Здания висячей конструкции

• Текст:Е. Иванова
  9 ноября 2026
• Добавить в кабинетДобавлено в кабинет

В конце XIX века при конструировании многоэтажных зданий и массивных каменных стен перешли к каркасам стальным и железобетонным. Далее в середине нашего века — к каркасам с навесными панелями, непрерывно увеличивая при этом шаг колонн. После Второй мировой войны появилась новая несущая схема многоэтажных зданий, получившая в шестидесятых годах широкое распространение. Все чаще применяется решение, состоящее из жесткого пустотелого объема, заделанного в фундамент, находящегося в центре здания — так называемой шахты — и наружных несущих колонн, расположенных по периметру здания. Горизонтальные усилия от ветра, действуя на поверхность наружных стен, передаются через перекрытия, работающие как диафрагмы, на центральную шахту. При такой конструкции междуэтажные так и горизонтальные, передаются на наружные стены. Между шахтой, в которой обычно заключены вертикальные коммуникации, и наружными стенами остается свободное от промежуточных опор пространство пролетом 10—13 м, что открывает возможности для гибкой планировки. Этот же принцип сохраняется и при висячих конструкциях зданий с той существенной разницей, что все нагрузки, как вертикальные так и горизонтальные, передаются на шахту, а через нее на фундамент. Если в предыдущем случае нагрузка от здания воспринималась фундаментами и шахты и наружных стен, то здесь нагрузка от фасадных стен передается через подвески на несущие фермы или балки, опирающиеся на центральную шахту. Таким образом, все приходящиеся на здание нагрузки сходятся к шахте и воспринимаются ею самой и ее фундаментом. Естественно, что устройство одного фундамента вместо многих, особенно при слабых грунтах, является серьезным преимуществом данной системы.

Обычная схема многоэтажного здания висячей конструкции состоит из центральной объемной шахты или малого числа колонн, являющихся опорой консольно выступающих ферм или системы балок, к которой крепятся подвески, несущие междуэтажные перекрытия и наружные стены.

Если в первых зданиях такого типа применялись подвески исключительно из стали, то теперь уже встречаются подвески из предварительно напряженного железобетона. Междуэтажные перекрытия часто изготовляют внизу и поднимают одно за другим способом подъема перекрытий и закрепляют на подвесках и к шахте. Для удешевления и облегчения подвесок сечение их уменьшают каждые несколько этажей.

Большинство построенных или запроектированных висячих систем в большей или меньшей степени соответствует этой схеме. Однако, вследствие того, что висячие здания начали строиться недавно, каждое новое здание вносит свои модификации и поэтому каждое новое решение интересно, как привносящее что-либо оригинальное в этот еще неустоявшийся тип конструкций.

Естественно, что отказ от наружных колонн, работающих на сжатие, и замена их тонкими подвесками, работающими на растяжение, оказывают большое влияние не только на внутреннюю компоновку здания, но и на его внешний вид.

Одним из первых крупных зданий висячей конструкции было административное 14-этажное здание в Антверпене, построенное в 1963 году. В этом здании снизу доверху, через все 14 этажей, проходит центральная шахта длиной 35 м и шириной 6 м, в которой сосредоточены все транспортные и обслуживающие помещения. Конторские залы расположены вокруг этой шахты. Все несущие конструкции стальные. Они состоят из семи пар стальных колонн, на которые опираются поперечные сварные 18-метровые балки с консолями. Пролет балок между колоннами так же, как и длина консолей, равны 6 м. Высота балки в пролете 1,6 м. В продольном направлении по колоннам также расположены балки. К этой системе балок прикреплены 22 подвески сечением 7,5X16 см, которые несут перекрытия и панели наружных стен. В четырех средних пролетах между колоннами для обеспечения большей жесткости включены железобетонные элементы.

Другой многоэтажный дом, в котором осуществлялось конструктивное решение с подвесными этажами — построенный в том же году банк в Солт-Лейк-Сити в США. Высота здания — пять этажей. Размер его в плане 50X23 м. Основные несущие конструкции состоят из четырех колонн коробчатого сечения, установленных внутри здания в третях ширины его. На этих колоннах в продольном направлении лежат две большие сварные балки высотой 4,25 м. К каждой балке прикреплены шесть плоских стальных подвесок, несущих междуэтажные перекрытия, на которые опираются внутренние перегородки и наружные стеклянные стены. Средняя часть между колоннами оставлена совершенно свободной, она освещается верхним светом на всю длину и высоту здания.

В Роттердаме в 1966 г. было закончено 11-этажное квадратное в плане административное здание висячей конструкции с основными несущими элементами из железобетона. Центральный пространственный стержень здания — шахта, возведенная в скользящей опалубке, несет здесь консольные балки из предварительно напряженного железобетона. К этим балкам на стальных тяжах подвешены и перекрытия, и фасады. Строительство производилось со стальной монтажной платформы, опускавшейся по мере окончания этажа, по центральной башне, сверху вниз.

В Сан-Педро (Калифорния) в 1966 г. было построено 11-этажное здание Тихоокеанского торгового центра. Поскольку здание имеет вытянутую форму (18X49 м), были запроектированы две железобетонные башни-шахты площадью 6X12 м, являющиеся опорами для двух консольных стальных ферм высотой 5,1 м и длиной 50 м каждая. К нижним поясам этих ферм прикреплены 24 стальные подвески (скрытые внутри перегородок), которые несут поперечные балки междуэтажных перекрытий. Монтаж здания производился методом подъема этажей.

Применение висячей несущей конструкции позволило фирме Тализин Артишекс, основанной Франком Л. Райтом, построить в Луисвилле (США) 15-этажное здание страховой компании с фасадами из сборного железобетона, производящего впечатление легкого и прозрачного орнамента. В этом здании очень четко разделена роль обоих несущих материалов — железобетона и стали. Внизу здания видно основание башни из железобетона, работающего в основном на сжатие, а на фасаде — вертикали тяжей из стали, работающей на растяжение.

В 1965 г. в Марле (ФРГ) известная голландская архитектурная фирма Брук и Бакема начала возводить четыре корпуса конторских зданий висячей конструкции высотой 6, 8 и 11 этажей. Во всех зданиях центральная шахта несет верхнее покрытие в виде мощной коробчатой плиты, консольно выступающей над ней во все четыре стороны. Все несущие элементы, включая подвески, запроектированы здесь из железобетона. Из опасения, что стальные подвески смогут удлиняться и укорачиваться под действием временной нагрузки, были приняты предварительно напряженные железобетонные растянутые элементы. Эти элементы были смонтированы из сборных железобетонных секций, соединенных между собой арматурой.

Своей верхней частью подвески закреплены в верхней плите, а на нижнюю их часть опираются выходящие на фасад балки междуэтажных перекрытий, заделанные другим своим концом в центральную шахту.

В этом же 1965 г. в Канаде, в провинции Квебек, было возведено висячее четырехэтажное здание с открытым нижним этажом. Это здание несет не сплошная шахта, а четыре установленные в центре плана железобетонные колонны, являющиеся опорами для двух пар взаимно перпендикулярных железобетонных балок с консолями, равными 7,3 м. Концы консолей связаны жестким стальным обвязочным поясом, от которого опускаются вниз тяжи, скрытые в средниках остекленных фасадных стен. Нагрузка наружных стен и перекрытий передается через тяжи и непосредственно на центральные колонны, образующие в плане квадрат 7,3X7,3 м. Высота колонн 16 м, их сечение 0,5X0,5 м. Длина консольных балок равна 22 м; в третях они опираются на колонны.

В данном случае незастроенное пространство в нижней части вокруг центральных колонн было вызвано необходимостью устройства стоянки для машин. Вообще висячая конструкция зданий удобна для такого рода решений, и нижний этаж вокруг шахты часто оставляют свободным для прохода, проезда, озеленения и пр.

По другому расположены четыре главные опоры административного здания висячей конструкции «Баккарди», построенного в Майами (Флорида). В этой семиэтажной башне, имеющей в плане 10X25 м, вместо центральной шахты, по углам квадрата 10X10 м, поставлены четыре колонны. Колонны несут поверху железобетонные фермы высотой 6 м, с консолями по 7,5 м вдоль фасадов. Нижние сжатые пояса ферм замоноличены в плите верхнего покрытия. Верхний пояс фермы имеет предварительное напряжение. Сжатые диагонали ферм также предварительно напряжены, а растянутые стойки сделаны стальными и покрыты бетоном. К этим фермам подвешены торцовые стены, являющиеся крайними опорами для балок междуэтажных перекрытий. Промежуточными опорами перекрытий являются поперечные балки, соединяющие колонны.

Торцовые стены сделаны из легкого бетона и предварительно напряжены, чтобы гарантировать их от растягивающих усилий, могущих вызвать образование трещин, что было бы особенно нежелательно, так как стены покрыты мозаикой из керамической плитки.

Необычно и интересно применен принцип подвески к конструкции предполагаемого 45-этажного здания биржи в Нью-Йорке. Здесь, для того чтобы избежать колонн в главном операционном зале и облегчить перекрытие пролета над ним, равного 80 м, фермы были перенесены на самый верх здания, где пролет равен 27,5 м. Все нижележащие 40 этажей подвешены к этой верхней ферме и опираются дополнительно на установленные вдоль боковых фасадов наклонные боковые колонны. Таким образом, необычная форма этого огромного сооружения конструктивно оправдана.

Зданием, в котором как бы просуммированы все современные направления в области конструктивных решений высотных зданий, является банк, запроектированный в середине 1966 г. крупнейшей в мире лондонской фирмой инженеров-конструкторов, возглавляемой Ове Эруп. Здание имеет 27 этажей с конторскими помещениями, холл, 7 этажей, занятых механическим оборудованием, и четыре подземных этажа. Все размеры подчинены модулю, равному 1,55 м. Высота здания 137 м.

Основной несущий элемент башни — центральная железобетонная шахта, состоящая из четырех стволов, содержащих лифты, лестницы и т. п. В третях высоты на шахте закреплены консольно выступающие кронштейны со стальными подвесками, несущими нижележащие этажи — один технический и девять с конторскими помещениями. Всего подвесок восемь, каждая из которых состоит из девяти предварительно напряженных тросов, по числу этажей. Висячая конструкция полностью освободила внутренние помещения от колонн, а центральная шахта занимает всего 20—30% от полной поэтажной площади (в зависимости от расположения перегородок).

Одной из характерных черт развития современного строительства, особенно четко выявившейся в связи с возведением зданий висячей конструкции, является совместное применение стали и железобетона. По этому принципу, в частности, в 1966 г. в Голландии возводился административный центр фирмы Филиппе. Применение железобетона для центральной устойчивой шахты и стали для системы подвески и каркаса фасадов позволили получить рациональную конструкцию в целом. Здание имеет 15 этажей. 12 из них — висячей конструкции, высотой 66 м, возвышаются над длинным трехэтажным подиумом. Все сооружение подчинено модулю, равному 1,88 м. Вытянутая в плане башня длиной 70 м несколько расширяется в средней части, достигая ширины 30 м. Центральный объемный стержень, являясь как бы сердечником башни, повторяет в общем конфигурацию плана и состоит из нескольких частей. На этот железобетонный сердечник опираются десять двухконсольных ферм, расположенных симметрично относительно продольной оси с шагом 10 м и с выносом 7 м. Консольные концы ферм связаны обвязочной балкой. Стальные подвески состоят из трех стальных листов 32X300 мм; они несут каркасы фасадов и междуэтажные перекрытия. Междуэтажные перекрытия состоят из стальных балок, по которым уложены сборные железобетонные плиты, замоноличенные поверху слоем железобетона. Своей внутренней частью перекрытия опираются на стены сердечника.

Таким образом, нагрузки передаются через подвески вверх на консольные фермы, от них на объемный стержень и далее на его фундамент.

В 1967 г. в Лондоне начали строить два многоэтажных административных здания с подвесными этажами в принципе одинаковой конструкции: оба здания имеют центральные шахты из монолитного железобетона и стальные консольные оголовки, несущие этажи. Одно из этих зданий высотой 12 этажей, другое — 28 этажей. Стены железобетонных шахт имеют толщину соответственно 30 и 38 см.

Наиболее интересна конструкция высокого здания; на уровне 15-го этажа у него сделан промежуточный консольный пояс. Таким образом, верхние подвески несут перекрытия и фасадные стены верхних 12 этажей (от 16-го до 27-го), а система промежуточных подвесок несет нижние 13 этажей (от 2-го до 14-го). Первый этаж оставлен незастроенным. Квадратное в плане здание 38X38 м имеет прямоугольную, составленную из двух объемов, шахту размером 23X15 м. Для проверки жесткости составного сечения шахты были проведены испытания на модели из пластмассы в 1 : 96 натуральной величины.

Выносы консолей несущих подвески равны 11,4 и 7,6 м, шаг подвесок 3,8 м. На уровне междуэтажных перекрытий здание опоясано комбинированной стале-железобетонной фермой, соединяющей между собой все подвески и служащей для выравнивания напряжений в подвесках на случай местных перегрузок.

Внутри объемов консольных оголовок расположены технические этажи. Нижний сжатый элемент защемлен в стену шахты на уровне пола технического этажа, предварительно напряженная оттяжка от конца консоли идет вверх, до уровня потолка технического этажа, где она соединяется с симметрично расположенной оттяжкой противоположного фасада.

Значительная высота здания необычной конструкции вызвала необходимость проверки сопротивления его ветру, для чего была испытана модель, сделанная в 1 : 240 его натуральной величины.

В Англии запроектировано для Брюсселя еще более высокое здание — 37-этажная башня с центральной монолитной железобетонной шахтой, возводимой методом скользящей опалубки, с подвеской этажей с верхней консольной конструкции. Перекрытия будут сделаны из волнистых плит, так как они обладают повышенной жесткостью. Нижний этаж предполагают оставить незастроенным, что отвечает распространенной тенденции последних лет.

Приведенные примеры показывают, что несмотря на различие в объемах зданий и примененных материалов общие принципы построения зданий с подвесными этажами уже сложились. Сейчас делаются даже попытки приблизить этот тип зданий к сборным конструкциям многоэтажных башен.

В США фирма Шиффарр предложила следующее типовое решение для многоэтажных жилых домов висячего типа с применением железобетона: сборку дома производить секциями, состоящими из центральной железобетонной шахты, стальных подвесок и железобетонных плит междуэтажных перекрытий. Шахта, имеющая в плане 6,1Х6,1 м, будет собираться из объемных блоков. Она будет служить пространственной опорой всего здания.

Другой вариант предложен недавно в Калифорнии. Он состоит из ряда разнообразных решений, которые можно получить комбинацией из шахт различной конфигурации (квадратных, многоугольных, сложной формы), разных типов оголовков и, наконец, подвесных объемных элементов, изготовляемых на заводах. Система эта разработана для башен высотой до 25 этажей. Сборные объемные элементы этой системы имеют площадь 2,4X7,2 м и высоту 3 м. 

План здания с подвесными объёмными элементами

Подсчеты показали, что по сравнению с традиционными конструкциями многоэтажных зданий предлагаемая система позволяет сократить сроки возведения высотных зданий почти на 60%, а потребность к квалифицированной рабочей силе уменьшить до 25% от общего числа занятых рабочих. Последнее обстоятельство существенно в условиях США, которые по их собственному признанию отстают в строительной технике на много лет по сравнению с некоторыми европейскими странами.

Наибольшее развитие многоэтажные здания с подвесными этажами получили в Англии, Голландии, Бельгии, США. В ближайшие годы следует ожидать дальнейшего распространения этих зданий; замена колонн каркаса, работающих на сжатие с продольным изгибом, стальными подвесками, работающими на наиболее выгодной для стали вид усилия — растяжение — целесообразно. Не случайно, поэтому, висячие конструкции непременно фигурируют в большинстве полуфантастических проектов городов или домов будущего.

Как пример можно привести проект вертикального города, предложенного инженером Фришмэном: высота такого супернебоскреба проектируется им равной 3000—3500 м. «Из углов основания вертикально вверх поднимутся четыре железобетонных стержня, образующие основной костяк здания. На каждые 30 этажей будет приходится сбалансированная система арок и подвесок, при этом нижние 15 этажей будут поддерживаться подвесками из высокопрочной стали, а верхние 15 этажей должны опираться на колонны из аналогичного материала».

Мы не беремся судить о том, насколько будет близок к действительности приведенный пример, но дальнейшее строительство высотных зданий неизбежно повлечет за собой развитие новых конструктивных схем, в числе которых здания с подвесными этажами займут не последнее место,