Как устанавливали шпиль на небоскребе Лахта Центра.

29 января 2018 на ближнюю надземную орбиту выведен новый российский "спутник". Запуск состоялся в Петербурге, в районе строительной площадки Лахта Центра.

Старт прошел успешно. С понедельника петербуржцы могут наблюдать новое небесное явление: — огни светомаркировки объекта почти на полукилометровой отметке над городом. Также хороший обзор на объект представляется с борта воздушных судов, заходящих на посадку в аэропорт Пулково. 

Конечно, это шутка. На фото – наземная подготовка к монтажу конструктивного завершения шпиля на башне Лахта Центра. Установка прошла в тот же день, 29 января 2018. Главный европейский небоскреб достиг отметки архитектурной высоты — 462 метра. Последний отрезок пути вверх — шпиль башни, высотой 117.5 метров — проделали за пять месяцев. Как шла операция по монтажу в условиях, уникально суровых для мирового высотного строительства – читайте в нашем обзоре.

Огни световой маркировки на шпиле Лахта Центра. 29 января 2018

29 января 2018, строительная площадка Лахта Центра, часом ранее:

Немного ранее:

Ранним утром того же дня:

Этот молниеносный и яркий финал — лишь завершающая часть операции по установке конструкции шпиля небоскреба. Спустимся на сотню метров метров ниже, чтобы узнать всю историю шпиля башни — от самого ее основания.

Парой месяцев ранее

Монтажники-высотники на башне Лахта Центра. Январь, 2018 (кликабельно в первоисточнике)
 

Монтажники и группа инженеров стройконтроля на приемке работ. Шпиль башни. Декабрь, 2017 (кликабельно в первоисточнике)
 

Монтажник у кромки будущего фасада башни. Декабрь, 2017 (кликабельно в первоисточнике)

Страшно ли строить на такой высоте? «Чувство опасности — это нормально. Я раньше на работу не принимал тех, кто говорит, что не боится высоты», — рассказывает инженер команды стройконтроля Лахта Центра Игорь Романенко, — один их тех инженеров, которые выходят с проверками на шпиль башни, — «Главное, чтобы панической боязни не было». 
«Нет. Привык», — делится универсальным рецептом для акрофобов инженер стройконтроля AECOM Александр Пимакин и поясняет: «Башня росла постепенно, а я с ней – с нулевого. Главное на высоте – держать ситуацию под контролем, четко соблюдать правила техники безопасности и охраны труда»…

***

ТЕОРИЯ ШПИЛЯ

Башня росла постепенно – с сентября 2015. Ровно два года спустя – в сентябре 2017 началась уникальная операция по установке шпиля супертолла. Набор высоты ускорился в два раза. Причина – в особенности конструкции завершающей части небоскрёба.

Металлический каркас

Шпиль Лахта Центра – это пирамидальный каркас, составленный из нескольких типов элементов.
Основные несущие конструкции — колонны-стойки из труб метрового сечения.

Каркас шпиля: колонны-стойки, Ø 1020 мм. Декабрь, 2017

Через каждые 8.4 м стойки скреплены горизонтальными и диагональными связями – также трубчатыми, но меньшего диаметра. Горизонтальные элементы – это кольцевые балки. Диагональные – балки-раскосы.

Каркас шпиля: кольцевые балки и балки-раскосы. Декабрь, 2017

Еще один тип элементов шпиля отвечает за его архитектурный объем. 
Башня в плане имеет пятиугольную форму, а по высоте – «ребра», спирально закручивающиеся вокруг центральной оси.

Закручивающаяся форма башни. Внешние углы здания сформированы «ребрами» небоскреба. Январь, 2018

Чтобы шпиль являлся органичным продолжением этого сложного объема, в каркас ввели фахверковые балки, образующие в плане треугольники. Такие конструкции размещены по пяти сторонам и создают внешние углы шпиля.

Фахверковые балки для образования формы шпиля. Декабрь, 2017
 

За счет фахверковых балок шпиль — органичное продолжение башни. Декабрь, 2017 (кликабельно в первоисточнике)

Основные элементы пирамидального каркаса шпиля. Декабрь, 2017

Выше 420 метров, когда шпиль максимально сужается, вместо пяти периметральных колонн появляется центральная колонна-стойка – также трубчатого сечения, диаметром 1420 мм. Заключительные 13 метров – конусообразная завершающая конструкция шпиля.

Общая схема конструктива шпиля

Незамерзающий

На фахверк, образованный силовыми элементами, крепится облицовка шпиля. 
Она имеет важную особенность: вместо стекла в рамах установлена сетка из нержавеющей стали и на отдельных участках – перфорированный металл.

Образцы сетки и перфорированного металла для облицовки фасада шпиля. Макетная площадка. Июнь, 2016

Сетка в фасадном профиле. Шпиль Лахта Центра. Декабрь, 2017

Замена стекла на сетку – необходимость в условиях петербургского микроклимата. 
Влажность и холод способствуют образованию наледи, а большая часть шпиля проходит через неотапливаемое пространство.

Неотапливаемый металл на высоте: обледенение кранов. Январь, 2018

Ячеистая структура поверхности препятствует сращиванию снега в пласты, а льда — в крупные сосульки. При сходе, например, под порывами ветра, снег распадается на мелкие фракции. В других случаях проволока сетки становится подобием арматуры, на которую нарастает лед – усиленный металлически стержнем, он более устойчив к самопроизвольному скалыванию.
Для примера – фото крана, на котором можно сравнить образование снежного пласта на сплошной и сетчатой поверхности:

Образование снежного покрова на неотапливаемой металлической поверхности:
1 – сплошная обмерзшая поверхность со снежным покровом
2 – поверхность с ячеистой структурой, снежный пласт не сформирован

Принятие решения по облицовке фасада делали, конечно, не в ходе наблюдений за кранами – это просто иллюстрация. Лахта Центр – самый северный небоскреб мира. Дело усугубляется переходным к морскому климатом, с влажностью в 94 % и активной циркуляцией воздушных масс с быстрой и частой сменой погоды. Для системы <abbr>ПОС</abbr> рассматривали разные варианты, например – покрытия, предотвращающие адгезию металла со льдом.

По итогам расчетов и серии натурных испытаний в России и Канаде, остановились на наиболее эффективном варианте – сетчатой облицовке. А для особых погодных случаев в части конструкций шпиля заложен профиль с нагревательным кабелем. При достижении определенных показателей по льдооборазованию, <abbr>АСУЗ</abbr> включает небольшой подогрев, для предотвращения образования наледи.

Испытания ПОС для Лахта Центра 

Нагревательные элементы запустят уже после завершения прокладки инженерных систем небоскреба.

Как совместить типы фасадов

Будет ли заметна разница между стеклом и сеткой в фасаде небоскреба? Подобрать два разных материала так, чтобы они выглядели, как одинаковые — вызов для проектировщиков. Толщину, цвет, фактуру стальной проволоки для изготовления сетки долго и тщательно подбирали.

Фасадные элементы шпиля. Декабрь, 2017

На руку проектировщикам – высота. Если на расстоянии метра стекло от сетки отличит любой, то за полкилометра, с учетом тщательного подбора фактуры материалов, это маловероятно.

Пройти сквозь фасад

Будет ли внутрь шпиля из-за его сетчатой облицовки попадать осадки? Насекомые? Птицы?
Высота ячейки сетки небольшая – немногим более 25 мм. Дальше мельчить не стали – это бы увеличило парусность шпиля. Укрупнять – тоже, иначе бы стал актуален вопрос о птицах. Остаются вездесущие комары. Но выше 20-го этажа башни их полетов пока не наблюдали.

Ячейка сетки фасада шпиля

А вот снег и дождь в подшпилевое пространство попадать смогут. Но большой проблемы это не представляет. Все, что разместится внутри шпиля, выполнено из антикоррозийных материалов, устойчивых к разным погодным условиям. Небольшое накопление осадков на верхнем перекрытии – допустимая вещь. Ведь никого всерьез не беспокоит снег или лужи на крыше дома? Не страдает от осадков петербургская телебашня, не закрывают в снег или дождь трубы заводов.

***

ЧЕТЫРЕ ШАГА ДО ВЕРШИНЫ

Операцию по установке шпиля разделили на четыре этапа – в соответствии с особенностями его четырех конструктивных зон.

Шаг 1: Зона рекорда

Сентябрь-октябрь 2017

Первая зона – переходное, условно «предшпилевое» пространство. Это — обитаемая и отапливаемая часть, с 83 этажа и до 88 уровня (отметка 378 метров).

Уровень 88. Выше – только шпиль 

Пять переходных этажей башни отличает от остальных только то, что несущие периметральные композитные колонны уступают место стальным колоннам-стойкам. В остальном – отличий нет: присутствуют все элементы конструктива других обитаемых зон небоскреба: ядро, межэтажные перекрытия, стеклянный фасад…

На 83 уровне, конец августа 2017. Первый участок со стальными колоннами-стойками

Колонны-стойки имеют меньший диаметр по сравнению с композитными. Помимо конструктивной возможности уменьшить сечение, в этом есть плюс эксплуатационного свойства: улучшенный обзор в панорамном ресторане и на обзорной площадке Лахта Центра.

Панорамный ресторан на 76 этаже башни Лахта Центра. Визуализация

Переходное пространство заканчивается перекрытием на 88 уровне. Условно перекрытие на 88-м можно назвать «кровлей» здания. На этапе прохождения этого уровня Лахта Центр стал самым высоким небоскребом Европы, обогнав башню Федерация – еще до монтажа фахверка шпиля.

Шаг 2: Пять колонн

Октябрь-декабрь 2017

Второй этап — с 89 до 100 уровня (отметка 428 м). Тут мы уже видим фахверк шпиля в чистом виде. С 89 уровня количество колонн уменьшается с десяти до пяти: этого достаточно, чтобы нести облегченный каркас и облицовку из стальной сетки. Шпиль весит около 2000 тонн – практически незаметная величина в 670 000 тонн общей массы башни. 

Для того, чтобы колонны сохраняли правильное пространственное положение с момента их установки до момента закрепления кольцевыми балками и раскосами, строители применяли временные конструкции-распорки. Сборка фахверка – алгоритм из нескольких последовательных операций: монтаж колонн – закрепление распорками — монтаж диагональных и кольцевых балок — демонтаж временных конструкций.

Фасад пока не закрепляют: ниже, на 88 уровне, твердеет бетон межэтажного перекрытия. Зато сразу монтируется лестница и система подвесных площадок по периметру будущего фасада шпиля. В жизни шпиля после стройки по этим путям будут передвигаться те, кто обслуживает конструкцию и размещенное внутри оборудование. Англоговорящие подрядчики называют такие подвесные «дороги» «кошачьими» — cat waу.

Подвесная площадка в шпиле башни. Январь, 2018

Шаг 3: Центральная ось, земля – небу

Декабрь 2017- январь 2018

Отметка 420 метров – последний уровень стальных периметральных колонн. На этом участке они передают несущую эстафету центральной колонне-стойке.

Опускание на монтажный уровень первого отрезка центральной колонны. Декабрь 2017

Переход от периметральных колонн к центральной стойке. Январь, 2018

Конструктив самых высоких уровней башни собирают на земле. Это – блоки шпиля, которые начинаются с сотого уровня. На земле монтируют по две кольцевые балки с фасадным элементом между ними.

Сборка элемента шпиля на земле. Январь, 2018

Затем кран поднимает собранный элемент на высоту, и монтажники устанавливают его на центральную трубу, как на стержень пирамиды.

Подъем сборного блока

Общий вид шпиля в преддверие финала. Январь, 2018

Шаг 4: Финал!

Январь 2018

28-29 января 2018 — отметка 449 м. Установка финальной конструкции шпиля. Это – самая сложная часть всей операции. Максимальная высота, ветер, особенности конструктивного завершения шпиля и наращивания кранового оборудования – вот те факторы, которые делают эту часть процесса исключительной. 

О том, как это происходило – читайте во второй части обзора. Там вы найдете ответы на вопросы: чего ждали строители несколько дней перед началом операции? Почему специалисты по кранам считали, что установка финальной части шпиля краном невозможна? Почему не позвали вертолеты? Как проходили будни строителей на заоблачных отметках? И какой самый частый ответ на вопрос – что больше всего запоминается на стройке в Лахте. 


***

Благодарим за помощь в подготовке материала инженера строительного контроля службы заказчика МФК Лахта Центр Игоря Романенко, инженера строительного контроля AECOM Александра Пимакина, инженера Renaissance Construction Рустама Дощанова, сервис-инженера компании Liebherr Сергея Прочухана. 

Фотографии Вячеслава Королева (операция по монтажу шпиля, внутри шпиля), Алексея Свотина (фото с кранов), Руслана Генка (фото с кранов), Николая Гонтаря (лето), Ивана Смелова (лето), Игоря Романенко (облака), Рустама Дощанова (краны, операция по монтажу шпиля), Александра Пимакина (облака над городом, закат).