Здания и сооружения любого масштаба нуждаются в регулярном наблюдении, подтверждающем надёжность фундамента и надземных строительных конструкций, способность противостоять сильным ветрам, сейсмическим толчкам — и множеству прочих опасностей. Такое наблюдение, или мониторинг, на уникальных объектах проводится постоянно, в автоматическом режиме. Не стал исключением и «Лахта-Центр» — самый высокий из российских и европейских небоскрёбов. Об особенностях современного мониторинга зданий на примере строящейся санкт-петербургской башни расскажет «Моспроекткомплекс».
«Лахта-Центр»: краткая история мониторинга
«Лахта-Центр» — высочайшее в Европе многофункциональное здание: на начало 2022 года его высота составляет 462 метра. История мониторинга «Лахта-Центра» включает следующие этапы:
- С 2013 года, когда были вбиты сваи, осуществлялся регулярный мониторинг состояния грунтов.
- С 2015 года, когда был заложен коробчатый фундамент, в ручном режиме проводился мониторинг действующих на него деформирующих нагрузок.
- С 2016 года была запущена система автоматического контроля состояния фундамента и грунта.
- С 2018 года внедряются системы автоматического мониторинга прочих строительных конструкций — в настоящее время ими охвачено более 85% «Лахта-Центра».
В дальнейшем планируется интегрировать системы мониторинга и управления зданием — так, чтобы «Лахта-Центр» находился под управлением единого автоматизированного комплекса.
Гидрогеологический мониторинг
Одна из первых сложностей, с которыми пришлось столкнуться разработчикам «Лахта-Центра», — особенности грунта: на поверхности это нестабильный, размытый глинистый слой, не способный нести массу гигантского небоскрёба. Проблема была решена забивкой свай, переносящих нагрузку на залегающий на глубине около 20 метров слой вендских глин.
Для контроля состояния грунтов, а также закладных конструкций, на 12 свай были установлены струнные тензометры (датчики деформации), расположенные на 7 высотных уровнях. Система мониторинга позволяет прогнозировать осадку небоскрёба и подбирать способы компенсации неблагоприятных изменений. Под нижней плитой фундамента размещены 10 датчиков, способных замерять давление до 5,0 МПа, а оценивать скорость осадки здания позволяют 8 пьезометров, показывающих давление 0,7…1,0 МПа, заложенных в 5 скважин.
Мониторинг фундамента
Большая часть массы «Лахта-Центра» ложится на сравнительно небольшой участок радиусом 13 метров. Концентрация нагрузок на этой территории создала бы огромное давление порядка 6,5 МПа. С целью увеличения нагружаемой площади использован коробчатый фундамент, включающий верхнюю и нижнюю бетонные (класс В60) плиты толщиной 3,6 и 2,0 метра соответственно, а также 10 промежуточный диафрагмальных перегородок общей толщиной 2,5 метра.
Система мониторинга нагрузок на коробчатый фундамент «Лахта-Центра», наиболее сложная из устроенных в здании, включает 1210 струнных тензометров, объединённых в 196 створов. Тензометрические датчики расположены в разных участках и на разной высоте створов, что позволяет получать максимально точную объёмную картину деформирующих усилий.
Выбор в качестве основных датчиков струнных тензометров обусловлен:
- Долгим сроком службы: тензометрические датчики способны работать десятилетия с момента установки.
- Чистотой информации: сигнал, представляющий собой струнные колебания, без искажений передаётся на большие расстояния.
- Стабильностью результатов: тензометрические датчики не боятся влаги и электромагнитного поля.
Система автоматического контроля включает и датчики размещённые на надземных уровнях здания — от нижних этажей до шпиля.
Мониторинг надземных конструкций
«Лахта-Центр» включает 86 надземных этажей и 3 подземных уровня. «Закрученность» здания обеспечивается поэтажным смещением позиций плит перекрытия: пяти пластин, соединённых центральным фрагментом круглой формы. Стальной шпиль представляет собой пирамиду с пятью вертикальными гранями, опирающуюся на плиты 83 этажа. Ширина грани в нижней части — 16,3 метра при общей высоте шпиля 118 метров.
В состав надземной системы автоматического мониторинга небоскрёба входят:
- 1257 струнных тензометрических датчиков, измеряющих деформацию несущих конструкций.
- 26 наклономеров, позволяющих контролировать крен небоскрёба.
- 17 акселерометров, предназначенных для оценки сейсмических и ветровых нагрузок.
- Антенна GNSS-приёмника для геодезического мониторинга.
В общей сложности в систему автоматического мониторинга «Лахта-Центра» на конец 2018 года входило 9 датчиков давления, 39 пьезометров и более 2300 тензометров. Информация непрерывно поступает в центр обработки данных — и позволяет контролировать состояние небоскрёба в режиме реального времени. Понравилась статья? Читайте больше интересных материалов от «Моспроекткомплекса» — мы расскажем о правилах проектирования, строительства и чудесах архитектуры со всего света!