Фасады высотных зданий. Инновационные технологии в остеклении фасадов высотных зданий. Специальные технические условия

Стеклянные двойные фасады

Здания с большим процентом остекления зачастую имеют повышенные нагрузки на системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Стеклянный двойной фасад является интересным решением оболочки здания, приспосабливающейся к изменениям наружного климата.

Стремление максимального использования в строительных конструкциях светопрозрачных конструкций, начавшееся в Европе и США ещё в прошлом столетии, повысило интерес к технологии стеклянных двойных фасадов. Повсеместное применение двойных фасадов началось в 1990-х годах и продолжается до сих пор. Особенно часто такие конструкции можно увидеть в высотном строительстве.

Широкую известность получили такие здания, как Commerzbank во Франкфурте-на-Майне (Германия, 1997), City Hall в Лондоне (Великобритания, 2002), а также Manitoba Hydro Place в Виннипеге (Канада, 2009). Здание One Angel Square, построенное в 2013 году, высотой в 14 этажей располагается в Манчестере (Великобритания) и отличается своеобразной трёхгранной конфигурацией со стеклянным двойным фасадом.

Небывалый размах строительства наблюдается в Китае, где активно возводят высотные здания, в том числе и с применением двойных стеклянных фасадов, например две башни Международного финансового центра (Гонконг, 1999 и 2003), Pearl River Tower (Гуанчжоу, 2011), Шанхайский всемирный финансовый центр (2008).

В России пока мало примеров использования данной технологии. Это решение встречается в основном в зданиях премиального класса, что объясняется, как правило, высокими инвестиционными затратами и сложностью реализации подобных проектов. Например, стеклянные двойные фасады установлены в штаб-квартире компании «Новатэк» (Москва, 2011). Здание оборудовано высокотехнологичными интеллектуальными системами, позволяющими обходиться без механической вентиляции и охлаждения.

Конструктивные особенности

Конструкция фасада основана на принципе многослойности - создания нескольких оболочек и использования определённых физических и эстетических свойств отдельных его слоёв. Основным материалом здесь служит стекло, которое благодаря своим эстетическим и физическим характеристикам обеспечивает нужное оформление здания и выполнение необходимых функций ограждающей конструкции.

Существует много различных конструкций стеклянных двойных фасадов. Общую классификацию приводит директор Института строительной физики им. Фраунгофера (Германия) Карл Гертис, опираясь на работу Вернера Ланга:

. по размещению поверхностей двойного фасада: установленные внутри конструкции внешней стены, частично выдвинутые вперёд или полностью выступающие за внешнюю стену;

. по наличию и размещению вентиляционных отверстий: без вентиляционных отверстий, с отверстиями только на внутренней поверхности или на обеих поверхностях двойного фасада. Кроме этого, система вентиляции может временно подавать воздух в обход двойного фасада;

. по сегментированию поверхностей: промежуток между поверхностями фасада сегментируется или выполняется в виде ширмы. Последний вариант имеет большое значение для переноса воздуха в промежутке между поверхностями.

Схематичные вертикальные разрезы в фасадах, характеризующие виды разработки и размещение конструкции стеклянных двойных фасадов, представлены на рис. 1 и 2.

В зависимости от расстояния, на которое выдвигается наружная стеклянная поверхность, воздушный зазор между поверхностями фасада может иметь следующие характеристики:

. в него нельзя попасть; зазор служит только для размещения между поверхностями приспособлений для защиты от солнца;

. в нём можно разместиться при мытье стёкол;

. он может использоваться наподобие зимнего сада как общий зал или в качестве помещения для переговоров.

Вентиляция

В зданиях со стеклянными двойными фасадами может предусматриваться как система механической, так и естественной вентиляции через соответствующие отверстия. Опыт показывает, что использование и того и другого видов вентиляции позволяет добиться наилучших параметров микроклимата и высокого уровня энергоэффективности.

Варианты фасадов разнообразны - от стеклянного изолирующего фасада до конструкции с регулируемым открытием внешней и внутренней поверхностей (рис. 3). Может быть также реализован обход стеклянного двойного фасада, при котором приточный или удаляемый воздух направляется напрямую (в этом случае двойной фасад не будет выполнять своей прямой функции).

Преимущества и недостатки технологии

До сих пор ведётся широкая дискуссия о том, насколько целесообразно применение стеклянных двойных фасадов вместо традиционных фасадов, имеющих современную теплоизоляционную систему. Считается, что стеклянные двойные фасады имеют несколько лучшие показатели звукозащиты, чем традиционные фасады. Благодаря естественной вентиляции стеклянные двойные фасады улучшают внутренний климат. В воздушном зазоре между поверхностями фасада может наноситься прочное покрытие для защиты от солнца, а также устанавливаться элементы, отклоняющие свет. В многоэтажных зданиях при сильном ветре стеклянные двойные фасады уменьшают динамический напор, вызывающий повышенное давление прижима внутренних дверей. Конструкция фасада позволяет открывать окна на желаемую ширину даже при большой высотности здания.

Среди минусов отмечаются высокие капитальные и эксплуатационные затраты, связанные, например, с трудностью и частотой очистки внутренних поверхностей. Нет единого мнения среди специалистов о влиянии двойных фасадов на теплопотери зданий. Если речь идёт о высотных зданиях с большой внутренней тепловой нагрузкой, оба вида фасадов в зимнее время имеют приблизительно одинаковые показатели. Что же касается летней теплозащиты и затрат энергии на охлаждение, в зданиях со стеклянными двойными фасадами без систем кондиционирования воздуха очень сложно обеспечить приемлемые внутренние климатические параметры. Кроме этого, без применения дополнительных защитных мер (установка горизонтальных и вертикальных переборок) зазор между поверхностями стеклянных двойных фасадов повышает пожароопасность.

Несмотря на недостатки, это решение открывает большие возможности для строительства зданий высоких технологий. Многочисленные примеры сложнейших объектов (в том числе здание «Городские ворота Дюссельдорфа»), проекты которых предусматривают естественное освещение, пассивное использование энергии и др., демонстрируют, что стеклянные двойные фасады могут эффективно решать проблемы с перегревом помещений и повышенными нагрузками на систему охлаждения. Проекты подобного рода объединяет то, что в процессе их создания выполняется большой комплекс предпроектных исследований, в том числе создание аэродинамических стендов и проведение математического компьютерного моделирования. Немаловажны и высока заинтересованность, а также требовательность застройщиков.

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ КОНЦЕПЦИЯ ЗДАНИЯ «ГОРОДСКИЕ ВОРОТА ДЮССЕЛЬДОРФА»

Двойной вентилируемый проходной фасад с регулируемыми наружными ограждениями.

Повышенная тепло- и солнцезащита наружных ограждений за счёт отличных теплофизических характеристик применяемых материалов и конструкций.

Естественная вентиляция помещений на протяжении продолжительного периода.

Использование панелей, размещённых на потолке, для отопления и охлаждения помещений, отказ от отопительных приборов, размещаемых под окнами из-за снижения потерь теплоты в холодное время года - расчётный расход теплоты на отопление составляет всего 2,87 МВт.

Пониженная до минимально необходимого уровня производительность системы кондиционирования воздуха за счёт снижения теплопоступлений в помещения в тёплое время года и использования естественной вентиляции.

Максимальное использование источников возобновляемой энергии: холода грунтовых вод, теплоты удаляемого воздуха.

Городские ворота Дюссельдорфа

В здании «Городские ворота Дюссельдорфа» (архитектор Overdiek Petzinka & Partner, Германия, 1997) применён вентилируемый стеклянный двойной фасад. Его особенностью является наличие горизонтальных поэтажных открытых проходов по периметру здания и атриуму.
Фасад этого здания может быть охарактеризован как рациональное и экономичное техническое решение, которое при значительной внешней шумовой и ветровой нагрузке позволяет на протяжении длительного периода в течение года осуществлять естественную вентиляцию офисных помещений. Кроме того, такой фасад является важным связующим элементом рабочих помещений и окружающей среды.

Конструкция двойного фасада

Фасад в районе атриума представляет собой обычную застеклённую конструкцию с открывающимися фрамугами, а вся остальная часть здания имеет двойной фасад, разделённый по вертикали поэтажными перекрытиями. Принципиальная конструкция стеклянного двойного фасада приведена на рис. 4. Внешняя часть фасада прежде всего служит для защиты от наружных климатических воздействий в виде дождя и снега.

Помимо этого, в ней расположены отверстия для притока наружного воздуха в вентиляционные короба и удаления отработанного воздуха из них, а также для проветривания промежуточного пространства и естественной вентиляции помещений. Одинарное остекление внешней части фасада создают отражающие стеклянные модули размером 3 × 1,5 м.
Секции внутренней части фасада имеют рамную конструкцию, как правило, с двойным остеклением, что обеспечивает снижение теплопотерь в зимнее время. При помощи поворотных створок рамы могут отклоняться в сторону офисных помещений (открывается каждый второй элемент на оси) с целью естественной вентиляции офисных помещений.

Шанхайский всемирный финансовый центр (Шанхай, Китай)

В промежуточном пространстве фасада размером 1,4 или 0,9 м размещаются вентиляционные короба, которые являются конструктивным элементом перекрытия двойного фасада и выполняют также функцию защиты от воздействия наружного климата. Короба для приточного и удаляемого воздуха монтируются вместе с основными конструкциями фасада на одном поясе с чередованием направления воздушного потока. Отверстия приточного и удаляемого воздуха на фасаде можно видеть как пояса, идущие вдоль здания, на соседних этажах они находятся напротив друг друга. Короба для приточного и удаляемого воздуха монтируются с чередованием направления воздушного потока для предотвращения «коротких замыканий» потоков воздуха (поступления отработанного воздуха в приточное отверстие вышележащего этажа). Внутри каждого вентиляционного короба находится клапан с поворотными створками, предназначенный для регулирования расхода воздуха и при необходимости полного перекрытия прохода воздуха. Отверстия для забора и удаления воздуха закрыты вентиляционными решётками для защиты от атмосферных осадков. Аэродинамическая оптимизация коробов была выполнена на основе моделирования методами вычислительной гидродинамики. При этом преследовалась цель создания равномерного потока воздуха и обеспечения низкого уровня шума.

Внутри двойного фасада располагаются также регулируемые устройства солнцезащиты, которые способствуют сокращению теплопоступлений от солнечной радиации в помещения и, как следствие, снижению расхода холода в системе кондиционирования воздуха в тёплое время года. В холодное время они играют роль экрана, уменьшающего поток теплового излучения в ночные часы из помещений наружу, что уменьшает энергопотребление.

Защита от шума

Частой причиной использования установок кондиционирования воздуха в здании, размещённом в городе, является повышенный уровень внешнего шума при открытых окнах. Уровень звукового давления в районе размещения «Городских ворот Дюссельдорфа» составляет приблизительно 70-75 дБ(А) и вызывается в первую очередь транспортом. Для обеспечения приемлемой защиты от внешнего шума при открытых оконных створках во внутренней части фасада шумоизоляция должна обеспечить снижение уровня звуковой мощности ориентировочно на 15-20 дБ.

Если принять, что внутренняя часть фасада обеспечивает снижение уровня шума на 5-10 дБ в зависимости от величины открытия створок, то на внешней стороне фасада и во внутреннем пространстве уровень шума должен снижаться на 10 дБ. При этом следует учитывать, что снижение уровня шума во внешней части фасада зависит от степени открытия отверстий для прохода приточного и удаляемого воздуха. Фактически снижение шума во внешней части фасада при открытом воздушном клапане эквивалентно почти 10 дБ(А), а при клапане, открытом на 10 %, - 20 дБ(А). Требования по снижению шума во внутренней части фасада могут быть достигнуты за счёт увеличения звукоизоляции на внешней стороне фасада.

Температурный комфорт

Приведённый коэффициент теплопередачи двойного фасада имеет достаточно низкое значение, равное 1,1 Вт/(м 2 .°C). Кроме того, использование «тепличного» эффекта днём и снижение теплового излучения от наружной поверхности внутреннего остекления двойного фасада в ночное время обеспечивают дополнительную экономию теплоты. Даже в ранние утренние часы при температуре наружного воздуха -10 °C и температуре внутреннего воздуха 21 °C средняя температура внутренней поверхности двойного остекления составляет около 16,5 °C. При тех же температурных условиях в обычных фасадах с окнами, имеющими значение приведённого коэффициента теплопередачи 1,6 Вт/ (м 2 .°C), температура внутренней поверхности остекления составляет 14,5 °C.

Для снижения теплопоступлений в летнее время при использовании двойных фасадов важен не только правильный выбор материалов и конструкции устройств солнцезащиты, но и их расположение во внутреннем пространстве двойного фасада. Регулируемое устройство солнцезащиты должно обдуваться потоком воздуха с боков и снизу, чтобы отводимая избыточная теплота под действием восходящих конвективных потоков «выводилась» вверх, а не проникала во внутренние помещения. Общий коэффициент проникания потока солнечной радиации через конструкцию двойного фасада составил не более 0,1, что подтвердили натурные измерения. Такое значение показателя для фасада с одинарной оболочкой может быть достигнуто только при использовании наружных пластинчатых отражателей.

Manitoba Hydro Place (Виннипег, Канада)

При воздействии на фасад в летнее время прямых солнечных лучей во внутреннем пространстве фасада будет наблюдаться повышение температуры воздуха. Как показывает практика, при неверно выбранных конструктивных параметрах фасада температура воздуха внутреннего пространства может повышаться на 10 °C. Естественная вентиляция помещений здания в таких условиях должна быть значительно ограничена. Снизить температуру воздуха во внутреннем пространстве фасада возможно путём его вентилирования наружным воздухом. При этом должен быть обеспечен расход воздуха, необходимый для снятия перегрева, так что отверстия для притока и удаления воздуха на внешней части фасада должны иметь достаточные размеры для пропускания этого количества воздуха. В проекте «Городские ворота Дюссельдорфа» определено расчётом, что площадь сечения отверстий для прохода приточного и удаляемого воздуха должна составлять 0,15 м 2 на каждый метр периметра фасада.

Было рассчитано, что температура воздуха во внутреннем пространстве фасада на среднем по высоте уровне не должна повышаться более чем на 4-6 °C при максимальном потоке солнечного излучения. Результаты расчётов были подтверждены натурными измерениями в летние месяцы, при этом повышение температуры воздуха во внутреннем пространстве зафиксировано ближе к нижней, чем к верхней границе указанного диапазона.

Две башни Международного финансового центра (Гонконг, Китай)

Оптимизация движения воздушных потоков в двойном фасаде

Повышение температуры воздуха во внутреннем пространстве фасада зависит от расхода воздуха, а он в свою очередь - не только от площади отверстий, но и от аэродинамического сопротивления по пути движения воздушных потоков. При этом наибольшее значение имеет гидравлическое сопротивление, определяемое внутренней геометрией вентиляционных коробов. Поэтому прежде всего необходимо стремиться к уменьшению именно этого сопротивления.

Для этого в ходе разработки проекта были проведены многочисленные компьютерные расчёты, целью которых было достижение равномерного потока воздуха в вентиляционных коробах, т. к. даже небольшие углы и кромки могут вызывать завихрения воздушного потока, в значительной степени снижающие расход воздуха. При неблагоприятных условиях это может вызывать шум. Исследования по оптимизации конструкции вентиляционных коробов потребовали значительных затрат времени.
Как и предполагалось, в неоптимизированных в аэродинамическом отношении вентиляционных коробах при моделировании движения воздуха возникали обширные застойные и турбулентные зоны, повышающие аэродинамическое сопротивление и в условиях действия естественных сил уменьшающие расход воздуха.

Для предотвращения таких явлений были сконструированы направляющие пластины, обеспечивающие наилучшие характеристики воздушного потока. Для жалюзи наружных решёток, защищающих от дождя, были выбраны хорошо обтекаемые потоком воздуха узкие профили, создающие незначительное сопротивление в условиях небольшого располагаемого естественного циркуляционного давления. Аэродинамическое сопротивление вентиляционных коробов удалось значительно снизить по сравнению с начальным значением. Оптимизация конструктивных параметров вентиляционных коробов также оказала положительное влияние на повышение температуры воздуха во внутреннем пространстве.

Pearl River Tower (Гуанчжоу, Китай)

Конденсат

На внутренней поверхности внешней части фасада при определённых условиях может образовываться конденсат. Это явление возникает в холодное время года, когда влажный и тёплый воздух из помещений попадает во внутреннее пространство двойного фасада, а температура на внутренней поверхности внешней части фасада становится ниже температуры точки росы. Однако при достаточно интенсивном вентилировании внутреннего пространства фасада наружным воздухом этот конденсат быстро исчезает.

Давление на поверхности двойного фасада

При испытаниях модели здания в аэродинамической трубе определялись давление в атриуме и аэродинамические коэффициенты на поверхности фасадов и крыше. При этом выявилось, что распределение давления на поверхности фасада по горизонтали везде отличается большой неравномерностью, в то время как изменение давления по высоте здания остаётся сравнительно постоянным. Более заметные изменения отмечаются только на верхних этажах (в аттиковом пролёте), для которых из-за их протяжённости по длине и без того необходимо независимое управление воздушными клапанами на фасаде.

Поэтому на фасадах офисных помещений нет необходимости зонирования регулируемых воздушных клапанов по высоте. Угловые зоны прохода внутреннего пространства двойного фасада из-за значительного изменения давления в этих зонах отделены от основного пространства по горизонтали стеклянными перегородками. В середине внутреннего пространства фасада имеется отдельный участок с противопожарной лестничной клеткой, разделяющей проход.
Тем самым становится излишним дополнительное разделение в горизонтальном направлении. Для контроля условий комфорта в офисных помещениях при повышенном давлении ветра на каждой башне проводятся измерения общего перепада давления между внешним фасадом и атриумом. Для этого достаточно четырёх мест измерения в каждой офисной башне.

Вентиляция двойного фасада

В здании «Городские ворота Дюссельдорфа» отдельные элементы двойного фасада установлены по горизонтали в чередующемся порядке - как вентиляционные короба, так и отверстия для приточного или удаляемого воздуха.

Это означает, что в каждом втором модуле производится либо забор, либо удаление воздуха из пространства двойного фасада. Забор наружного воздуха в двойной фасад осуществляется через регулируемые воздушные клапаны, которые устанавливаются системой прямого цифрового управления зданием в соответствии с текущими наружными условиями в одно из трёх положений: «закрыто», «открыто», «защита от дождя».

Если температура наружного воздуха и интенсивность солнечного излучения уменьшаются ниже определённого уровня, воздушные клапаны на внешнем фасаде закрываются.

Оставляют открытыми только небольшие щели для предотвращения выпадения конденсата на поверхности остекления во внутреннем пространстве фасада.

При усилении ветра для обеспечения комфорта воздушные клапаны внешнего фасада вначале устанавливаются в промежуточное положение, а затем полностью закрываются. В случае если ветер достигает интенсивности урагана, воздушные клапаны вновь открываются для снятия статической нагрузки. Наряду с этим пользователь всегда имеет возможность открыть оконные створки внутренней части фасада и проветрить свой офис путём естественной вентиляции. При этом может осуществляться ночное охлаждение отдельных офисов.

Таким образом, реализуется регулирование, предусматривающее простое автоматическое открытие или закрытие воздушных клапанов во внешней части фасада или оконных створок во внутренней части фасада самим пользователем.

Результаты

Были проведены натурные измерения параметров микроклимата. Наряду с температурой и скоростью воздуха измерялись также локальная асимметрия результирующей температуры и распределение температуры воздуха по высоте помещения. Если соответствующие значения параметров превышают допустимые пределы, люди в помещениях чувствуют сильный дискомфорт. Но, как и ожидалось, таких критических условий в здании «Городские ворота Дюссельдорфа» не отмечалось. Все измеренные значения параметров воздуха находились в допустимых пределах, и было показано, что установившие в действительности значения контролируемых параметров являются для людей ещё более благоприятными, чем предсказываемые по результатам моделирования и лабораторных испытаний, проводившихся при менее жёстких предельных значениях. Например, при температуре наружного воздуха меньше 0 °C разность температуры внутреннего воздуха и температуры на внутренней поверхности остекления в помещении составила 1-2 °C. При том что, согласно данным предварительных испытаний и расчётов, эта разность температур должна была составить 3-4 °C. Такие хорошие результаты можно объяснить достаточно низким значением общего приведённого коэффициента теплопередачи (порядка 1 Вт/ (м 2 .°C)) двойного фасада. Это совпадает с оценкой людей, работающих в помещениях здания, которые единодушно заявляют об очень хорошем качестве микроклимата даже в холодные зимние дни.

В проекте «Городские ворота Дюссельдорфа» устройство двойного фасада доказало свою экономическую эффективность. Предполагая, что двойной фасад используется в течение 30 лет и ставка дисконтирования составляет 8 %, получена ежегодная сумма приведённых капитальных затрат и амортизационных отчислений от 53 до 160 евро на 1 м 2 фасада. Кроме того, были учтены дополнительные затраты на поддержание конструкций фасада в исправном состоянии и на очистку, которые составили соответственно от 3 до 8 евро на 1 м 2 в год и 8 евро на 1 м 2 в год при очистке поверхностей фасада, выходящих во внутреннее пространство, два раза в год. Общие годовые затраты составили от 64 до 176 евро на м 2 поверхности фасада.

Затраты на сооружение стеклянного двойного фасада не превысили стоимость высококачественного фасада с одинарной оболочкой, обладающего аналогичными теплофизическими характеристиками. Это обусловлено, с одной стороны, простотой принятых решений и большим объёмом проведённых предварительных работ по оптимизации конструктивных параметров, а с другой, хорошими ценами за работу, которые предложил подрядчик.

Литература

1. Здание биоклиматической архитектуры - «Городские ворота Дюссельдорфа» // АВОК. 2006. № 2, 3.

2. Инженерное оборудование высотных зданий / под ред. М. М. Бродач. 2-е изд., испр. и доп. М.: АВОК-ПРЕСС, 2011.

3. Покорение климата / Б. Кувабара и др. // Здания высоких технологий. 2012. Осень.

4. Табунщиков Ю. А., Бродач М. М., Шилкин Н. В. Энергоэффективные здания. М.: АВОК-ПРЕСС, 2003.

5. Шилкин Н. В. Возможность естественной вентиляции для высотных зданий // АВОК. 2005. № 1.

6. Шилкин Н. В. Здание высоких технологий // АВОК. 2003. № 7.

7. Gertis K. Стеклянные двойные фасады. Имеют ли смысл, с точки зрения строительной физики, новые разработки фасадов? // АВОК. 2003. № 7, 8; 2004. № 1.

8. Poirazis H. Double Skin Façades for Office Buildings. Lund University, 2004. ●

Марианна Бродач - вице-президент НП «АВОК», профессор МАрхИ, главный редактор журнала «Здания высоких технологий».

Николай Шилкин - канд. техн. наук, профессор МАрхИ.

СТАТЬИ

Сегодня высотное строительство в крупных городах получает большое развитие. Это обусловлено тенденцией к концентрации бизнеса (населения) в крупных городах, что ведет к нехватке земельных участков в центральных частях города и как следствие - высокой стоимости земли. Однако на данный момент высотное строительство разворачивается недостаточно быстрыми темпами. Среди причин – отсутствие на федеральном уровне технических регламентов проектирования и строительства высотных комплексов и недостаток опыта их возведения. Остается открытым вопрос отсутствия нормативно-технической базы для высотных объектов.

Высотные здания — уникальные сооружения. Особое внимание в высотном строительстве следует уделять условиям работы ограждающих конструкций, играющих роль защитной оболочки здания.

Специальные технические условия

Каждое высотное здание неповторимо, со своими индивидуальными особенностями и техническими характеристикам, и соответственно требует индивидуального подхода при проектировании и строительстве.

Действующие СНиП устанавливают нормативные требования для жилых зданий высотой только до 25 этажей (75 м) и общественных зданий высотой до 16 этажей (50 м). Поэтому при проектировании высотных объектов разрабатывают Специальные технические условия для каждого конкретного здания, в которых помимо требований, содержащихся в нормах для обычных зданий, указывают специфические (дополнительные) требования, учитывающие особенности объемно-планировочных и конструктивных решений высотных зданий, их инженерного оборудования, а также мероприятия по пожарной и комплексной безопасности. Эти технические условия разрабатываются специализированными организациями совместно с генеральным проектировщиком, согласовываются в установленном порядке, в том числе на федеральном уровне, и утверждаются заказчиком строительства. Невозможно разработать универсальные Технические условия для всех типов высотных зданий, поэтому необходим индивидуальный подход.

С целью обеспечения надежности проектных решений, проведения инженерных изысканий и выполнения строительно-монтажных работ надлежащего качества Комитетом по архитектуре и градостроительству города

Москвы (Москомархитектурой) совместно с Комитетом города Москвы по государственной экспертизе проектов и ценообразования в строительстве (Мосгосэкспертизой), Мосгосстройнадзором и государственным учреждением города Москвы «Городской координационный экспертно-научный центр «Энлаком» (ГУ Центр «Энлаком») при участии открытого акционерного общества «Центральный научно-исследовательский и проектный институт жилых и общественных зданий» (ОАО «ЦНИИЭП жилища») разработано «Положение о технических условиях на проектирование и строительство уникальных, высотных и экспериментальных объектов капитального строительства в городе Москве». Положение утверждено руководителем Департамента градостроительной политики, развития и реконструкции города Москвы В.И. Ресиным и введено в действие

Экспертиза и надзор

Проектирование и строительство высотных зданий - сложные архитектурные и инженерные задачи, направленные в первую очередь на обеспечение безопасности и комфорта пребывания в них людей. Поэтому проекты каждого высотного здания проходят обязательную государственную вневедомственную экспертизу, а все возводимые высотные здания находятся под особым контролем Комитета Госстройнадзора г. Москвы. При строительстве каждого объекта обязательно осуществляется постоянный авторский и технический надзор, проводится научно-техническое сопровождение с привлечением ведущих научно-исследовательских организаций и мониторинг всего цикла возведения здания, с обязательной проверкой физико-механических характеристик строительных материалов.

Особо хотелось бы заострить внимание на конструкциях навесных фасадных систем. По предъявляемым требованиям применяемые конструкции должны обеспечивать безопасную эксплуатацию фасадов здания на протяжении 50 лет (срок службы до первого капитального ремонта здания). Поэтому необходимо уделить особое внимание вопросу выбора навесных фасадных систем (НФС) для уникальных и высотных объектов. Соответствовать требованиям и специфике проектирования и строительства подобных объектов могут лишь специально разработанные модификации систем НВФ.

Чтобы быть уверенными в качестве выбираемой технологии, важно сотрудничать с лидерами отрасли, подтвердившими надежность и безопасность своего продукта многолетним опытом работы на рынке фасадостроения (см. «Обзор рынка систем утепления фасадов-2007») .

Уровень ответственности этого выбора растет пропорционально увеличению высоты здания!

С целью проверки рабочей документации и оценки ее соответствия нормам и правилам (Специальным техническим условиям, Стандартам и т.п.), соблюдение которых при проектировании обеспечит надежную эксплуатацию фасадных систем на уникальных, высотных и других экспериментальных объектах капитального строительства, утверждено положение «О проведении технической оценки рабочей документации проектов в части устройства фасадов». Данное положение разработано в соответствии с Распоряжением Правительства Москвы от 3 ноября 2003 года № 2009-РП «О повышении качества проектных решений в части устройства фасадов» и регламентирует порядок проведения ГУ Центр «Энлаком» работ по технической оценке рабочей документации для устройства фасадов зданий и сооружений.

Документальная база для уникальных высотных и других экспериментальных объектов - это комплекс расчетов, экспертных заключений, сертификатов, чертежей и т.д.

Весь этот комплекс расчетов, чертежей, необходимых исследований и заключений является сугубо индивидуальным и уникальным, применимым только к конкретному проекту.

Вся документация по высотным зданиям и ее исполнение находится под пристальным вниманием со стороны контролирующих и надзорных органов.

ТС и другие необходимые документы на конструкции НВФ в высотном строительстве

Надо понимать, что ТС (техническое свидетельство) с ТО (техническая оценка пригодности) - это одна из составных частей комплекса документов, необходимых для подтверждения возможности использования той или иной навесной фасадной системы при монтаже фасада на высотном здании. ТС выдается на продукцию - фасадную систему, без привязки к какому-либо проекту, следовательно, содержит общие сведения о системе и материалах, которые в принципе могут применяться на фасадах зданий.

Мы сейчас ведем речь о высотном строительстве, а каждое высотное здание уникально, унифицировать их невозможно, поэтому не может быть одного универсального ТС для всех высоток - это нонсенс! При проектировании каждого такого здания необходимо провести ряд мероприятий - это расчеты на прочность, исходя из конкретной архитектуры и высоты здания, с учетом действующих нагрузок, в том числе ветровых, которые можно получить только экспериментальным путем; теплотехнический расчет (с учетом теплопроводных включений); исследования на сейсмическую стойкость, коррозионную долговечность и пожарную безопасность и все это в привязке к конкретному зданию. В случае ошибки в выборе системы, что может привести к преждевременному выходу ее из строя, и в соответствии с действующим законодательством вся ответственность ложится на генерального проектировщика и технического заказчика.

Техническое обоснование выбора фасадных конструкций (систем)

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

1. Навесные фасадные системы с воздушным зазором.

1.1. Комплексные технические условия с разделом, в котором должны быть определены требования к фасадным системам по обеспечению их долговечности, надежности и безопасности в процессе строительства объекта, гарантийного срока эксплуатации и срока службы фасадных систем (не менее 50 лет).

1.2. Техническая оценка пригодности, техническое свидетельство, СТО, ТУ на фасадную систему с высотностью применения до 75 м.

1.3. Дополнительные расчеты и их экспертные заключения о возможности применения фасадной системы выше 75 м.

1.3.1. Заключение о коррозионной стойкости (долговечности не менее 50 лет) элементов фасадной системы.

1.3.2. Расчет статических и ветровых нагрузок с учетом турбулентной составляющей и результатов обдува макета здания в аэродинамической трубе или методом математического моделирования.

1.3.3. Теплотехнический расчет (сопротивление теплопередаче, влажностный режим с определением вероятности выпадения конденсата на облицовке или утеплителе и теплотехнический расчет узлов сопряжения фасадной системы теплоизоляции со светопрозрачной конструкцией).

1.3.4. Требования по несущей способности анкеров.

1.3.5. Заключение ГПН ГУ МЧС РФ об огнестойкости фасадных конструкций, предусмотренных проектом и рабочей документацией (экспертное заключение ТУ).

2. Гарантийные обязательства поставщика системы не менее 10 лет и срока службы фасадной системы не менее 50 лет (срок службы до 1-го капитального ремонта здания).

3. Реконструкция по ремонту и эксплуатации фасадных конструкций (систем).

Таким образом, для подтверждения возможности применения той или иной конструкции НФС в высотном строительстве необходимо иметь Техническое свидетельство на фасадную систему (до 75 м) и провести определенный комплекс мероприятий относительно вашего проекта в соответствии с требованиями, регламентированными МГСН и положениями: «О Специальных технических условиях», «О проведении технической оценки рабочей документации проектов в части устройства фасадов» п. 8.2. Требования к навесным фасадным системам теплоизоляции с воздушным зазором.

Положение «О проведении технической оценки рабочей документации проектов в части устройства фасадов».

7.1. Перечень документации для устройства конструкции навесной фасадной системы (НФС):

• Специальные технические условия (СТУ) для высотных и уникальных зданий.
• Паспорт «Колористическое решение, материалы и технология проведения работ».
• Техническое свидетельство (ТС) на систему с обязательными приложениями (техническая оценка, альбом технических решений) и оригинальной печатью заявителя (разработчика) системы либо иные документы, подтверждающие пригодность применения данной системы в строительстве (Стандарт организации (технические условия) на производство и применение).
• Чертежи фасадов здания, включая фасадное остекление.
• Планы всех этажей с обозначением контура фасадных конструкций.
• Чертежи фасадов здания с обозначением схем монтажа кронштейнов и направляющих с привязкой к осям здания, утеплителя и облицовки.
• Сечения по архитектурным элементам и деталям на фасадах здания (русты, карнизы, сандрики, зеркала и т.п.).
• Статические расчеты и расчеты элементов каркаса на ветровые нагрузки, с соответствующими расчетными показателями для испытаний крепежных (анкерных) элементов на вырыв.
• Комплексный теплотехнический расчет (раздел «Энергоэффективность»), в том числе с учетом температурно-влажностного режима.
• Заключение Мосгосэкспертизы по утверждаемой части проекта, в том числе по разделу «Противопожарные мероприятия».
• Оценка пожарной опасности в соответствии с ГОСТ 31251-2003 «Конструкции строительные. Методы определения пожарной опасности. Стены наружные с внешней стороны», ГОСТ 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений» конструкции навесной фасадной системы с учетом функционального назначения и высотности здания.
• Деталировочные узлы по устройству конструкции НФС, с указанием способа антикоррозионной защиты элементов, в том числе узлы сопряжения различных систем.
• Спецификация на материалы, изделия и комплектующие (с указанием типов, марок, количества и т.п.) для устройства конструкции навесной фасадной системы.
• Проект производства работ (технологические операционные карты производства фасадных работ с указанием мероприятий входного и операционного контроля).
• Перечень нормативной и рекомендательной документации, использованной при разработке проекта в части устройства НФС.

8.2. Требования к навесным фасадным системам теплоизоляции с воздушным зазором:

Техническая оценка пригодности, техническое свидетельство (ТС), Стандарт организации (СТО), Технические условия (ТУ) на фасадную систему с высотой здания до 75 м.

• Дополнительные расчеты и их экспертные заключения о возможности применения фасадной системы для зданий выше 75 м.
• Заключение по коррозионной стойкости не менее 50 лет элементов системы и лакокрасочного антикоррозионного покрытия.
• Расчет статических и ветровых нагрузок с учетом турбулентной составляющей по результатам обдува макета здания в аэродинамической трубе или методом математического моделирования.
• Теплотехнический расчет (сопротивление теплопередаче, влажностный режим с определением вероятности выпадения конденсата на облицовке и теплотехнический расчет узлов сопряжения фасадной системы теплоизоляции со светопрозрачной конструкцией).
• Требования по несущей способности анкеров.
• Оценка пожарной опасности в соответствии с ГОСТ 31251-2003 «Конструкции строительные. Методы определения пожарной опасности. Стены наружные с внешней стороны», ГОСТ 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений» конструкции навесной фасадной системы с учетом функционального назначения и высотности здания (протоколы огневых испытаний, экспертные заключения, технические условия на разработку мероприятий по обеспечению пожарной безопасности).
• Комплексные технические условия с разделом, в котором определены основные требования к фасадным системам по обеспечению их надежности в процессе строительства объекта, гарантийного срока эксплуатации и срока службы фасадных систем (не менее 50 лет).
• Договор заказчика-застройщика с эксплуатирующей организацией на гарантийный срок эксплуатации и обеспечение срока службы фасадной системы в 50 лет (срок службы до 1-го капитального ремонта здания).
• Энергетический паспорт здания (сооружения) с вкладышем и внесенными в него результатами натурных испытаний и обследований теплозащитных качеств наружных ограждающих конструкций с выявлением соответствия фактических показателей нормативным, записями выводов и рекомендаций организаций, выполняющих натурные испытания и обследования.
• Раздел проекта по мониторингу во время строительства и эксплуатации объекта.

Важно отметить, что разработанные нормативно-методические документы по проектированию, строительству и эксплуатации многофункциональных высотных зданий и комплексов МГСН 4.19-2005, МГСН 1.04-2005 - принципиально новые нормативные документы, на данный момент находящиеся в стадии апробации для дальнейшего их совершенствования и увязки с разрабатываемыми федеральными техническими регламентами, а также их возможной гармонизации с Европейскими строительными кодами и перевода в рамки постоянных нормативов.

В настоящее время исполнительной властью города Москвы ведется активная работа в области применения новых технологий, с использованием конструкций навесных фасадных систем (НФС) в высотном строительстве. В дальнейшем опыт Москвы можно использовать на федеральном уровне. Еще на стадии разработки проектной и рабочей документации создан комплекс мер, позволяющий контролировать и отбирать наиболее надежные решения применения НВФ на высотных зданиях.

Используемая литература

1. МГСН 4.19-2005 «Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в городе Москве».
2. МГСН 1.04-2005 «Временные нормы и правила проектирования планировки и застройки участков территории высотных зданий-комплексов, высотных градостроительных комплексов в городе Москве».
3. Положение «О проведении технической оценки рабочей документации проектов в части устройства фасадов».
4. «Обзор рынка систем утепления фасадов-2007» - http://www.anfas.biz/pub.html

А.Ю. Калинин, главный инженер Городского координационного экспертно-научного центра «ЭНЛАКОМ»

Журнал «Высотные здания» №5, 2008