VARSO TOWER

– wyzwania inżynierskie rosną wraz z wysokością

Najwyższy budynek w Unii Europejskiej, na bardzo trudnej, małej działce, ze spójną i konsekwentną wizją stworzenia wyjątkowego obiektu o ciekawej architekturze, wynikającej nie tylko z wielkości wieżowca czy też monumentalnego hallu wejściowego, ale także przyciągającej wzrok przechodniów oraz zapraszającej na położony najwyżej w Polsce taras widokowy, wymagał bardzo dobrego projektu i nierzadko trudnych kompromisów.

Budowa najwyższego budynku w Unii Europejskiej, o wysokości łącznie z masztem 310 m i powierzchni użytkowej ponad 70000 m2, zbliża się do mety. Biurowiec Varso Tower (rys. 1.), którego inwestorem jest spółka HB Reavis, architektem biuro Foster + Partners, a lokalnym architektem firma Epstein, wpisał się na stałe w panoramę Warszawy. Monumentalna bryła kryje w sobie wiele rozwiązań technicznych, których nie widać z zewnątrz. Cztery kondygnacje podziemne w bezpośrednim sąsiedztwie alei Jana Pawła II, Dworca Centralnego oraz kolejowej linii średnicowej, 53 kondygnacje nadziemne, wysoki na 12 m hall wejściowy, sieć instalacji wewnętrznych zapewniających bezpieczeństwo i komfort użytkowania, obszary techniczne na specjalnie do tego wydzielonych kondygnacjach, tarasy widokowe na poziomach +49, +53, restauracja z niesamowitym widokiem na panoramę stolicy, iglica górująca nad miastem – to tylko część z aspektów, których rozwiązania znalazły się w projekcie Buro Happold.

Lokalizacja i trochę historii

Budynek powstał w miejscu dawnych zabudowań Dworca Centralnego w Warszawie. Była tam zlokalizowana główna czerpnia powietrza, główna pompownia ścieków oraz trafostacja obsługująca dworzec. Przed przystąpieniem do najważniejszych prac budowlanych konieczne było przeprowadzenie wyburzeń istniejących obiektów i wykonanie przekładek infrastruktury PKP, zapewniając przy tym niezakłóconą pracę stacji obsługującej tysiące pasażerów dziennie. Ze względów funkcjonalnych nowa czerpnia dworca o powierzchni 56 m2 wraz z kanałem doprowadzającym powietrze została wkomponowana w podziemie Varso Tower. Wyzwaniem było przeniesienie pompowni ścieków, której poziom posadowienia znajdował się poniżej planowanego poziomu płyty fundamentowej wieżowca. Przewód doprowadzający do zbiornika pompowni należało przeprowadzić w wąskim pasie poniżej poziomu terenu, między zewnętrzną ścianą szczelinową podziemia budynku Varso Tower a ścianą oporową torów kolejowych. Z obawy o pozostałości po budowie Dworca Centralnego i linii średnicowej mogących uniemożliwić przecisk została wybrana metoda górnicza z drewnianą sztolnią, dzięki której na głębokości ok. 13–14 m poniżej poziomu terenu powstał tunel o długości ok. 35 m oraz przekroju poprzecznym 2,5 x 2,5 m (fot. 1.).

Podczas budowy nie obyło się bez pozostałości pocisków z czasu drugiej wojny światowej. Ciekawym znaleziskiem na skalę krajową okazał się odkryty podczas głębienia wykopu wielki, 60tonowy głaz narzutowy, uznany za pomnik przyrody, przewieziony i eksponowany obecnie na Polu Mokotowskim w Warszawie.

Konstrukcja warszawskiego drapacza chmur

Varso Tower, w momencie oddania do użytku, będzie najwyższym budynkiem w Unii Europejskiej i jednocześnie najwyższym budynkiem w portfolio polskich projektów biura Buro Happold, obok m.in. wieżowca Q22 czy też Generation Park. Aby sprostać rosnącym wraz z wysokością wymaganiom związanym z oddziaływaniem wiatru, przemieszczeniami poziomymi oraz pionowymi, sztywnością przestrzenną i bezpieczeństwem pożarowym, konstrukcja budynku została zaprojektowana jako żelbetowa, w układzie słupowo-płytowym, z masywnym trzonem żelbetowym zlokalizowanym w centralnej części obiektu. Ze względów funkcjonalnych zrezygnowano z typowych dla budynków wysokościowych „outriggerów”, umożliwiających współpracę trzonu ze słupami zewnętrznymi. W zamian wykorzystano ściany obudowy wind zewnętrznych, tzw. żyletki, stojące w narożnikach budynku, formujące charakterystyczne wcięcia pionowe we wschodniej i zachodniej części elewacji. Nietypowy, heksagonalny przekrój trzonu (rys. 2.) zmniejsza się od 30. piętra wraz ze zmniejszeniem liczby wind. Zewnętrzne ściany mają grubość 90 cm w podziemiu oraz stopniowo, wraz z wysokością, zmniejszają się do 50 cm.

Zastosowanie płaskich stropów sprężonych w technologii kablobetonowej umożliwiło uzyskanie rozpiętości 11,3 m przy grubości stropu 25 cm, co znacznie poprawiło komfort aranżacji powierzchni typu open space oraz możliwość prowadzenia instalacji przy jednoczesnej redukcji obciążenia na pionowe elementy konstrukcyjne i płytę fundamentową. W celu ograniczenia ugięć krawędzi stropu, co ma istotny wpływ na projekt elewacji, zastosowano belkę krawędziową na całym obwodzie. Budynek jest zwieńczony stalową iglicą sięgającą 80 m powyżej stropu najwyższej kondygnacji. W pomieszczeniach technicznych oraz na najwyższych kondygnacjach zastosowano elementy konstrukcji stalowej.

Realizacja budynku tej skali, w ścisłym centrum Warszawy, w trudnych warunkach gruntowo-wodnych, częściowo na terenie dawnych zabudowań Dworca Centralnego, w sąsiedztwie obiektów wrażliwych na osiadania, a także konieczność funkcjonalnego połączenia z infrastrukturą PKP skomplikowały projekt i technologię wykonania części podziemnej. Dodatkowym wyzwaniem był ograniczony zakres placu budowy, a tym samym konieczność umieszczenia placów składowych oraz żurawi wieżowych w obrysie rzutu części podziemnej budynku. Aby zminimalizować wpływ oddziaływania głębokiego wykopu na sąsiednią zabudowę oraz jednocześnie odciąć dopływ wody gruntowej, zaprojektowano i wykonano obudowę w postaci ścian szczelinowych o grubości od 60 do 100 cm oraz głębokości niemal 35 m, które w fazie tymczasowej stanowiły zabezpieczenie wykopu, a docelowo są ścianami zewnętrznymi części podziemnej obiektu. Na fragmencie obwodu kondygnacji 1 zastosowano tzw. ściankę berlińską. W fazie tymczasowej ściany szczelinowe rozparte były zarówno stropem rozporowym, jak i rurowymi rozporami stalowymi oraz kotwami gruntowymi (fot. 2.).

Przy budowie jednego obiektu wykorzystano więc praktycznie wszystkie dostępne technologie wykonywania podziemia. Jednak to nie koniec komplikacji. Duże rozpiętości, zapewniające maksymalizację powierzchni w budynku, skutkowały bardzo dużymi siłami w słupach części wieżowej, rzędu 78 000 kN. Część z tych słupów schodzi bezpośrednio na oczep ściany szczelinowej w parterze, część bezpośrednio na płytę fundamentową, gdzie mają wymiar 1,5 x 1,5 m. Są też słupy schodzące w okolice połączenia ściany szczelinowej z płytą fundamentową, generując tym samym duże siły ścinające w połączeniu. W celu minimalizacji wymiarów słupów zaprojektowano w nich zbrojenie z prętów wysokiej wytrzymałości SAS 670 oraz beton klasy C60/70. Wymiary słupów nieznacznie zmniejszono na kondygnacjach nadziemnych do 1,3 x 1,3 m, dla ograniczenia efektów nierównomiernego skrótu pomiędzy nimi a narożnymi ścianami usztywniającymi i trzonem.

Konieczność przeniesienia bardzo dużych obciążeń oraz ograniczenia osiadań budynku wysokościowego były głównymi czynnikami decydującymi o wyborze sposobu posadowienia. Zaprojektowano fundament płytowo-palowy, tzn. płytę fundamentową o zmiennej grubości od 1,5 m do 3,6 m (fot. 3.), współpracującą z baretami o przekroju 0,8 x 5,6 m i głębokości 17,5 m.

Lokalizacja baret została skoordynowana z oczepami istniejących pali budynków PKP. Dopiero po wykonaniu ścian szczelinowych i baret Varso Tower możliwe było przegłębienie wykopu oraz usunięcie starych fundamentów PKP. W celu zapewnienia szczelności podziemia przy parciu ponad 8 m słupa wody na płytę fundamentową zastosowano izolację przeciw-wodną typu membrany HDPE Grace Preprufe, wiążącą z wylanym na nią betonem.

Wypracowanie rozwiązania górnej części budynku stanowiło kolejne wyzwanie. Od poziomu piętra +43 zaczyna się kaskadowe zmniejszanie obrysu budynku, aż do piętra +49 (rys. 1., 3.), na którym oparta jest jego najwyższa część, całkowicie przesunięta względem trzonu, o szerokości niespełna 8 m i wysokości blisko 24 m, będąca jednocześnie zamocowaniem iglicy. W konsekwencji zostały zastosowane skośne ściany, szereg transferów oraz stalowa konstrukcja najwyższej części z poziomą kratownicą zwiększającą jej sztywność i umożliwiającą przejęcie sił poziomych od iglicy. Ten najbardziej skomplikowany fragment budynku zaczyna się na wysokości ponad 190 m nad poziomem terenu.

Budynek żyje dzięki instalacjom

Projektowanie instalacji w budynku wysokościowym jest sztuką wielu kompromisów i wymaga niemal chirurgicznej precyzji w konfiguracji systemów tak, by ich wzajemna współpraca zapewniła wysoki komfort oraz bezpieczeństwo użytkowania obiektu. Uzyskanie tego efektu wiązało się ze szczegółową koordynacją lokalizacji pomieszczeń technicznych, a następnie dystrybucją instalacji w taki sposób, by zoptymalizować wydajność systemów, których stopień skomplikowania rośnie wraz z wysokością. Dotyczy to m.in. systemu wentylacji, ochrony przeciwpożarowej, zasilania awaryjnego oraz dystrybucji wody. Wyzwania te towarzyszyły zespołowi Buro Happold przez cały okres projektowania obiektu, a ich znakomitym zwieńczeniem będzie uzyskanie przez budynek certyfikatu WELL na poziomie Gold oraz certyfikatu BREEAM na poziomie Excellent.

Prace projektowe rozpoczęły się więc od określenia lokalizacji przestrzeni technicznych przy uwzględnieniu wysokości budynku. Kolejnym krokiem był wybór odpowiedniego systemu wentylacji. Obydwa aspekty są niezwykle istotne z uwagi na dość duży wpływ na kształtowanie geometrii wewnętrznej budynku. Z uwagi na wielkość działki, na której posadowiony jest obiekt, większość urządzeń technicznych została zlokalizowana na najwyższych kondygnacjach z założeniem, że żadne elementy instalacji nie powinny być widoczne z zewnątrz. Szczególnym wyzwaniem były wieże chłodnicze, których wydajność po stronie powietrza to niespełna milion m3/h. Wieże zostały ukryte na najwyższym poziomie technicznym, tuż pod górnym tarasem widokowym, i osłonięte architektoniczną palisadą o przezierności hydraulicznej 85%. Z jednej strony wpłynęło to pozytywnie na wielkość szachtów w trzonie, z drugiej zaś spowodowało dodatkowe trudności natury logistycznej. Konieczne było szczegółowe opracowanie tras transportu części zamiennych oraz materiałów eksploatacyjnych podczas bieżącej obsługi budynku, jak również na wypadek poważniejszej awarii.

Klimatyzacja i wentylacja

Inżynierowie Buro Happold przygotowali analizę porównawczą kilku systemów klimatyzacyjnych, m.in. klima-konwektorów 4rurowych, 2rurowych z grzejnikami podłogowymi, belek chłodzących z grzejnikami podłogowymi, pomp ciepła i VRV z odzyskiem ciepła. Pod względem energetycznym korzystny był wariant VRV, jednak konieczność kompromisu z innymi czynnikami oraz elastyczność w funkcjonowaniu instalacji przeważyły na korzyść klima-konwektorów 4rurowych z silnikami EC i płynną regulacją wydajności wentylatora. Istotnym elementem systemu klimatyzacji jest instalacja wentylacji mechanicznej. Ambicją architekta było stworzenie jednolitej elewacji budynku bez nieregularności w postaci kondygnacji różnej wysokości czy krat czerpnych oraz wyrzutowych w połowie wysokości budynku. Udało się to osiągnąć przez obsługę kondygnacji biurowych za pośrednictwem 8 central wentylacyjnych zlokalizowanych w dwóch maszynowniach na poziomach +2 oraz +47. Centrale zostały skonfigurowane w sposób zapewniający odpowiednie parametry powietrza nawiewanego w dowolnych warunkach pogodowych, włącznie z coraz częstszymi przypadkami załamania pogody w miesiącach wakacyjnych przy wysokich temperaturach zewnętrznych. Centrale są wyposażone w dwa stopnie filtrów, nagrzewnice, chłodnice, wysokociśnieniowe nawilżacze adiabatyczne, oraz dwa stopnie odzysku ciepła: pierwszy stopień glikolowy (odzysk z toalet i kuchenek piętrowych) oraz drugi stopień rotorowy (odzysk z biur). Z każdej maszynowni wychodzą po dwie pary pionów nawiewnych i wyciągowych. Każda para pionów jest zasilana przez 2 centrale połączone równolegle. Taka konfiguracja daje elastyczność pracy systemu w zakresie od 5 do 100% wydajności. Instalacja jest podzielona w pionie na dwie strefy, których granice wyznaczyło strefowanie transportu pionowego. Strefa dolna obsługuje 26 kondygnacji biurowych, strefa górna 17 kondygnacji. Przekroje pionów wentylacyjnych zostały dobrane w taki sposób, aby opory przepływu powietrza na całej długości pionu nie przekraczały 50 Pa. Na wyjściach z pionów na poszczególnych kondygnacjach zaprojektowano wielopłaszczyznowe przepustnice regulacyjne z napędami, a na końcówkach przewodów rozprowadzających przed nawiewnikami kanałowe regulatory wydatku CAV lub VAV, w zależności od konkretnych wymagań użytkownika. Zalety takiej konfiguracji to niewielkie straty ciśnienia na bardzo rozległej sieci przewodów przy jednoczesnym zachowaniu stabilności przepływów na nawiewnikach i dobrych parametrach akustycznych, bez konieczności stosowania tłumików.

Oprócz wentylacji mechanicznej budynek ma możliwość dodatkowej wentylacji naturalnej poprzez automatyczne otwieranie okien w fasadzie na kondygnacjach biurowych od poziomu +3 do +45, za pomocą przycisku znajdującego się na ścianie pomieszczenia lub centralnie z poziomu BMS. Opcja ta daje możliwość pasywnego chłodzenia budynku w godzinach nocnych w sezonie letnim.

Bezpieczeństwo pożarowe

W projektowaniu budynków wysokościowych wiele uwagi poświęca się bezpieczeństwu pożarowemu, które jest zapewnione przede wszystkim poprzez automatyczne instalacje gaśnicze (hydrantowa, tryskaczowa, w tym przypadku mgła wodna), wentylacji pożarowej, sygnalizacji pożaru, rozgłaszania. W Varso Tower wyjątkowo trudne było zaprojektowanie systemu różnicowania ciśnień, zabezpieczającego pionowe drogi ewakuacyjne (klatki schodowe) przed zadymieniem. Trzony klatek „meandrują”, zmieniając swoje położenie na dole (poziom +2) i na górze (poziom +47). To wymusiło konieczność zaprojektowania niestandardowego układu jednostek napowietrzających klatki, część z funkcją pracy rewersyjnej. Przyjęte rozwiązania projektowe zostały poparte symulacjami CFD wykonanymi przez ITB. W odróżnieniu od skomplikowanego systemu różnicowania ciśnień instalację oddymiania udało się skonfigurować w stosunkowo prosty sposób. Cały system jest oparty na dwóch głównych wentylatorach pracujących w układzie równoległym, umieszczonych w maszynowni na szczycie budynku. Wentylatory te oddymiają wszystkie kondygnacje do poziomu +48 włącznie. W zależności od lokalizacji pożaru zmienia się tylko wydajność, największa jest w garażu podziemnym, nieco mniejsza na poziomie holu wejściowego, jeszcze mniejsza na kondygnacjach biurowych. W czasie normalnej eksploatacji budynku wentylatory te pracują w trybie bytowym, wentylując garaż podziemny.

Potrzeby cieplne zarówno dla celów ogrzewania, jak i przygotowania ciepłej wody użytkowej są pokrywane z węzła cieplnego zlokalizowanego na poziomie 1. Wyjątek stanowi przygotowanie ciepłej wody dla restauracji oraz toalet na piętrze +46 i toalet na piętrze +49, gdzie będzie zastosowana pompa ciepła zainstalowana w obiegu pomiędzy wieżami chłodniczymi oraz skraplaczami agregatów chłodniczych, z dwoma zasobnikami ciepłej wody użytkowej i pompami cyrkulacyjnymi.

Instalacje elektryczne

Budynek Varso Tower jest zasilany z sieci elektroenergetycznej poprzez dwa przyłącza SN o całkowitej mocy 8000 kW. Moc elektryczna jest dystrybuowana w budynku poprzez dwie stacje transformatorowe zlokalizowane na kondygnacjach 1 i +51. Każda ze stacji jest wyposażona w kVA. Na wypadek awarii zasilania z sieci budynek jest wyposażony w dwa agregaty prądotwórcze o mocy 1900 kVA każdy. Brak wydzielenia agregatu dedykowanego dla budynku i najemcy pozwala w zależności od scenariusza wydarzeń na lepsze wykorzystywanie mocy elektrycznej dostępnej z instalacji agregatów prądotwórczych. Aby zapewnić przyszłym najemcom wysoki poziom bezpieczeństwa energetycznego, w Varso Tower zastosowano:

• system SZR w rozdzielnicy SN w części klienta oraz rezerwowanie 100% mocy w przypadku awarii jednego z dwóch przyłączy SN,
• system SZR w rozdzielnicach głównych nn,
• zespół agregatów prądotwórczych. Te instalacje zapewniają ciągłość dostawy energii w przypadku awarii zasilania jednego z dwóch przyłączy. W momencie całkowitej awarii obu przyłączy, tzw. blackoutu, do dyspozycji najemców pozostają agregaty prądotwórcze.

W dwóch pionowych szachtach elektrycznych poprowadzonych przez cały budynek zostały zaprojektowane szyno-przewody energetyczne zasilane z budynkowej sieci elektrycznej oraz szyno-przewody dedykowane dla odbiorów priorytetowych, rezerwowane agregatami prądotwórczymi. Szyno-przewody mają możliwość wpinania do instalacji dodatkowych odbiorów. Tak zaprojektowany system instalacji elektrycznej pozwala właścicielowi budynku na swobodną aranżację sposobu zasilania najemców według ich wymagań oraz ich zapotrzebowania na moc elektryczną.

Iglica zwana masztem

Nad dachem Varso Tower góruje 80metrowa iglica (fot. 4.). Oprócz instalacji oświetlenia przeszkodowego lotniczego i opraw oświetleniowych dedykowanych do iluminacji masztu została wyposażona w instalacje ogrzewania kablowego. Wszystkie elementy metalowe zabezpieczono kablami grzejnymi, połączonymi z czujnikami badającymi warunki pogodowe. W sumie do ogrzewania masztu użyto ponad 4500 m bieżących kabla grzejnego, co generuje sumaryczne zapotrzebowanie na ponad 220 kW mocy elektrycznej.

Na tarasach widokowych na kondygnacji +49, +53 oraz na tarasie najemcy na kondygnacji +43 został zainstalowany system wczesnego ostrzegania przed wyładowaniami atmosferycznymi. Jest on w stanie ostrzec osoby znajdujące się na tarasie nawet do 20 minut przed wyładowaniem.

Sukces poparty współpracą w środowisku BIM

Najwyższy budynek w Unii Europejskiej, na bardzo trudnej, małej działce, ze spójną i konsekwentną wizją architektoniczną stworzenia wyjątkowego obiektu o ciekawej architekturze, wynikającej nie tylko z wielkości wieżowca czy też monumentalnego hallu wejściowego, ale także przyciągającej wzrok przechodniów oraz zapraszającej na położony najwyżej w Polsce taras widokowy, wymagał bardzo dobrego projektu i nierzadko trudnych kompromisów. Ważnym doświadczeniem zawodowym dla całego zespołu była również współpraca z renomowanym biurem architektonicznym Foster + Partners. Duży poziom skomplikowania wymuszał zintegrowane podejście wielobranżowe. Wszystko to znacznie usprawniła praca w środowisku BIM, z wykorzystaniem m.in. oprogramowania Autodesk Revit oraz Navisworks. Zintegrowany, trójwymiarowy model budynku, łączący w sobie konstrukcję i wszystkie instalacje (rys. 1., 2., 3., 4.), ułatwił koordynację międzybranżową oraz pomógł uniknąć kolizji na budowie. Efekty tej pracy niedługo będzie można sprawdzić osobiście, odwiedzając Varso Tower w Warszawie.

Fot. arch. Buro Happold