Jak powstają nowoczesne wieżowce?

Wieżowce są charakterystycznymi elementami współczesnych dużych miast. Nowoczesne, wysokie biurowce powstają jako wyspecjalizowane obiekty nastawione przede wszystkim na komfort użytkowników. To budynki liczące 100, 200 i więcej metrów, nierzadko dominujące nad otoczeniem, o kilkudziesięciu kondygnacjach nadziemnych i zazwyczaj także kilku kondygnacjach podziemnych.

Jakie wyzwania czekają na projektantów konstrukcji budynków wysokościowych? 

Projektowanie wysokich budynków wiąże się z koniecznością rozwiązania wielu dodatkowych, złożonych problemów, które nie występują w trakcie projektowania niższych obiektów. Jednym z najistotniejszych z nich jest wpływ obciążenia wiatrem na budynek. Jest ono głównym obciążeniem wymiarującym trzon budynku i wpływającym na określenie jego sztywności.

W celu obliczenia wpływu obciążenia od wiatru przeprowadza się coraz częściej badania w tunelu aerodynamicznym, na których podstawie możliwe jest opracowanie precyzyjnych wytycznych obciążeniowych dla projektanta. Podczas badań, które wykonuje się dla nawet kilkudziesięciu kierunków wiatru, niezbędne jest uwzględnienie wpływu pozostałych okolicznych obiektów wysokościowych, zarówno już istniejących, jak i dopiero powstających – tłumaczy specjalista z biura projektów Fort Polska z Bydgoszczy, które zajmuje się projektowaniem budynków wysokościowych.

Na etapie projektowania koniecznie jest uwzględnienie zabezpieczenia konstrukcji budynku przed katastrofą postępującą, tzn. taką, w przypadku której dochodzi do sekwencyjnego zniszczenia kolejnych elementów konstrukcji, czego skutkiem jest zawalenie się całego ustroju lub jego znacznej części. Nieodzowne jest również przeanalizowanie efektu skrótu konstrukcji, czyli odkształceń w kierunku pionowym powstających zarówno od ogromnych obciążeń, jak i czynników reologicznych (zmian cech materiałowych w czasie). Skróty obliczane są przede wszystkim dla słupów i ścian. Wyróżnia się skróty sprężyste, które wynikają z obciążenia, wymiarów konstrukcji i cech materiałowych, oraz skróty od skurczu i pełzania, zależne od takich czynników, jak wilgotność i temperatura powietrza podczas wysychania betonu czy rodzaj zastosowanego cementu.

W przypadku budynków, które mają zostać wzniesione w pobliżu linii metra, konieczne jest wykonanie dwóch dodatkowych analiz:

• wpływu głębokiego wykopu na stateczność tuneli metra – analizę taką wykonuje się za pomocą programu do analiz geotechnicznych;
• wpływu drgań od metra na budynek oraz ich odczuwalność dla ludzi znajdujących się w obiekcie – analizę taką wykonuje się po zrealizowaniu pomiarów drgań na działce, na której powstanie budynek.

Wykorzystanie technologii BIM w projektowaniu wieżowców 

Projekty budynków, w tym wysokościowych, wykonuje się coraz częściej w oparciu o technologię BIM (ang. Building Information Modeling, pol. Modelowanie informacji o budynku). Odpowiednio przygotowany model BIM jest ogromną bazą danych, która zapewnia ciągły i natychmiastowy dostęp do informacji o projekcie, jego kosztach i harmonogramach. Technologia BIM w znaczący sposób ułatwia współpracę pomiędzy wszystkimi uczestnikami procesu inwestycyjnego. Trójwymiarowy, sparametryzowany model pozwala na wychwycenie i wyeliminowanie kolizji międzybranżowych, dzięki czemu ogranicza się występowanie niespodzianek podczas realizacji obiektu, co przekłada się na wyższą efektywność prac i redukcję kosztów inwestycyjnych. To technologia, która zupełnie zmienia podejście do projektowania i realizacji inwestycji.