Градостроительные жилые комплексы с шумозащитной функцией

Значительные территории Санкт-Петербурга для жилищного строительства в настоящее время не используются из-за сложившейся ранее практики недостаточно обоснованного увеличения санитарных разрывов и санитарно-защитных зон вблизи наземных и воздушных транспортных коммуникаций и промышленных предприятий. Современные санитарные нормы позволяют назначать санитарный разрыв исходя из минимального расстояния от источников воздействия до границы жилой застройки при условии соблюдения допустимых уровней вредных воздействий.

Мы совместными усилиями еще не решили все проблемы с известными источниками шумового воздействия, еще не все опасные предприятия выведены за пределы селитебных территорий, а в городе появились новые, еще более мощные источники шума. Один из таких — кольцевая автомобильная дорога (КАД), прорезавшая жилые территории. Известные акустики до сих пор находятся в состоянии интенсивной творческой активности, направленной на решение научно-технических, технологических и организационных задач в связи со строительством КАД.

Цель размещения градостроительных жилых комплексов в застройке Санкт-Петербурга состоит в необходимости реабилитации значительных городских территорий вблизи мощных источников шума путем выбора или создания в проектных решениях новых и наиболее эффективных средств защиты от шума и вибрации, способствующих сокращению санитарных разрывов и санитарно-защитных зон транспортных коммуникаций и промышленных предприятий.

Достижение данной цели в наибольшей мере создает яркую инвестиционную привлекательность каждого проекта как важнейшую экономическую основу его реализации и своевременной реабилитации существующих городских территорий, по различным причинам ранее расположенных в экологически опасной близости от транспортных коммуникаций и промышленных предприятий.

Например, около 10% территории Санкт-Петербурга (зона Б — примерно 50 кв. км) находятся под воздействием избыточных максимальных уровней звука при пролетах самолетов и вертолетов: это территории в Петродворце, Ломоносове, Красном Селе и южной части города. Ясно, что капитальные вложения в шумозащитные средства на данной территории будут весьма существенно меньше, чем, например, в зоне В, где требуемое по нормам снижение шума значительно — от 10 до 15 и более дБА. На выбранных территриях зоны Б имеется достаточно развитая система инженерных коммуникаций, что также весьма существенно для принятия решения об инвестициях. В то же время превышение максимальных уровней звука здесь относительно невелико, поэтому градостроительными и техническими средствами эффективное снижение авиационного шума достижимо даже на открытых участках относительно замкнутых пространств.

Концепция выбора или создания новых средств шумозащиты территорий и помещений вблизи воздушных коммуникаций включает в себя создание принципиально нового формообразования здания в целом, новой его пространственной компановки в формате организации замкнутого пространства единого шумозащитного комплекса с элементами организации соцкультбыта, разработки новых объемно-планировочных элементов зданий для защиты от авиационного шума.

Можно отметить пять очень важных для дальнейших разработок, принципиальных и практически важных положений.

Во-первых, для снижения шума авиации расстояние от источника шума при некоторых условиях не имеет существенного значения, как это принято для наземных источников шума. Для существующего в «Пулково» парка самолетов с известными шумовыми характеристиками снижение шума на территории жилой застройки возможно с помощью весьма ограниченного количества средств: акустическое экранирование территории вблизи зданий для дневного времени суток, а также акустическое экранирование и звукоизоляция помещений внутри этих зданий для ночного времени суток.

Во-вторых, превышение норм до 5 дБА на территории вблизи шумозащитного комплекса можно ликвидировать для дневного времени суток средствами экранирования. Поэтому шумозащитные комплексы должны иметь специальную форму и значительную этажность — 25 и более этажей. Некоторые части комплексов, конечно, могут иметь и гораздо меньшую этажность. Комплекс должен быть в какой-то мере самодостаточным по сфере обслуживания населения, чтобы некоторые части комплекса можно было замкнуть в пространстве для достижения максимального эффекта экранирования территории этого комплекса и расположенной вблизи существующей застройки.

В-третьих, если превышение норм для дневного времени суток на территории вблизи шумозащитного комплекса не превосходит 5 дБА по максимальному уровню звука и это превышение можно ликвидировать средствами экранирования, то для территорий в ночное время суток это превышение автоматически становится большим на 10 дБА. Нормы ночного времени жестче на 10 дБА. Требуемое снижение шума на территории в ночное время суток — 10–15 дБА. Для авиационного шума данная задача в полной мере, пожалуй, неразрешима.

В-четвертых, учитывая предыдущие три условия для практически реализуемых технических решений, выбирается направление наиболее полной защиты населения на территории в дневное время и в помещениях в ночное время суток. Для достижения цели применяется акустическое экранирование территории корпусом шумозащитного комплекса (обязательное и полное соблюдение нормативов дневного времени суток на территории) и выбираются акустическое экранирование и звукоизоляция помещений внутри этих зданий (обязательное и полное соблюдение нормативов ночного времени суток в жилых помещениях в соответствии с санитарными нормами).

В-пятых, обязательное и полное соблюдение нормативов ночного времени суток в жилых помещениях в соответствии с санитарными нормами достигается снижением шума на 35 дБА и более с помощью названных выше шумозащитных средств: акустического экранирования и звукоизоляции наружными стенами с оконными проемами. При этом акустическое экранирование на 5дБА и более можно обеспечить, применяя специальные экранирующие ярусы, располагаемые на фасаде зданий. Для звукоизоляции на 30 дБА и более используются окна с повышенной звукоизоляцией в режиме проветривания и остекленные лоджии шириной около 3-х метров.

Акустические экраны являются традиционными средствами защиты от шума наземных источников. Эффективность экрана для наземного источника шума связана с процессами интерференции и дифракции звука, происходящими на его краях. Бесконечный экран — наиболее эффективен. В соответствии с теорией Маекавы, в точке №3 снижение шума экраном равно 5 дБА. В точке №2 снижение шума экраном будет больше 5 дБА.

В шумозащитном комплексе акустическим экраном для шумозащиты помещений является ярусный поэтажный экран на фасаде здания. Для защиты от шума территории внутри двора шумозащитного комплекса акустическим экраном является само здание шумозащитного комплекса. В соответствии с теорией Маекавы, снижение шума таким экраном также равно 5 дБА. В точке №2 снижение шума экраном будет больше 5 дБА.

Создание замкнутой формы шумозащитного комплекса с организацией внутреннего двора-пространства позволяет приблизить эффективность ярусных экранов на фасаде и эффективность самого здания-экрана к акустической эффективности бесконечного экрана.

Для снижения эффекта отражения звука от поверхности земли первые этажи зданий не имеют жилых помещений.

Понижение этажности зданий в направлении от источника шума связано с необходимостью выпустить звук из внутреннего пространства комплекса после отражений от земли или от стен здания, обращенных внутрь двора, и исключить возникновение стоячих волн в пространстве двора. Схема понижения этажности всегда будет зависеть от местоположения участка строительства шумозащитного комплекса и не может быть универсальной для всех условий строительства.

Архитектура шумозащитных комплексов предполагает высочайший уровень архитектурного мастерства и инженерной мысли у специалистов, которые будут разрабатывать проекты таких архитектурно-экологических ниш даже вблизи аэропорта «Пулково» с обеспечением благоприятных санитарно-гигиенических условий пребывания людей.

В лаборатории экологии и акустики ОАО ЛЕННИИПРОЕКТ начата разработка программы для JBM, позволяющей сделать количественную и наглядную оценку загрязнения селитебных территорий при воздействии шума авиации и других высоких источников шума. Программа позволяет в динамическом режиме визуально наблюдать, как шумовая тень накрывает застройку в зависимости от задания высоты, направления (траектории) и скорости пролета высокого источника звука. Эту программу мы начали разрабатывать после предварительных переговоров по аэропорту г. Краснодара, расположенного почти в центре города. Когда удобна эта программа? Она незаменима при переборе большого числа вариантов застройки с целью определения наиболее подходящего из них для минимизации шумового загрязнения территорий, что почти невозможно (или весьма трудоемко и не очень наглядно) при других способах оценки. Достаточно вспомнить многочисленные карты шума, в которых с течением времени ничего нельзя изменить или оценить какие-либо изменения.

Как отмечено уже, зона Б пулковского аэропорта имеет площадь примерно 50 кв. км. Примерно столько же селитебных территорий находится под воздействием избыточных уровней звука наземных транспортных коммуникаций.

Первый в Санкт-Петербурге и в стране специальный комплекс жилого и нежилого назначения с шумозащитной функцией запроектирован и построен на улице Матроса Железняка (при непосредственном участии автора — д. м. н., профессора Фридмана К. Б.).

Комплекс успешно выполняет важнейшую функциональную нагрузку по защите не только жителей, находящихся в нем самом, но и прикрывает от шума железной дороги еще 35 жилых зданий существующей в квартале застройки. Общая площадь здания — около 80 тыс. кв. м. Длина — 350 м, этажность — 12–22 этажа. Принципиальная архитектурно-планировочная схема и конструктивное решение здания одобрены Решением Федерального института промышленной собственности — Роспатент №2004112037/22 (013052) с приоритетом от 22.04.2004 года.

Для этой же цели — защиты существующей селитебной территории от шума — вдоль Ланской улицы дополнительно будет проектироваться еще один шумозащитный объект — шумозащитная линия комплекса общественного обслуживания населения —с единым акустически непрерывным фасадом длиной более 450 м и высотой около 19 м над уровнем земли.

Названные два здания на пересечении ул. Ланская и ул. Матроса Железняка в будущем образуют акустически почти непрерывную экранирующую шум линию зданий и сооружений общей длиной более 800 м при средней длине источника шума (электропоезда) 150 метров. Таким образом, общая длина непрерывной линии защитных экранирующих зданий и сооружений значительно превыситт длину источника шума, что гарантирует шумозащитный эффект.

Граничной частотой, с которой проявляется значимая эффективность толстого экрана-здания, выбрана частота 63 Гц с длиной волны 5,44 м. Графоаналитическим методом определена необходимая эффективная высота экрана h _эфф (не высота здания), равная 25,7 м. В этом случае найдено, что h_эфф/λ= 4,72, а экранирование звука толстым экраном — около 25 дБ на частоте 63 Гц.

Найденной таким образом эффективной высоте экрана h_эфф = 25,7 м соответствует оптимальная толщина шумозащитного здания W = 27,9 м с уровнем в 9 этажей.

Построенный комплекса жилого и нежилого назначения с шумозащитной функцией (ул. Матроса Железняка): на втором плане видна фоновая застройка, за которой будет располагаться проектируемый жилой комплекс из 40 зданий на 2 млн кв. м общей площадью

В ОАО ЛЕННИИПРОЕКТ создан (и защищен в Градостроительном совете Санкт-Петербурга) проект первого не только в городе, но и в стране, жилого комплекса градостроительного уровня значимости — в своем составе он имеет 40 зданий высотностью от 7 до 30 этажей и занимает очень большую площадь целого квартала, расположенного в тре-угольнике, огрниченном Богатырским и Коломяжским проспектами, а также — ул. Матроса Железняка (территория бывшей овощной базы). Акустические задачи по защите от шума железнодорожного и автомобильного транспорта в проекте решены автором проекта. Это первый такой крупный проект и пример комплексного проектирования полностью шумозащищенной жилой застройки с предполагаемой жилой площадью около 2 млн кв. м. Здесь применены шумозащитные средства, аппробированные на первом шумозащитном комплексе (по ул. Матроса Железняка). Видимо, не случайно первый в городе и в стране жилой комплекс градостроительного уровня значимости с шумозащитной функцией запроектирован, в том числе, и на продолжении ул. Матроса Железняка вдоль той же железнодорожной линии.

Фирмой «Интеграл» (при участии автора проекта) разработан и широко используется программный комплекс «Эколог-шум», с помощью которого можно рассчитать составляющие шума не только в простых, но и в сложных случаях взаимного положения множества расчетных точек источников и застройки. При этом учитываются экранирующие и отражающие свойства препятствий для шума.

Огромная трудоемкость акустических расчетов на крупных территориях рассматриваемого квартала со сложной структурой этажности и конфигураций привела к необходимости интенсивно использовать здесь программный комплекс «Эколог-шум». Результаты расчетов дают количественную и наглядную информацию о степени акустического загрязнения территории, так как программный комплекс позволяет рассчитать и проанализировать варианты застройки и выбрать наилучший. При этом оценена эффективность возможных вариантов экранирования шума и достаточность средств звукоизоляции с применением клапанов-глушителей, а также остекленных лоджий.

Программный комплекс «Эколог-шум» чувствителен и к положению нижней кромки экрана над поверхностью земли. В связи с этим в северной зоне квартала видны отдельные зоны зашумленности по максимальному и эквивалентному уровням звука — из-за наличия в непрерывном фронте зданий (по Богатырскому пр.) арок для проезда автомобилей и движения пешеходов.

В итоге очень трудоемкой проектной работы и многочисленных расчетных экспериментов в жилом комплексе, огрниченном Богатырским и Коломяжским проспектами, удалось применить целый ряд эффективных шумозащитных средств:

• так называемые толстые экраны-здания, например, весьма протяженное здание гаражно-офисного комплекса со стороны железной дороги, прикрывающее практически всю южную часть квартала, а также экраны-здания со стороны Богатырского и Коломяжского проспектов;
• плоские экраны в привычном исполнении, прикрывающие небольшие участки территории квартала, например, в зонах двух детских садов и школы;
• основным способом защиты от шума автотранспортных потоков на Коломяжском и Богатырском проспектах, а также шума железнодорожных поездов в зданиях и на территории квартала является весьма редко используемое градостроительное средство — постепенное повышение этажности зданий от магистралей вглубь территории застройки: в этом случае передний фронт из достаточно низких зданий с относительно небольшим количеством жителей экранирует шум и служит защитным сооружением для более удаленных и значительно более многоэтажных зданий (на фото макетов это хорошо видно);
• конечно, мы широко используем в проекте клапаны-глушители, а также застекленные лоджии, которые, как теперь уже окончательно ясно, являются радикальным шумозащитным средством, ведь в современных жилых комплексах около 65% поверхности наружных стен имеют застекленные лоджии (их просто надо обязательно учитывать как шумозащитное средство и не сбрасывать, как говорят, со счетов).

Можно отметить и еще несколько объемно-планировочных и конструктивно-технических решений ОАО ЛЕННИИ-
ПРОЕКТ в проектах градостроительных жилых комплексов с шумозащитной функцией (также разработанных при участии автора), например: на пр. Обуховской Обороны или на пр. Просвещения.

Фасады жилого комплекса имеют несколько необычный вид из-за весьма развитой фахверковой системы, позволяющей качественно и безопасно смонтировать остекление лоджий закаленным стеклом (как уже отмечалось, застекленные лоджии являются радикальным шумозащитным средством наряду с установленными в основных стенах вентиляционными клапанами-глушителями).

Очень важно, что при акустических расчетах в проектах жилых комплексов (на пр. Обуховской Обороны и пр. Просвещения) нами тщательно учтено именно остекление лоджий как одно из основных средств шумозащиты в крупном городе. Такое средство действительно дает практический результат вмесие с хорошими вентиляционными клапанами-глушителями в основных стенах.

В заключение можно отметить, что программный продукт «Эколог-шум», разработанный фирмой «Интеграл», является на данный момент незаменимым инструментом для численного и качественного анализа применяемых шумозащитных средств в самых сложных и масштабных градостроительных ситуациях. Примером эффективного использования этого программного продукта является успешный результат применения его на градостроительном комплексе в квартале, ограниченном Богатырским и Коломяжским проспектами с ул. Матроса Железняка.

Спектр основных шумозащитных средств в градостроительной практике Санкт-Петербурга представлен включением в застройку как традиционных плоских экранов, так и толстых экранов-зданий наиболее рациональных форм и конструктивных решений.

Определено существенное значение редко используемого градостроительного средства — постепенное повышение этажности зданий от магистралей вглубь территории застройки.

Неожиданно хороший результат приносит использование (и тщательный учет) остекления достаточно широких лоджий, когда звукоизолирующий эффект основной наружной стены просто суммируется со звукоизолирующим эффектом остекления лоджий, ибо эти два элемента здания практически независимы по звукоизоляции. Данному выбору способствует уже широко распространившийся среди архитекторов прием остекления лоджий в многоэтажных зданиях на очень большой поверхности наружных стен (правила пожарной безопасности этому уже не препятствуют, как раньше).

В шумозащитном комплексе при ваздействии авиационного шума предложено для шумозащиты помещений использовать ярусные поэтажные экраны на фасаде здания. Для защиты от авиационного шума территории внутри двора шумозащитного комплекса акустически эффективным толстым экраном является само здание разноэтажного шумозащитного комплекса при должной его ориентации относительно источника шумового воздействия.

Названные шумозащитные средства позволят и впредь достигать акустической (санитарно-гигиенической) обоснованности размещения градостроительных жилых комплексов в застройке различных городов, когда необходимость реабилитации значительных городских территорий вблизи мощных источников шума совпадает с технической возможностью эффективно осуществлять это на практике.Имеется и еще одно немаловажное условие для успешного решения масштабных задач по шумозащите — высочайший уровень мастерства и знаний у специалистов, которые будут разрабатывать проекты архитектурно-экологических ниш с обеспечением санитарно-гигиенического благополучия населения.

Программа для JBM «Эколог-шум» (фирма «Интеграл»), с помощью которой можно без больших затрат времени выполнить количественную и наглядную оценку загрязнения селитебных территорий (от воздействия шума авиации и других источников), позволяет оперативно получить все значения в режиме реального времени.