Хотя после ее открытия и прошло около семнадцати лет, башня «Банк Китая» (Bank of China) в Гонконге остается уникальным по своей форме и конструкции сооружением. Архитектор И.М. Пей (I. M. Pei) и инженер-проектировщик Лесли Робертсон (Leslie Robertson) начали проектирование здания в конце 1982 г. Строительство началось в 1985 г., а для публики здание открыли в 1990 г. В момент завершения строительства небоскребу «присвоили» звание самого высокого сооружения в Азии и пятого по величине здания мира. Это стало возможным за счет того, что при его строительстве были использованы уникальные инновационные конструкции из многослойной стали и бетона. Кроме того, именно по этой причине небоскреб имеет столь необычную форму.

Робертсон характеризовал основную конструктивную систему здания как «арматурную вертикальную пространственную ферму» – по контрасту с системой консольных балок у большинства высотных зданий. Мотивацией для принятия такой концепции этого необычного сооружения послужило несколько факторов.

После завершения строительства «Хэнкок Тауэр» (Hancock Tower) в Чикаго в 1970 г., было обнаружено, что характерные фермы по периметру здания, которые были установлены только для сопротивления поперечным нагрузкам, в действительности несут существенную часть гравитационных нагрузок. Это открытие навело на мысль о выполнимости архитектурной системы, главную роль в которой будут играть фермы, и только второстепенную – колонны, а не наоборот. Другими словами, в то время как в большинстве существующих конструкций колонны размещены для компенсации гравитационных нагрузок, а фермы, или связуюшая система каркаса, для поперечных нагрузок, то конструкция «Хэнкок Тауэр» настойчиво указывает на возможность изменения этой иерархии на противоположную. В частности, как гравитационные, так и поперечные нагрузки может выдерживать основная трехмерная рама, состоящая из плоских рам, если гравитационные нагрузки будут передаваться на нее посредством вторичных колонн и балок-обвязок. Важной особенностью конструкции башни «Банк Китая» является тот факт, что решетки фермы не только компенсируют поперечные нагрузки, но также передают силу тяжести на пояса фермы. Затем эти пояса фермы, в свою очередь, передают объединенные гравитационные и поперечные нагрузки в фундамент.

Принципиальным преимуществом применения пространственной фермы является ее исключительная экономичность, вызванная сокращением веса, уменьшением количества колонн к фундаменту и предотвращением использования занимающих много места бетонных конструкционных каркасов. Однако, у такого решения есть один, но принципиальный недостаток: сложность соединений конструкции и, следовательно, ужесточение требований к технологии монтажа.

Более того, поскольку плоские фермы, в основном, изготавливаются из стали, необходима противопожарная защита материала. Тем не менее, в случае башни «Банк Китая», экономия за счет пространственной фермы была явно необходима, так как клиенты хотели получить такое же количество общей площади, как в здании «Норман Фостер» (Norman Foster) около Гонконга и в здании «Банк Шанхая», но на меньшей площадке и только за одну треть бюджета. Пытаясь решить такую сложную задачу, Пей и Робертсон сконструировали свою новаторскую композиционную пространственную ферму, объединяющую соответствующие прочности стали и бетона для достижения необходимой экономии без возникновения связанных с этим неудобств.

Стиль композиции башни «Банк Китая» представляет собой нечто среднее между пучками труб с возрастающей высотой башни «Сирс-Тауэр» (Sears Tower), построенной в 1974 г., и диагональной связью башни «Хэнкок-Тауэр», построенной в 1970 г. – обе находятся в Чикаго и их конструкции спроектированы известным архитектором Фазлуром Ханом (Fazlur Khan).

Башня «Банк Китая» состоит из четырех пространственно-рамных пучков труб с треугольным сечением, которые последовательно доходят до 28-го, 38-го, 51-го и 70-го этажей для достижения окончательной высоты здания – 315 м (отметка крыши) и дополнительные 54 м за счет размера двух мачт. На плане стенки этих труб соответствуют сторонам четырех равнобедренных треугольников, получающихся в результате разделения квадратного 54-метрового профиля здания на квадранты по диагонали. Каждую трубу даже можно рассматривать как результат вертикальной укладки отдельных пространственно-рамных модулей высотой 54 м. Эти модули образованы посредством соединения поясов трех вертикальных плоских ферм в трех углах каждого из четырех равнобедренных треугольников плана, т.е. двух внутренних треугольных ферм и одной наружной квадратной фермы с крестовой связью. Таким образом, самая высокая труба состоит из пяти таких модулей, следующая труба состоит из трех, из двух, и затем – из одной. Однако, поскольку эти модули имеют общие фермы во внутренней части здания, общая пространственно-рамная структура может быть описана, как соединение восьми различных вертикальных плоских ферм разной высоты и конфигурации: четыре фермы по периметру с одной, двумя, тремя и пятью панелями с крестовой связью и четыре внутренние фермы.

Эти фермы изготовлены из непривычно тонких плит, с простыми соединениями, т.е. ни одна из стальных плит не толще 10 см. Подрядчик по стальным конструкциям рассчитал, что при монтаже потребуется только половина от привычного объема сварочных работ, производимых при возведении других зданий сравнимого масштаба. В результате завершающая «вертикальная пространственная ферма из пучков» фактически изготовлена посредством встраивания всех поясов фермы в четыре бетонные массивные угловые колонны и одну центральную колонну. Для создания дополнительной устойчивости и противопожарной защиты, решетка фермы заполнена и покрыта бетоном.

Наконец, хотя асимметричная форма здания и связана с неравномерной силой тяжести и боковыми нагрузками, пояса ферм в бетонных колоннах сконфигурированы таким образом, что любые эксцентриситеты нагрузок либо гасятся, либо не выходят за пределы запасов прочности – включая общую крутящую боковую нагрузку на асимметричное здание! Фактически, результирующие вертикальные узлы в действительности включают в себя четыре угловые колонны и одну центральную, поддерживающие все здание. При таком объединении стали и бетона удается полностью избавиться от дорогостоящих сложностей при соединении поясов ферм различной геометрии, а преимущества обоих материалов используются в полной степени.

Интересно, что результирующие композиционные угловые колонны поднимаются непосредственно из фундамента, а внутренние пояса четырех внутренних ферм соединяются посредством центральной бетонной колонны таким образом, что эта колонна берет свое начало не в фундаменте. Точнее, она относится к верхней части 25 этажа угловой треугольной фермы, определенной самыми нижними решетками двух внутренних ферм и соответствующей одному квадранту квадратного плана. (С увеличением высоты, центральную колонну поддерживают две дополнительные треугольные фермы, соответствующие двум смежным квадрантам. Нагрузки на центральную колонну, таким образом, распределяются на угловые колонны посредством трех аналогичных ферм на трех разных высотах). Удаление центральной колонны из основания здания привело к необыкновенной вместимости вестибюля здания. Тем не менее, под этим вестибюлем находится железобетонный кессонный фундамент, плотно заполненный, примерно, 110 кессонами по опорной поверхности здания и четырьмя кессонами в его углах.

Помимо гравитационных нагрузок от своего собственного веса и боковых нагрузок башни, пространственная ферма несет еще гравитационные нагрузки от отдельных плит перекрытий посредством вторичных колонн по периметру, частично поддерживаемых крестовыми связями плоских ферм. Кроме того, на ферму воздействуют еще и горизонтальные нагрузки, образующиеся за счет невидимых снаружи безраскосных ферм, расположенных между всеми пространственно-рамными модулями высотой в 54 м.

Хотя эти безраскосные фермы и являются причиной небольшого разрыва между крестовыми связями на фасаде здания, они выполняют необходимую функцию передачи гравитационных нагрузок от плит перекрытия в угловые колонны в тех случаях, когда такая передача в крестовые связи является недостаточными или неравномерными. По отношению к гравитационным нагрузкам, следовательно, четыре угловых и одна центральная основная колонна нагружены посредством 20 колонн по периметру от 4-го до 25-го этажа, 17 колонн по периметру до 38-го этажа, 12 колонн по периметру до 51-го этажа и, наконец, 9 колонн по периметру – до 70-го этажа.

В результате новаторских исследований Пея и Робертсона в области структур, материалов и монтажа, было построено поистине уникальное здание, достигающее поразительной эффективности по использованию стройматериалов. Башня «Банк Китая» – настоящий рекордсмен, в ней использовано всего-навсего 100 кг стали на один квадратный метр. При этом архитекторы добились основного требования – создали башню рекордной высоты. В самом деле, уникальность башни «Банк Китая» подтверждается отсутствием до настоящего времени похожих конкурентов по форме, высоте и конструкции.

См. также:

Бриллиант арабского мира Одно из самых востребованных зданий в голливудских фильмах Высотная «открывалка для бутылок» Азиатские небоскребы-«близнецы» Серебряный рекордсмен в Гонконге по высоте зданий Самое высокое здание Гонконга Небоскреб, способствующий иностранным инвестициям Небольшой город поместился внутри здание небоскреба Несмотря на забастовки в Дубаи вырос супергигант Один из самых оригинальных китайских красавцев-небоскребов

Недавно опубликованные статьи