Создание высотного украшения Миланской площади в Штутгарте с помощью PLAXIS 3D от Bentley

Введение

Город Штутгарт расположен на юго-западе Германии и является столицей земли Баден-Вюртемберг. Это один из важнейших экономических, инновационных, промышленных, транспортных, туристических, культурных и издательских центров страны. Его население составляет около 630 тысяч человек (вместе с окрестностями – 2,7 млн человек), из которых более 40% являются иммигрантами. При этом уровень стабильного благосостояния жителей там наиболее высокий среди всех городов Германии, а качество жизни – одно из лучших в мире.

Штутгарт раскинулся в холмистой местности исторической области Швабия на берегах реки Неккар, протекающей в плодородной долине, история развития сельского хозяйства и виноделия в которой насчитывает не одну тысячу лет. Долину, в которой располагается город, называют Штутгартским котлом. Она защищена от холодных воздушных масс горными массивами Шварцвальд и Швабский Альб. Климат там мягкий континентальный – с жарким летом, прохладной зимой и небольшим количеством осадков. Даже зимой температура там обычно не бывает ниже 0 град. по Цельсию и снег выпадает редко.

Считается, что Штутгарт был основан в 930 году, когда недалеко от места древнего римского поселения возник конный завод, но статус города он получил только в 1219 году. В годы Второй мировой войны город был более чем наполовину разрушен из-за бомбардировок союзников, после чего он восстанавливал свой первоначальный облик в течение нескольких десятков лет.

Он известен как родина первого бензинового двигателя, автомобилей «Мерседес» и «Порше», как мощный центр высоких технологий, наукоемкого производства, автомобилестроения, машиностроения, электроники, микроэлектроники, а также культурной жизни, курортного отдыха и лечения, туризма, развлечений, виноделия, кулинарии и шоппинга. Там расположены не только штаб-квартиры ряда известных немецких компаний («Бош», «Даймлер», «Керхер», «Штиль» и др.), но и представительства множества международных фирм и корпораций. Фондовая биржа Штутгарта – вторая по значимости (после Франкфуртской) торговая площадка Германии. В этом городе и его пригородах – наибольшая в стране плотность научных организаций, имеется несколько университетов и высших школ. На его территории и вокруг имеется множество парков и зеленых зон с живописными холмами, долинами, виноградниками и целебными минеральными источниками.

Штутгарт производит впечатление контрастного и неординарного города (рис. 1). С одной стороны, в этом промышленном гиганте построено множество современных и даже футуристических зданий и сооружений, в том числе международный аэропорт. С другой стороны, там имеется множество старинных памятников архитектуры (в основном восстановленных). Но благодаря архитекторам все это сочетается между собой достаточно гармонично.

Рис. 1. Контрасты Штутгарта [12]

Одной из современных достопримечательностей города является новое здание Штутгартской городской библиотеки, построенное в 2011 году в виде многоэтажного куба с мозаичными окнами и с огромным светлым пространством внутри (рис. 2). В 2014 году перед ним была обустроена новая Миланская площадь, занявшая 5 тыс. кв. м. Она закрыта для движения транспорта, на ней высажены ясени, устроены лавочки и оригинальные водные объекты с фонтанами. Одновременно напротив библиотеки был построен огромный торговый центр «Миланео» (рис. 3). А на юго-западной стороне площади только что было возведено 66-метровое высотное здание, которое называют очень просто – «Башня на Миланской площади» (Turm am Mailänder Platz – нем.) (рис. 4). О проектировании и строительстве этой башни и пойдет дальше речь.

Рис. 2. Штутгартская городская библиотека на Миланской площади снаружи и внутри [8, 14, 24]

Рис. 3. Миланская площадь в Штутгарте. Вокруг ясеней – торговый центр «Миланео» [7, 9, 19]

Рис. 4. «Башня на Миланской площади» в Штутгарте (разные визуализации) [1, 16]

Новое украшение Миланской площади в Штутгарте

Как уже было отмечено, на юго-западе Миланской площади в пределах «Европейского квартала» Штутгарта в 2021 году появился многофункциональный высотный комплекс. В него вошли два отеля (Adina и Premier Inn) на 260 номеров и 169 апартаментов, торговые залы, ресторан, кафе, бар, бистро, бассейн, сауна, тренажерный зал, СПА-салоны и подземный паркинг на 76 парковочных мест. Общая площадь помещений составила почти 30 тыс. кв. м.

Запрос на строительство был подан в городскую администрацию в 2015 году, а само возведение комплекса началось в ноябре 2018 года, для чего был выделен участок треугольной формы площадью 1800 кв. м. Завершение строительства было запланировано на 2021 год, но о сдаче здания в эксплуатацию сведений в доступных источниках пока нет.

Архитектурной доминантой этого объекта стоимостью около 150 млн фунтов стерлингов является 66-метровая башня, включающая 21 этаж (это третье по высоте здание в Европейском квартале). Более низкая 7-этажная часть примерно соответствует по высоте торговому центру «Миланео», расположенному с другой стороны площади. Комплекс также имеет три подземных этажа. На его крышах устроены сады, в нишах на фасаде высажены виноградные лозы, которые орошаются из системы для сбора дождевой воды.

Инвестором выступила немецкая группа компаний Real Estate GmbH, архитектурные решения разрабатывало архитектурное бюро RKW Architektur+, проектирование и строительство вела немецкая компания Ed. Züblin AG, которая входит в австрийскую группу крупнейшего европейского строительного концерна STRABAG («Штрабаг»).

Проектирование и строительство «Башни на Миланской площади»

Основную сложность для возведения «Башни на Миланской площади» представляло то, что на расстоянии всего 20 см в плане от пятна застройки проходили два подземных тоннеля для городских трамваев, построенные открытым способом в 2017 году. В ходе выемки грунта при создании котлована для строительства башни эти тоннели были вскрыты. Один тоннель был вскрыт не только сверху, но и частично сбоку со стороны башни, сформировав уступ на дне котлована. Поэтому ближе к этому тоннелю количество подземных этажей нового высотного комплекса меняется от трех к двум. При этом положение нижней плиты свайно-плитного фундамента учитывает расположение тоннелей.

Но владелец указанных тоннелей не сразу дал разрешение на выемку грунта только с одной стороны от них, поскольку это могло вызвать асимметричное горизонтальное давление на эти подземные сооружения. Чтобы преодолеть указанную проблему, да еще с минимальным влиянием на рентабельность строительства, специалисты Ed. Züblin AG использовали конечноэлементный программный комплекс PLAXIS 3D в целях тщательного геотехнического моделирования этапов строительства, анализа сложных деформаций и выбора оптимальных проектных решений, а также для управления процессом строительства (чтобы на практике не допустить превышения допустимых смещений).

В результате была получена трехмерная конечноэлементная модель для всех этапов создания подпорных стенок бортов котлована, поярусной выемки грунта и дополнительного крепления котлована методом «сверху вниз». В том числе в модель были включены четыре уровня грунтовых анкеров и буронабивные фундаментные сваи нового здания, которые должны были вместе с подпорной стенкой препятствовать горизонтальным смещениям грунта и прилегающих тоннелей (рис. 5).

Рис. 5. Некоторые фрагменты трехмерных конечноэлементных моделей, созданных в процессе анализа строительства котлована и фундамента «Башни на Миланской площади» [11]

С помощью PLAXIS 3D было наглядно показано, что выбранные проектные решения надежны и безопасны как для самой башни, так и для окружающей инфраструктуры, прежде всего для двух подземных тоннелей. Результаты анализа продемонстрировали, что возможны только допустимые небольшие горизонтальные смещения и осадка прилегающего к строительной площадке тоннеля без критических неравномерных смещений в местах стыков его сегментов. Поэтому владелец тоннелей дал разрешение на возведение нового высотного комплекса по выбранному проекту.

Отметим, что в процессе строительства котлована могла возникнуть критическая ситуация в точке, где один из сегментов тоннеля пересекался с подпорной стенкой по диагонали. Во избежание недопустимых деформаций специалисты компании Ed. Züblin AG разработали для этого сегмента боковую поддержку в виде стальной конструкции, соединяющей кровлю и стенку тоннеля с фундаментной плитой нового здания. После установки стальных распорок эта конструкция была удалена.

Заключение

Высотная «Башня на Миланской площади» в Штутгарте возводилась в условиях плотной городской застройки. Прежде всего необходимо было учесть наличие двух подземных тоннелей для трамвайных путей, отделенных от фундамента нового здания всего 20 сантиметрами грунта.

Используя конечноэлементный программный комплекс PLAXIS 3D от Bentley Systems для геотехнического моделирования, анализа и гибкой визуализации, компания Ed. Züblin AG смогла выбрать оптимальное проектное решение для создания котлована и подземных этажей нового высотного здания и затем проконтролировать строительство без рисков для самой башни, прилегающих к строительной площадке подземных тоннелей и окружающих зданий. Это повысило эффективность проекта в целом, дав значительную экономию средств.