не допускаются перерывы в подаче расчетного количества тепла и снижение температуры воздуха ниже минимально допустимых по ГОСТ 30494-96 и ГОСТ 12.1.005-88; у второй — допускается снижение температуры в отапливаемых помещениях на период ликвидации аварии не ниже 16 °С (в жилых помещениях) и не дольше 54 часов.

Для разводки систем отопления, ГВС и ХВС по квартирам применяют двухтрубную схему, которая, в случае аварии, ремонта или замены оборудования, позволяет отключать только одну квартиру.

Применение поквартирных систем отопления приводит к уменьшению протяженности магистральных труб, снижению потерь теплоты в необогреваемых помещениях, где проложены трубопроводы, упрощению поэтажного и посекционного ввода здания в эксплуатацию.

При устройстве систем водоснабжения и отопления важную роль играет прочность запорной арматуры. Недопустима ситуация, когда в системе существуют точки повышенного давления, где высок риск повреждения запорной арматуры или трубопроводов. А практика эксплуатации высотных зданий также показывает, что в ситуации использования неоригинальной запорной арматуры типа «труба плюс чужой фитинг» гарантировать безопасность и жизнеспособность системы невозможно.

Система внутренней канализации.

Эта система в высотных зданиях обычно состоит из сети трубопроводов, приемников сточных вод и устройств для осмотра и прочистки трубопроводов. Все приемники сточных вод подключаются к сети через гидравлические затворы. В системе необходимо устраивать гасители скорости и шумозащиту. Используются чугунные безраструбные трубы, которые негорючи и шумоизолированы. Бесшумная канализация — одно из наиболее интересных решений последнего времени, реализованная при помощи минерализированного полипропилена (PP). Особое внимание уделяется выпускам здания. Поскольку здания имеют значительную просадку, выпуски в наружных стенах не заделываются вглухую, а применяется специальное демпфирующее устройство, не позволяющее трубе на выпуске переломиться. Это, кстати, касается и всех остальных сетей.

Система мусороудаления. Традиционно мусоропровод включает ствол, загрузочные клапаны, шибер, противопожарный клапан, очистное устройство со средством автоматического тушения возможного пожара в стволе, вентиляционный узел и мусоросборную камеру.

Мусоропроводы высотных зданий имеют раздельные по высоте зоны обслуживания: нижняя обслуживается одним мусоропроводом, верхняя — другим, проходящим через нижнюю зону транзитом. Для снижения гравитационной скорости падения твердых бытовых отходов должны быть предусмотрены гасители. Ствол мусоропровода должен быть звукоизолирован негорючими материалами и не примыкать к жилым комнатам.

Электроснабжение.

В отличие от систем отопления и водоснабжения, системы вентиляции и электроснабжения по действующим нормативным документам обязательно должны совпадать по зонам с границами пожарных отсеков.

Для обеспечения нормального режима электроснабжения здания в настоящее время предъявляются высокие требования к безопасности, бесперебойной работе и экономичности систем электроснабжения. В системах электроснабжения применяются дополнительные источники электроэнергии, источники бесперебойного питания. Все системы жизнеобеспечения питаются от источника резервного энергоснабжения. В зданиях должно быть предусмотрено рабочее и аварийное освещение.  Есть требования и по устройству огней светового ограждения на фасаде здания .

Вентиляция.

В большинстве реализованных к настоящему времени многофункциональных высотных комплексов для жилой части принята приточно-вытяжная система вентиляции с механическим побуждением. Система гарантированно обеспечивает нормативный воздухообмен в квартире.

В квартирах схема вытяжных воздуховодов подключается к сборному коробу под потолком. Сами вытяжные воздуховоды скрыто прокладываются в выгороженных шахтах квартир. На соответствующем техническом этаже вытяжки из всех квартир зоны объединяются в единую шахту. Приточные установки располагаются обычно в подвале. Прокладка приточных воздуховодов предусматривается по техническому этажу и в вертикальной шахте лестнично-лифтового узла. На выходе из шахты на этаж в обязательном порядке устанавливаются огнезадерживающие клапаны. Здесь же устанавливаются и шумоглушители. На входе в каждую квартиру также в обязательном порядке устанавливаются огнезадерживающие клапаны.

В высотном жилом здании достаточно сложно и дорого организовывать центральную систему кондиционирования воздуха. Практика показала, что целесообразно в подобных случаях использовать местные системы, при этом вопрос выбора их типа оставлять за самими жильцами.

Системы автоматизации и диспетчеризации.

Современная технология строительства зданий подразумевает наличие большого количества инженерных систем: освещения, противопожарных, охраны и безопасности, вентиляции и кондиционирования и т.д. Средства автоматизации и диспетчеризации обеспечивают надежную и безотказную работу этих систем. Кроме того, указанные средства позволяют обеспечить снижение расходов на эксплуатацию за счет уменьшения энергопотребления и повышения надежности работы оборудования. По оценкам специалистов, срок окупаемости систем автоматизации и диспетчеризации составляет от 3 до 5 лет.

Большое количество инженерных систем в высотных зданиях требует принятия взвешенных и грамотных решений еще на стадии проектирования. Для достижения хороших результатов и постройки качественного здания требуется участие всех специалистов на самых ранних этапах. Такой подход позволяет учитывать и решать все возникающие проблемы, выполнять проектирование на качественном уровне, упрощать строительство и последующую эксплуатацию зданий, выполняя его при этом на высоком техническом уровне, обеспечивая максимальную безопасность и надежность.