Высотные сооружения основаны на системах сердечника и оболочки Структурный ландшафт включает в себя пять систем: каркас, стену, объемный блок, ядро и оболочку. Основное внимание уделяется системам core и shell и их многочисленным комбинациям. Небоскребы в подавляющем большинстве случаев основаны на ядрах, которые часто сочетаются с другими системами, и телекоммуникационные башни открыто демонстрируют эти принципы.
Природная магистраль становится прототипом основных систем Укоренившееся основание дерева, упругий ствол и разветвления устойчивы к вертикальному весу, боковому ветру или сейсмическим воздействиям. Ветви крепятся к стволу и переносят дополнительные нагрузки, такие как листья или птицы, подобно тому, как перекрытия крепятся к каркасу здания. Инженерные решения отражают эту естественную логику, закрепляя жесткий каркас к земле для выдерживания силы тяжести и боковых нагрузок.
Сердечник работает как консоль, закрепленная в его основании Консоль закреплена на одном конце и свободна на другом, как частично вбитый гвоздь или балконная плита. Каркасы зданий действуют как высокие консоли, прочно закрепленные в фундаменте, чтобы противостоять опрокидыванию. Надежная фиксация основания обеспечивает устойчивость к воздействию ветра и землетрясений.
Геометрия и расположение стержней обеспечивают широкую свободу проектирования Сердечники могут быть квадратными, прямоугольными, треугольными, многоугольными, круглыми или овальными, а также состоять из одной или нескольких ячеек. Устройства могут быть как симметричными, так и асимметричными, с одним или несколькими сердечниками, расположенными по центру, по периметру или даже снаружи в качестве смежных опор. При компоновке "труба в трубе" используются вложенные корпуса, которые могут быть не соединены между собой, что освобождает место для лестниц, лифтов или служб обслуживания.
Выбор материалов обеспечивает баланс характеристик сжатия и растяжения Сталь быстро монтируется с помощью болтов, заклепок или сварных швов и отличается высокой прочностью на растяжение, но ее возможности ограничены для очень высоких элементов сжатия. Железобетон превосходно противостоит сжатию, в то время как встроенная арматура выдерживает растяжение при раскачивании. Распространены гибриды, такие как бетонные башни, увенчанные стальными шпилями, и прочные железобетонные каркасы, как в Марина‑Сити.
Напольные системы могут быть консольными по отношению к основанию Каждый уровень может поддерживаться собственной железобетонной консолью, закрепленной в основании, с балками для придания жесткости диафрагме по периметру. В аналогичных схемах в качестве консолей используются стальные фермы высотой в один этаж, несущие перекрытия выше, которые также закреплены краевыми рамами. Варианты размещения нескольких этажей на одной консоли, смонтированной на стержне, будь то из бетона или стали.
Несколько Ядер Обеспечивают Соединение Между Шипами В Виде Моста Тяжелые железобетонные перекидные балки могут быть соединены между двумя стержнями, образуя несколько верхних этажей. Стальные стропильные фермы обеспечивают более легкую конструкцию с полезным пространством внутри или между стержнями. Перфорированные бетонные стены и стальные решетчатые перекрытия служат глубокими соединительными элементами на больших расстояниях между стержнями.
Концепции подвесок Превращают сердечники в подвесные системы Верхняя балка в верхней части каркаса закрепляет подвесы, которые поддерживают края пола, в то время как противоположные края крепятся непосредственно к каркасу. Подвесы могут располагаться на разной высоте, что позволяет по-разному укладывать их друг на друга. Балки и кольца дополняют диафрагму, поэтому подвесные полы действуют как жесткие пластины.
Предварительно напряженные опоры крепятся к основанию для создания более глубоких подвесных пролетов От верхней балки или плиты перекрытия вниз тянутся распорки, которые крепятся к фундаменту для создания постоянного предварительного напряжения. Диафрагмы перекрытий крепятся к этим предварительно натянутым элементам, обеспечивая большие пролеты и нетрадиционное крепление. Сердечник обеспечивает реакцию, в то время как закрепленные стойки стабилизируют штабель по высоте.
Много‑Основные схемы подвесок заимствованы у вантовых мостов На двух стержнях может быть установлена верхняя балка, с которой свисают подвесы, поддерживающие перекрытия между колоннами. На головную ферму могут крепиться подвесные стержни, а наклонные вантовые конструкции могут воспроизводить логику моста. Эти конструкции расширяются до широких пролетов и сложных форм, сохраняя при этом свободное пространство под ними.
Типы подвесок и соединений определяют производительность и детализацию Варианты включают в себя сплошные круглые стержни, закрытые кабели, кабели с цементным раствором в воздуховодах, пучки пластин и стержневые сборки из рулонных профилей. Необходимо заранее спланировать надежные анкеры и закладные пластины, чтобы полы можно было крепить к стойкам и подвесам. Надлежащие соединители и устройства обеспечивают установку на предварительно напряженные бетонные балки и стальные узлы.
Гибриды между Сердечником и Стенкой Распределяют Нагрузку На Сдвигаемые Стенки Конструкции Центральное ядро работает с продольными, поперечными или радиальными стенами, которые воспринимают реакцию пола. Типичная толщина стен составляет 140-250 мм для 20-25‑этажных зданий; в более высоких зданиях толщина стен составляет 500-700 мм на нижних уровнях и 250-400 мм на верхних. Многожильные схемы аналогичным образом распределяют нагрузку на стены, привязанные к каждому корешку.
Системы "Ядро–каркас" соединяют позвоночник с каркасом по периметру Перекрытия простираются от центра до наружных колонн, которые видны там, где уровни парковки обнажают краевую конструкцию. При монтаже можно приподнимать перекрытия, постепенно поднимая вертикальные элементы, чему способствуют выдвижные пружинные опоры и врезные элементы на болтах. Такое сочетание является распространенным, поскольку обеспечивает жесткость и гибкость фасада.
Системы из стержневых блоков подвешивают объемные модули к консолям Объемные блоки размером с комнату или квартиру крепятся к консолям или фермам, установленным на каркасе. Стяжки, ребра жесткости или подвесы проходят по всей глубине каждого модуля, надежно закрепляя его на каркасе. В многожильных вариантах блоки опираются на передаточные балки, перфорированные стены или двухэтажные балки перекрытия.
Ядра решают проблемы от плотной застройки городов до горных склонов Они создают эффектную выразительность и свободную площадку там, где мало следов, позволяя зданиям нависать над существующей конструкцией. В промышленных районах или на плотных сетках каркасы поднимают новые объемы над невысокими зданиями без широких фундаментов. На каменистой или крутой местности небольшие площади опоры на прочных породах сокращают время подготовки площадки и земляных работ.
Здания, построенные на основе ядра, охватывают дороги, моря и труднодоступные места В башне Astra Tower в Гамбурге используется железобетонный каркас и консоль для крепления надземных этажей. В башне Považská Bystrica центральный каркас объединен с нижним каркасом на собственном фундаменте, а верхние этажи опираются на опоры. В Киеве здания, похожие на мосты, возвышаются на нескольких опорах над проезжей частью, а недалеко от Ялты прибрежный комплекс стоит на трех бетонных опорах, закрепленных в скале, чтобы выдержать агрессивный морской климат.
Выразительные достопримечательности Демонстрируют основные гибриды в городском масштабе Антилия в Мумбаи достигает высоты 173 метров на протяжении 27 этажей с большими межэтажными промежутками, обширными удобствами и рассчитана на землетрясения магнитудой 8. Отель "Салют" в Киеве построен на бетонном фундаменте с глубокими консолями; его этажность была уменьшена с запланированных 18 до 7 этажей, чтобы сохранить горизонт рядом с Лаврой. Здание бывшего Министерства автомобильных дорог в Тбилиси состоит из пяти двухэтажных поперечных балок и двух продольных элементов на каркасах, а свисающие стержни видны через окна; Японский культурный центр Gamma аналогичным образом организует возвышения вокруг нескольких каркасов.
Телевизионные башни демонстрируют основную логику и усиление кабелей 194‑метровая башня в Братиславе сочетает бетонные опоры с внешним стальным каркасом и предварительно напряженными кабельными жгутами, которые крепят железобетонные перекрытия. 216‑метровая башня в Праге соединяет три бетонные шахты с платформами для вещания, столовой и просмотра. Московское Останкино высотой 540 метров стоит на неглубокой плите глубиной 4,6 метра, кольцевые секции которой сжаты многочисленными тросами; ее верхушка может раскачиваться примерно на 12 метров, а пожар 2000 года продемонстрировал уязвимость стальных опор по сравнению с бетонными.
Каркасные системы Превращают фасад в основную конструкцию Подобно лианам, которые переживают дерево-хозяина, внешняя оболочка может выдерживать нагрузки, в то время как перекрытия опираются на нее. Оболочки могут быть железобетонными или стальными, часто в виде каркасных решеток; планировки допускают множество конфигураций. Трубы типа "труба в трубе" и композитные трубы ‑ стальные профили, заключенные в бетон, ‑ сочетают прочность бетона на сжатие и прочность стали на растяжение.
Оболочки легко сочетаются с сердечниками, рамами и мембранами Сопряжения включают внешние оболочки с внутренними сердечниками, многоячеечные сердечники внутри оболочки, выступающие или заподлицо перекрытия, а также оболочки, соединенные поясами по периметру и пилонами. Сочетание каркаса и каркасной обшивки обеспечивает жесткость по периметру и внутри, в то время как системы мембранных стен придают каркасу поперечно направленные стены. Административное здание в Рио‑де-Жанейро представляет собой обшивку, соединенную с каркасом, пилонами по периметру и поперечными балками, которые соединяются в ребристые зоны перекрытия.
Диаграммы, гиперболоиды и затеняющие климат оболочки на практике Экзоскелеты с перекрестными креплениями размещают вертикали и диагонали на фасаде, где оболочка принимает поперечное натяжение и уменьшает раскачивание. Башня в Гуанчжоу сочетает бетонный сердечник с гиперболоидной внешней оболочкой; более ранние радиобашни Шухова впервые использовали прямолинейную гиперболоидную решетку и добились экономичности при минимальном использовании стали. В Дубае перфорированная бетонная оболочка образует двойную белую оболочку, неглазурованные отверстия которой создают тень, а внутренний глазурованный слой обеспечивает защиту окружающей среды.