искать
 

Об оптимальном проектировании нового лондонского небоскреба с помощью приложений Bentley


Представляем вниманию читателей краткий обзор различных материалов о проектировании недавно построенного в Лондоне изящного жилого небоскреба «Принсипал Тауэр» с акцентом на фундамент, подземные и нижние наземные уровни. Работа над этим проектом была эффективной благодаря использованию программных продуктов PLAXIS и RAM Concept от компании Bentley Systems, которая является ведущим мировым разработчиком и поставщиком программного обеспечения в сферах проектирования, строительства и эксплуатации инфраструктурных объектов (кроме того, только за последние несколько лет она приобрела такие известные компании, как PLAXIS, Keynetix, SoilVision, Sensemetrics, Vista Data Vision, Seequent, OXplus и др.).

Статья написана при поддержке партнера журнала «ГеоИнфо» – представительства компании Bentley Systems в России и СНГ.

 

 

Введение

 

Все мы знаем, что столицей и крупнейшим городом Великобритании является Лондон. Однако с административной точки зрения существует не Лондон, а метропольное графство Большой Лондон с населением 9 млн человек. К нему относятся Лондонское графство (Внутренний Лондон) и части соседних графств. В то же время Большой Лондон состоит из 32 районов (лондонских боро – borough), таких как Вестминстер, Кэмден, Ислингтон, Хэкни, Кенсингтон, Харроу и другие. Плюс к этому самая значимая, хотя и небольшая по площади (всего 2,9 кв. км) независимая административная часть города – это Лондонский Сити (в народе – «Квадратная миля»). Он не имеет статуса боро, а является единственным в своем роде церемониальным графством и по сравнению с лондонскими боро более независим и имеет множество привилегий. Он обладает правами отдельного города, имеет собственные правительство (муниципальную корпорацию), мэра (лорд-мэра), полицию, герб, флаг и девиз.

Лондонский Сити находится на берегу реки Темзы, а его границы почти полностью совпадают с расположением Лондонской стены, построенной еще во II веке нашей эры Римской империей для защиты своего поселения Лондиниум. Сегодня это один из крупнейших деловых и финансовых центров мира, при этом каждый год прибавляющий по 3% к ВВП Великобритании (рис. 1). В Лондонском Сити находится большое количество деловых центров, офисов, ресторанов, кафе, баров, магазинов и пр. Его население составляет всего лишь около 8 тысяч человек, но на работу сюда ежедневно приезжает более 300 тысяч. К тому же это весьма популярное место у туристов, где сохранилась средневековая планировка города, имеется множество старинных зданий и других достопримечательностей (например, собор Святого Павла, Лондонский мост и одна из старейших крепостей Англии – Лондонский Тауэр). При этом объекты старины соседствуют с небоскребами, например с самым узнаваемым символом Лондона – высотным зданием «Огурец». Развита и подземная инфраструктура, например метро и подземные части небоскребов.

 

Рис. 1. Лондонский Сити – один из крупнейших деловых и финансовых центров мира, где небоскребы соседствуют с историческими зданиями [10]
Рис. 1. Лондонский Сити – один из крупнейших деловых и финансовых центров мира, где небоскребы соседствуют с историческими зданиями [10]

 

Естественно, в Лондонском Сити земля стоит очень дорого, поэтому там и выросло столько супервысотных зданий. Но в таких стесненных городских условиях очень трудно вести строительство, поэтому для создания каждого нового объекта там приходится принимать уникальные проектные решения и применять инновационные технологии.

В данной статье будет кратко рассказано о проектировании и строительстве одного из самых высоких и стильных зданий Лондона – жилого комплекса «Принсипал Тауэр» (Principal Tower – «Главная Башня») на границе между Лондонским Сити и столичным районом Шордич, славящимся своей вечерней жизнью (рис. 2).

 

Рис. 2. Высотное здание «Принсипал Тауэр» [4, 8, 20]
Рис. 2. Высотное здание «Принсипал Тауэр» [4, 8, 20]

 

«Принсипал Тауэр» – новая достопримечательность Лондона

 

В качестве девелопера, сопровождавшего процесс создания 50-этажного (163 м) и при этом элегантного жилого комплекса «Принсипал Тауэр» на всех этапах, выступило партнерство из трех практически международных компаний из США, Канады и Британии – Brookfield, Concord Pacific и W1 Developments. Ультрасовременные архитектурные решения и дизайн интерьеров были разработаны всемирно известным британским архитектурным бюро Foster and Partners («Фостер и партнеры»). Проектированием занималась инжиниринговая, проектная и консалтинговая канадская компания с британскими и американскими корнями WSP Global Inc. (с международным брендом WSP – от Williams Sale Partnership), успешно предоставляющая свои услуги по всему миру.

Работа над этим проектом была начата еще в 2008 году, но из-за финансового кризиса произошла задержка и само строительство началось только в 2015 году. А уже в 2019 году возведение этого ставшего знаковым для Лондона небоскреба было закончено и ознаменовало завершение более крупного проекта – многофункционального инфраструктурного комплекса «Принципал Плейс» (Principal Place – «Главное Место»), призванного стать основным общественным пространством в этом оживленном районе. Стоимость нового небоскреба составила 200 миллионов фунтов стерлингов.

«Принсипал Тауэр» внешне состоит из трех вертикальных блоков разного размера и в плане похож на крест размером менее 25 м х 25 м. Эти три блока объединены общей «оболочкой» в виде остекления квартир от пола до потолка, широких решеток цвета латуни и просторных изогнутых балконов, «смягчающих» форму здания (рис. 3).

 

Рис. 3. Квартиры небоскреба «Принсипал Тауэр» имеют панорамное остекление и просторные изогнутые балконы [4]
Рис. 3. Квартиры небоскреба «Принсипал Тауэр» имеют панорамное остекление и просторные изогнутые балконы [4]

 

Небоскреб включает 301 квартиру (в том числе пентхаусы) с великолепными видами на Лондон, с полностью оборудованными кухнями и другими комфортными условиями для жизни (рис. 4). При этом там имеется множество дополнительных помещений и услуг для жильцов: двухэтажное лобби c большим холлом, круглосуточные консьерж-сервис и охрана, бассейн, сауна, джакузи, СПА-салон, тренажерный зал, фитнес-зал, кинотеатр, зал для бизнес-встреч, винный погреб, охраняемые подземные парковки для автомобилей и для велосипедов и пр. Поэтому данный жилой комплекс часто называют многофункциональным. Вокруг здания имеется небольшая, но уютная озелененная территория (рис. 5).

 

Рис. 4. В одной из квартир жилого комплекса «Принсипал Тауэр» [4]
Рис. 4. В одной из квартир жилого комплекса «Принсипал Тауэр» [4]

 

Рис. 5. Вокруг здания «Принсипал Тауэр» имеется небольшая, но уютная озелененная территория [8, 17]
Рис. 5. Вокруг здания «Принсипал Тауэр» имеется небольшая, но уютная озелененная территория [8, 17]

 

Преодоление ограничений строительства небоскреба с небольшой площадью основания

 

Как уже упоминалось, «Принсипал Тауэр» при высоте 163 м (50 этажей) имеет поперечное сечение всего лишь 25 м х 25 м. Это отчасти было обусловлено относительно небольшим участком, доступным для реализации проекта. Ведь вокруг находились уже существующие здания, в том числе третий по загруженности во всей стране железнодорожный вокзал «Ливерпуль-стрит», от которого отходят шесть железнодорожных путей (а вскоре будут построены еще два). Кроме того, площадка будущего строительства находилась довольно близко к тоннелю викторианской эпохи, облицованному каменной кладкой, с проходящими внутри путями Центральной линии Лондонского метро (рис. 6–8). К тому же при точном выборе расположения пятна застройки небоскреба архитекторы и проектировщики учли требование городских властей о сохранении видов на ключевые достопримечательности Лондона (прежде всего на Вестминстерское аббатство и собор Святого Павла) и решили спрятать железную дорогу под восточным крылом башни (пути должны были проходить на уровне цоколя здания).

 

 

Рис. 6. Условные схемы расположения небоскреба «Принсипал Тауэр» (PRINCIPAL TOWER) [12]
Рис. 6. Условные схемы расположения небоскреба «Принсипал Тауэр» (PRINCIPAL TOWER) [12]

 

Рис. 7. Модель, построенная в Plaxis 2D, которая в том числе показывает расположение пятна застройки небоскреба «Принсипал Тауэр», защищенного коридора для восьми железнодорожных путей (шести существующих и двух планируемых) и тоннеля с проходящими внутри путями Центральной линии Лондонского метрополитена (с изолиниями смещений) [1]
Рис. 7. Модель, построенная в Plaxis 2D, которая в том числе показывает расположение пятна застройки небоскреба «Принсипал Тауэр», защищенного коридора для восьми железнодорожных путей (шести существующих и двух планируемых) и тоннеля с проходящими внутри путями Центральной линии Лондонского метрополитена (с изолиниями смещений) [1]

 

Рис. 8. Трехмерная визуализация расположения небоскреба «Принсипал Тауэр» (с другого ракурса по сравнению с рисунками 6 и 7) [1]
Рис. 8. Трехмерная визуализация расположения небоскреба «Принсипал Тауэр» (с другого ракурса по сравнению с рисунками 6 и 7) [1]

 

«Принсипал Тауэр» в процессе строительства и эксплуатации не должен был оказать отрицательного влияния ни на окружающие здания, ни на железную дорогу, ни на тоннель метро. Тут требовался новаторский инженерный подход. Прежде всего было жизненно важно получить разрешение на строительство от ответственной за железную дорогу компании Network Rail.

Учитывая все это, девелоперы поручили надежнейшей компании WSP продемонстрировать, что безопасная реализация видения архитекторов возможна, причем при разумных затратах, а затем разработать детальный проект и осуществить управление строительством.

Руководство WSP понимало, что реализовать задуманное с помощью традиционного программного обеспечения для проектирования не получится. Выбор пал на приложения Bentley – программный комплекс PLAXIS для решения геотехнических задач и программу RAM Concept для автоматизированного проектирования железобетонных перекрытий и фундаментов с контролем их соответствия строительным нормам и эффективности (следует отметить, что компания WSP уже до этого была опытным пользователем программных продуктов Bentley и по опыту знала их ценность).

С помощью PLAXIS был выполнен анализ нескольких вариантов проектных решений для небоскреба с последующим выбором оптимального. Также были смоделированы и проанализированы смещения грунта при строительстве котлована, подземных помещений, наземной части здания и при его последующей эксплуатации.

Вооружившись информацией, полученной в результате анализа в PLAXIS, компания WSP использовала RAM Concept на всех этапах проектирования фундамента и подземных этажей, начиная с концепции и заканчивая детализацией в соответствии со строительными нормами (в том числе способность этой программы моделировать опоры упругими в виде мягких пружин, а не более жестких форм позволила получить более точную модель поведения фундамента и его реакций на колебания от движения поездов). Кроме того, оптимальное проектирование наземной части здания в RAM Concept позволило снизить использование армирующих и крепежных материалов на 60% (на 17 т), причем строгие строительные нормы все равно были полностью соблюдены.

Детальный анализ смещений грунта в PLAXIS и проектирование в RAM Concept доказали, что строительство не нанесет ущерба окружающим зданиям, железнодорожным путям и историческому тоннелю метро, поэтому уполномоченные органы дали разрешение на строительство.

Был выбран свайно-плитный фундамент и, как уже упоминалось, должны были быть построены два подземных этажа. Чтобы справиться с ограничениями проекта из-за плотной городской застройки, было решено применить метод строительства котлована «сверху вниз» (top-down), то есть использовать поярусное создание конструкций для постоянного и временного крепления котлована с последующей поярусной выемкой грунта сверху вниз. Преимуществом этой технологии являлось минимальное влияние устройства котлована на окружающую застройку (к тому же имелась возможность одновременно с выполнением подземных работ безопасно возводить некоторые наземные части здания). Наиболее важную роль сыграла предварительно созданная железобетонная плита первого этажа (на уровне поверхности грунта с западной стороны башни, то есть с другой ее стороны относительно железной дороги и тоннеля метро). Эта плита временно служила в качестве основной «распорки» во время строительства котлована.

Проект предусмотрел также формирование стен защищенного коридора для восьми железнодорожных путей непосредственно под восточным крылом небоскреба с помощью свай диаметром 1,5 м (буронабивных, с оболочками из обсадных труб) и мощных ростверковых балок высотой 6 м (рис. 9). Причем сваи с восточной стороны коридора оказалось возможным безопасно устроить на расстоянии всего 50 мм от облицованного каменной кладкой тоннеля метро. Таким образом, небоскреб с восточной стороны должен был внешне стоять на земле, а железная дорога должна была быть скрыта под ним и под площадкой рядом с ним (см. рис. 9). Интересно отметить, что работа прилегающих железной дороги и метро во время строительства комплекса «Принсипал Тауэр» не прекращалась ни на минуту. Но частые вибрации от проходящих поездов и необходимость минимальных смещений грунта были полностью учтены.

 

Рис. 9. Трехмерная модель нижних уровней комплекса «Принсипал Тауэр» [1]
Рис. 9. Трехмерная модель нижних уровней комплекса «Принсипал Тауэр» [1]

 

С восточной стороны небоскреба с коридором для железной дороги невозможно было создать достаточно глубокие и широко распределенные сваи фундамента или подходящую наклонную плиту для переноса нагрузок. Поэтому начиная с седьмого уровня была запроектирована передача усилий от веса восточного крыла башни не только вниз, но и к западу через «лабиринты» из специальных конструкций в перекрытиях и железобетонных стенах – так, чтобы основная часть нагрузок пришлась на глубоко заложенные фундаментные конструкции, расположенные западнее защищенного коридора (см. рис. 9, рис. 10). В том числе были предусмотрены наклонные стальные колонны с бетонным покрытием, стальные Y-образные рамы и 50-тонные стальные балки поперек кровли железнодорожного коридора. При этом для противодействия несбалансированным горизонтальным воздействиям на коридор был запроектирован мощной железобетонный «сердечник» в его стене (предварительно напряженный бетонный блок со встроенными в него стальными плитами). Все это вместе стало уникальным сочетанием конструктивных решений.

 

Рис. 10. Трехмерная модель нижней восточной части комплекса «Принсипал Тауэр» (над защищенным железнодорожным коридором), демонстрирующая, что нагрузки от веса башни передаются по «лабиринту» специальных конструкций в несущих колоннах, железобетонных стенах и перекрытиях башни на сваи фундамента, расположенные западнее [1]
Рис. 10. Трехмерная модель нижней восточной части комплекса «Принсипал Тауэр» (над защищенным железнодорожным коридором), демонстрирующая, что нагрузки от веса башни передаются по «лабиринту» специальных конструкций в несущих колоннах, железобетонных стенах и перекрытиях башни на сваи фундамента, расположенные западнее [1]

 

Заключение

 

С помощью таких приложений Bentley, как PLAXIS и RAM Concept, было разработано наиболее эффективное проектное решение для возведения комплекса «Принсипал Тауэр» – надежное, безопасное для окружающей инфраструктуры, с учетом видения архитекторов и владельцев проекта и при этом с минимально возможными затратами на материалы и работу. Эти же программы обеспечили создание проектной документации.

В результате строительство небоскреба «Принсипал Тауэр» было успешно выполнено и он стал еще одним украшением Лондона. Отметим, что за работу над этим проектом компания WSP стала одним из победителей конкурса «Год в  инфраструктуре – 2020», в рамках которого присуждаются награды за наиболее значительные достижения пользователей программного обеспечения Bentley в сферах проектирования, строительства и эксплуатации инфраструктуры по всему миру.

Так же как для тонкой ручной работы нужны лучшие инструменты, инженерам необходимы особые программы для разработки сложных технических решений. Приложения Bentley стали незаменимыми для подготовки детальных инженерных решений, необходимых для проектов высокой сложности, таких как Principal Tower.
Нелло Петриолли, заместитель руководителя и ведущий инженер-проектировщик компании WSP.
Большинство традиционных программ для проектирования было разработано в академических кругах, а приложения Bentley ориентированы на реальную работу проектировщиков.
Яна Миллер, менеджер по маркетингу продукции Bentley

 


Источники

1.      bentley.com/en/about-us/news/2020/october/21/bentley-systems-announces-winners-of-yii-2020-awards.

2.      bentley.com/ru/project-profiles/2020/wsp_principal-tower.

3.      citymatters.london/first-look-principal-tower/.

4.      dezeen.com/2019/11/28/foster-partners-principal-tower-london/.

5.      en.wikipedia.org/wiki/Principal_Tower.

6.      firstlondonproperty.com/principal-tower/.

7.      geoln.com/ru/united_kingdom/london/principal-tower.

8.      homesoverseas.ru/complex/Principal_Tower.

9.      inzhenery.ru/stati/ustrojstvo-buronabivnykh-svaj-s-primeneniem-obsadnykh-trub.

10.  lingua-airlines.ru/articles/vse-o-londonskom-siti/.

11.  mocctroy.ru/top-down.html.

12.  newcivilengineer.com/innovative-thinking/principal-towers-foundations-dodge-the-tracks-at-liverpool-street-03-09-2021/.

13.  prod-bentleycdn.azureedge.net/en/project-profiles/2020/wsp_principal-tower.

14.  pytrip.ru/londonskij-tauer-tower-of-london-istoricheskij-centr-londona/.

15.  royaldesign.ua/ru/5-shedevrov-iz-stekla-i-stali-ot-forestpartners.bX8Nk/.

16.  translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.bc00dc4a-61ae7db8-398560fb-74722d776562/https/en.wikipedia.org/wiki/WSP_Global.

17.  twitter.com/principaltower?lang=ru.

18.  wsp.com/en-GB/projects/creating-principal-tower.

19.  yandex.ru/maps.

20.  youtube.com/watch?v=VpdcKtAZwPA&t=591s.

 

 

Отправить сообщение, заявку, вопрос

Отправить заявку на посещение мероприятия

Отправить заявку на участие как экспонент

Запросить консультацию специалистов по данному техническому решению