Дисциплина «Водоснабжение и водоотведение высотных зданий» изучается студентами четвертого курса строительного факультета специальности 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений», специализация 1 «Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений».
Высотное домостроение является привлекательным для инвесторов, а также позволяет более эффективно использовать городские территории. С точки зрения архитектурного облика застройки территории такие здания являются ее украшением и придают ей выразительность и яркость. Высотными принято считать здания, высота которых достигает 72 м (более 25 этажей). Строительство и проектирование таких зданий требует использования правильного расположения объекта, детальной проработки геологии участка строительства, обеспечения необходимой устойчивости и прочности сооружения.
Решение проблемы проектирования вертикальных коммуникаций систем водоснабжения и водоотведения высотных зданий, с учетом аэродинамических процессов, требует от будущих специалистов знаний в различных областях науки. Изучение зарубежного опыта строительства и проектирования коммуникаций высоток является важным и обязательным при изучении данного курса. Ряд вопросов, связанных с обеспечением надежности работы коммунальных систем водоснабжения и водоотведения высотных зданий, напрямую связаны с безопасностью проживания людей и должны быть учтены при строительстве этих объектов.
Сооружение высотных зданий осуществляется по специальным техническим условиям, то есть индивидуальным регламентам и нормативам, утвержденным на федеральном уровне для каждого конкретного случая. В настоящее время Правительством Москвы вместе с Госстроем России создана нормативная база, включающая разработку московских городских строительных норм МГСН 4.19–2005 «Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в городе Москве». В Санкт- Петербурге важнейшим документом, регламентирующим вопросы проектирования и строительства высотных зданий, являются ТСН «Жилые и общественные высотные здания». Ряд важных расчетных характеристик систем водоснабжения и водоотведения может быть определен по СП 40–107–2003 «Проектирование, монтаж и эксплуатация систем внутренней канализации из полипропиленовых труб», СНиП 2.04.01–85* «Внутренний водопровод и канализация зданий», СП 40– 102–2000 «Проектирование и монтаж трубопроводов из полиэтиленовых труб».
1. Инженерные решения систем водоснабжения и водоотведения уникальных высотных зданий и сооружений мира
В конце 20-го века строительство высотных зданий и сооружений могло показаться лишь набором технических задач, в результате решения которых все элементы здания уравновешивали друг друга, и оно не складывалось как карточный домик. Однако, несмотря на всю сложность этих задач, одно только их решение никогда бы не сделало возведение высотных зданий практичным и привлекательным делом. Их изобретение требовало развития множества технологий (системы электрического освещения, лифтовое оборудование и системы диспетчеризации лифтов, водопроводные и отопительные системы, телефонная связь), большинство из которых к середине 19-го века, если и существовало, то в примитивной форме. Большинство технологий, необходимых для возведения высотных зданий, технологий, были уже доступны к 1880 году, но связывание их всех воедино требовало неимоверных усилий от архитекторов и строителей [7]. Например, контролируемый и независимый источник света был особенной проблемой до 1880 года. Ранее для освещения в зданиях использовался газ, что было очень небезопасным и делало невозможным использование подобного способа освещения в небоскребах. В 1880 году уже встречались работающие лифтовые системы1, однако они требовали значительного усовершенствования прежде, чем впервые появились в небоскребах (в Нью-Йоркском небоскребе ЗингерБилдинг (Singer Building), построенном в 1908 году). Механизмы водоснабжения и водоотведения в те времена также были в зачаточном состоянии и не могли поднимать воду на значительную высоту. Считается, что бесперебойная подача воды является американским достижением, как и ванна, и туалет со сливом2. Развитие и внедрение технологий водоснабжения было сопряжено со значительными трудностями и шло медленно3ввиду того, что бесперебойная подача воды требовала создание систем утилизации сточных отходов. Когда в 1931 году было окончено строительство Нью-Йоркской Эмпайр-стейт-билдинг (Empire State Building), потребовалось четыре магистрали диаметром 15 см для обеспечения объема воды 25 000 м>3. Здание должно было выдерживать колоссальную нагрузку: Пропускная способность ливневой системы составляла 4.5 м>3/с. По всему зданию было смонтировано десять канализационных трубами диаметром от 15 до 30 см. Система водоотведения также должна была обслуживать сливы кондиционеров и эжекторов. Требования наличия централизованного отопления ограничили возможность применения традиционных систем отопления в небоскребах. В большинство первых систем центрального отопления использовали подогреваемый от раскаленного угля теплый воздух. Стремительное развитие данных систем началось с изобретением в США радиатора и его активным использованием в 1890-х годах. В восьмидесятиэтажной Эмпайр-стейтбилдинг, которая была возведена до ввода в эксплуатацию централизованных систем отопления4, использовалось 7 000 радиаторов. Система отопления была разделена на 4 зоны. Каждая зона обслуживалась отдельными водопроводными магистралями. Первые пять этажей получали воду из магистралей в подвале; вторая зона (этажи 6–29) обслуживались сверху вниз из магистрали, вмонтированной в потолок 29 этажа; третья зона (этажи 30–54) питалась из той же магистрали но, снизу вверх; остальные этажи обслуживались из магистрали, вмонтированной в потолок 54 этажа. В сердце этой системы отопления располагались четыре турбинных вакуумных насоса [7].
В данной главе студентам предлагается ознакомиться с особенностями устройства и эксплуатации инженерных систем ряда современных уникальных высотных зданий мира.
В настоящее время в России ведутся активные работы по строительству высотных зданий. В Санкт- Петербурге началось строительство объекта Лахтацентр (высота 463 м), в Екатеринбурге ведется строительство башни «Исеть» (высота 209 м) и планируется строительство 383-тиметровой башни «Урал». В Грозном одобрено строительство башни «Ахмат тауэр» высотой 400 м. В Москве продолжается внедрение программы «Новое кольцо», предусматривающей строительство более 60 высотных зданий. Среди них башня «Россия» (высота 645 м), башня «Федерация» (высота 450 м), башня «Евразия» (высота 309 м), башня «Evolution» (высота 25 м). Заслуживает внимание работа систем водоснабжения и водоотведения в жилых комплексах «Алые паруса», «Воробьевы горы», в высотных зданиях Москвы 1950–1960 лет постройки. Интерес представляет проектное решение коммунальных систем в «Высотном центре» Мельбурна. Системы водоснабжения и водоотведения высотного комплекса «Умеда», расположенного в северной части Осаки, уникальны даже для высокотехнологичной Японии. Небоскребы в Шанхае по высоте и конструкции являются чудом современной архитектуры. В 2004 была построена гигантская башня Тайбэй-101 высотой 508 м в одноименном городе Тайваня (краткие сведения о некоторых других чудесах современной архитектуры приведены в приложении). Интерес представляют и инженерные решения системы канализации в Рокфеллер центре и Нью-Йоркском небоскребе Крайслер.
