Строящийся Всемирный торговый центр 1 (One World Trade Center) или Башня Свободы является самым высоким из четырех зданий проекта нового комплекса Всемирного торгового центра в нижнем Манхэттене. После окончания строительства в 2013 году он также будет самым высоким зданием в западном полушарии.
Общая высота башни от уровня земли до верха шпиля – 1776 футов (541 м) – соответствует году принятия Декларации независимости США. Высота от уровня земли до крыши здания равна 1368 футов (417 м), что соответствует высоте разрушенных башен-близнецов.
Компания WSP Cantor Seinuk был выбран застройщиком Silverstein Properties в качестве разработчика конструктивной части проекта ВТЦ1. В 2006 году администрация Портов Нью-Йорка и Нью-Джерси заключила соглашение с Silverstein Properties, в рамках которого началось строительство ВТЦ1.
Разрушение башен-близнецов 11 сентября 2001 года вызвало дискуссии в инженерном сообществе всего мира относительно уроков, которые необходимо извлечь и выработки стратегии по смягчению последствии катастроф. После 9/11 были проведены интенсивные исследования, включая доклады, опубликованные Национальным Институтом стандартов и технологий (NIST) в сентябре 2005 года и предлагающие основные принципы будущих норм и стандартов.
Команда проектировщиков должна была разработать проект, соответствующий будущим нормам и стандартам, которые еще не были опубликованы, или превосходящий их. По очевидным причинам многие из специфических технических решений и детали останутся конфиденциальными.
Площадь помещений надземных этажей ВТЦ1 составляет 3 млн. кв. футов (278709 кв.м), подземных – 500000 кв. футов (46453 кв.м). Башня включает в себя 71 офисных этажа, восемь технических этажей, холл высотой 50 футов (15,24 м), двухуровневую смотровую площадку на высоте 1242 фута (379 м), ресторан на верхнем этаже, парковку, торговые площади и доступ к транспортной сети.
_____
Геометрия здания
У основания сечение здания имеет форму квадрата с шириной сторон 205 футов (62,5 м). Офисные этажи начинаются на высоте 190 футов (58 м) после главного холла и четырех технических этажей. Четыре угла башни плавно сужаются к верху начиная с первого офисного этажа, до тех пор, пока у крыши здания сечение башни снова не примет форму квадрата; но уже с меньшей шириной сторон в 145 футов (44 м) и с поворотом на 45 градусов относительно четырехугольника у основания. Грани башни состоят из восьми равнобедренных треугольника. В середине сечение башни представляет собой равносторонний восьмиугольник.
Сужающаяся геометрия здания уменьшает ветровые воздействия. В целом сопротивление ветровым нагрузкам имеет главенствующее значение при проектировании высотных зданий в Нью-Йорке, но подобная форма башни уже само по себе оказывает положительное влияние на поведение здания под действием ветровых нагрузок.
На крыше здания, на высоте 1368 футов (417 м) на железобетонную плиту, которая поддерживается непосредственно ядром жесткости, устанавливается шпиль высотой 408 футов (125 м). Дополнительную поддержку шпилю оказывают круговые решетчатые кольца, устанавливаемые выше уровня крыши и связанные со шпилем посредством кабелей.
Четыре подземных этажа уходят на 70 футов (21,3 м) ниже отметки земли.
Сопротивление боковым нагрузкам
Фундамент здания с несущей способностью от 60 т на кв. фут и более (58,59 кгс/см2) опирается на скальный грунт Манхэттена. В отдельных местах, в связи с ограниченностью территории из-за близости действующих подземных железнодорожных линий, было необходимо заглубить фундамент в скальный грунт для достижения большей несущей способности. Для повышения сопротивляемости здания ветровым нагрузкам, в скальном основании были установлены анкерные сваи длиной 80 футов (24,38 м).
WSP Cantor Seinuk также провел исследование устойчивости железобетонных подпорных стен, окружающих котлован. В результате этого исследования были запроектированы дополнительные диафрагмы жесткости, устанавливаемые в ответственных местах. Существующие подпорные стены были усилены мощной железобетонной обоймой.
____
Через строительную площадку ВТЦ1 проходят линии подземной железной дороги PATH. Эти линии должны были функционировать и во время строительства ВТЦ1; этот фактор был одним из основных при проектировании подземных конструкции башни.
Конструктивная система башни состоит из центрального железобетонного ствола или ядра жесткости и стального каркаса по периметру. Ядро жесткости является стержнем здания, оно воспринимает как горизонтальные, так и ветровые и сейсмические нагрузки. В нем расположены лифтовые шахты и все эвакуационные пути.
Прочность бетона колеблется от 8000 футов на кв. дюйм (562,5 кгс/см2 или 55,1 МПа) на верхних этажах до 14000 фунтов на кв. дюйм (984,3 кгс/см2 или 96,5 МПа) на нижних этажах. Проемы в стенах усилены металлической балкой остающейся в теле бетона.
Металлический каркас по периметру обеспечивает запас прочности для всей несущей системы здания и усиливает устойчивость и пространственную жесткость при ветровых и сейсмических нагрузках.
Заостренная многогранная геометрия здания формирует уникальные конструктивные условия, которые требуют проектирования и изготовления специальных узловых элементов способных воспринимать и передавать большие нагрузки.
Ядро жесткости на верхних технических этажах связано с колоннами по периметру системой дополнительных металлических ферм.
Восприятие горизонтальных нагрузок
Перекрытия в пределах ядра жесткости запроектированы монолитными железобетонными. Перекрытия за пределами ядра жесткости запроектированы железобетонными по металлическим балкам. Как и в других подобных объектах в ВТЦ1 монтаж металлоконструкции, как в пределах так и за пределами ядра жесткости, предваряет бетонные работы. Возведение несущих конструкции в пределах одного этажа состоит их четырех последовательных операции: 1) монтаж металлоконструкции, 2) монтаж металлического настила и бетонные работы за пределами ядра жесткости, 3) устройство железобетонных стен ядра жесткости, 4) устройство монолитного перекрытия в пределах ядра жесткости.
Линейные деформаций, которые необходимо учитывать при строительстве высотных зданий, приобретают особую значимость при комбинированных несущих системах из-за разных свойств материалов.
Линейные деформации
Для учета возможных линейных деформаций несущих конструкций во время и после окончания строительства были проведены соответствующие исследования. Особенно важно было учесть пластические деформации металлоконструкций, остающихся в теле бетона. Основной целью исследований было добиться того, чтобы после окончания строительства, перекрытия здания были на проектных отметках. Чтобы компенсировать линейные деформации, подрядчик должен устанавливать конструкции на отметках чуть выше проектной. Для стальных конструкции этого можно достичь изготовлением колонн с длиной, превышающей проектную, или использованием подкладок или комбинированием обоих способов.
Высокопрочный бетон
Высота башни и значительное превышение высоты здания над размерами ее сечения предъявляют особые требования к прочности и пространственной жесткости конструктивной системы. Для соответствия этим требованиям было решено использовать высокопрочный бетон с прочностью до 14000 футов на кв. дюйм. Это решение на наш взгляд является наиболее экономичным. Бетон с прочностью 14000 psi впервые используется в Нью-Йорке.
Производство такого бетона требует особого состава бетонной смеси. Для уменьшения тепла выделяющегося при гидратации цемента были использованы побочные продукты промышленности, такие как шлак и зола-унос. Они составляют более 50% массы цемента. Это стало еще одним фактором, который помог проекту соответствовать стандарту LEED Gold.
____
Нормы и стандарты
С самого начала одной из главных задач был выбор подходящих строительных норм и стандартов для проектирования. В качестве основных строительных норм использовалось последнее издание New York City Building Code, которое основывается на нормах 1968 года с поправками. Однако понимая важность проектирования объекта в соответствии с самыми передовыми стандартами, мы использовали положения Международного Строительного Кодекса (International Building Code) в отношении ветровых и сейсмических нагрузок. Также использовались стандарты Американского Института Стальных Конструкций (American Institute of Steel Construction).
____
Испытания в аэродинамической трубе
Здание было запроектировано в соответствии с нормами IBC 2003 в части ветровых нагрузок с учетом климатических условии Нью-Йорка. В дополнение была проведена серия испытаний моделей здания в аэродинамической трубе для более точного определения ветровых нагрузок и поведения башни под их воздействием, особенно при ураганных ветрах. Испытания проводились на разных стадиях проектирования в Rowan Williams Davies and Irwin Inc, в Канаде.
К середине 2012 года строительство ВТЦ 1 достигло 100-го этажа и превысило высоту Эмпайр Стейт Билдинг. Завершение строительства запланировано в первой половине 2013 года. Проектирование и строительство этого объекта стало результатом совместных усилий многих групп проектировщиков и строителей в течение нескольких лет, что привело к возведению столь знакового объекта.
Др. Ахмад Рахимьян, Генеральный директор WSP Cantor Seinuk
Йорам Эйлон, Вице-президент WSP Cantor Seinuk
Источник: structuremag.org
____