КУБ 2.5: возрождение советской строительной технологии в новом формате
Михаил Дубко, главный конструктор Проектного института №2
История появления сборно-монолитных систем зданий берет начало с 60-х годов прошлого столетия. После второй мировой войны жилой фонд в ряде стран мира испытывал катастрофический недостаток недвижимости. Возникла необходимость возводить здания быстро, качественно и в любых, даже самых стесненных условиях строительства.
В данной обстановке и зародилась система сборно-монолитного строительства «КУБ» – «Каркас Универсальный Безригельный». Более 2-х лет около 50 сотрудников ЦНИИЭП жилища под руководством Л. Н. Левонтина и А. Э. Дорфмана разрабатывали решения экономичной и надежной технологии строительства для реализации по всей территории СССР.
На данный момент существует уже несколько модификаций системы «КУБ», но основная это «КУБ2.5».
Со стороны, система «КУБ2.5» напоминает конструктор «LEGO» с набором разнотипных по своей форме элементов, но выполняющих взаимосвязанную функцию по обеспечению необходимой и достаточной прочности и устойчивости здания.
В системе «КУБ2.5» каркас полностью полносборный, то есть нет конструкций, изготавливаемых на строительной площадке. Непосредственно на месте возведения объекта заливаются бетоном только стыки элементов, но это лишь 2-3% от всего объёма бетона на здание. Основными элементами системы являются надколонные плиты, межколонные плиты, многоярусные колонны и диафрагмы жесткости. Стык надколонной плиты и колонны является уникальным техническим решением, не реализованным больше ни в одной из строительных систем. Уникальность такого решения заключается в том, что в отличие от монолитных зданий, данный стык не отливается совместно с колонной, а формируется на строительной площадке за счет заливки бетонном специальной шпонки.
Прочность данного стыка на порядок выше прочности аналогичного узла соединения в обычном монолитном здании. И это позволяет архитекторам реализовывать свободные пролеты в здании при 10% экономии на бетоне с самой высокой скоростью строительства. Стык плит перекрытий друг с другом так же представляет собой уникальное техническое решение – стык Передерия, он назван в честь придумавшего его знаменитого советского ученого мостостроителя Г. П. Передерия.
При проектировании зданий, строящихся по системе «КУБ2.5», учитываются современные планировочные решения, что позволяет создавать высококонкурентный продукт на рынке массового жилья. Благодаря этому и высоким темпам строительства, компании «Главстрой-Регионы» удалось реализовать более 2000 квартир за 2019 год на одном объекте в Московской области, что стало рекордным показателем для застройщиков.
Одна из концепций которая реализуется в компании, это построение точной модели каркаса здания на ранних этапах проектирования, для возможности оценки затрат по основным статьям расходов. Данная концепция реализуется при помощи инструментов информационного моделирования зданий ( технология BIM ). Но не все существующие на рынке программные комплексы позволяют решить все стоящие перед компанией вопросы, поэтому часть решений приходится реализовывать за счет собственных ресурсов.
В настоящее время Проектным институтом № 2 ( входит в «Главстрой-Регионы» ) проводятся статические испытания системы «КУБ2.5» с доведением узла соединения до полного разрушения. В среднем контрольные образцы выдерживают 160% от максимальной эксплуатационной нагрузки, при этом характер разрушения наглядно доказывает высокую надежность системы. В отличие от монолитного железобетона, в стыке плиты и колонны нет арматуры, и поэтому плита не обрушится до момента полного выкола бетона из узла соединения.
Этот фактор также является преимуществом для сейсмически опасных районов. При сейсмической нагрузке происходит экстремально большое горизонтальное смещение фундамента здания, в следствие чего случается разрыв арматуры и обрушение частей здания. Так как в системе «КУБ2.5» нет арматуры в соединении плит и колонн, то и рваться нечему, плиты держаться до полного выкола бетона из шпонки.
Тема 2.2 Строительная система «КУБ-2,5»
Среди новых технологий возведения жилых и общественных зданий в современном строительстве широкое применение наряду с монолитными зданиями получили здания строительной системы КУБ-2,5.
В основе строительной системы КУБ-2,5 лежит безригельный каркас, который обладает следующими архитектурно-планировочными и конструктивными преимуществами перед традиционными балочными каркасами:
· Гладкий потолок перекрытия, что позволяет отказаться от дорогостоящих подвесных или натяжных потолков, необходимых по гигиеническим, эстетическим или техническим требованиям;
· Уменьшенный строительный габарит перекрытия даёт возможность увеличить в чистоте высоту помещения;
· Пониженный расход стали и цемента на 1м² перекрытия;
· Значительное снижение трудозатрат на возведение каркаса здания;
· Большое разнообразие архитектурно-планировочных решений помещений и фасадов зданий, что позволяет гибко осуществлять желания заказчиков;
· Возможность применения различных конструктивных решений наружных стен, фасадов, устройства эркеров, балконов, лоджий, стен по радиусу – для разнообразия решений фасадов. Стены несут функцию только ограждающую;
· Возможность использования каркаса для зданий различного назначения от жилых, общественных до некоторых производственных;
· Простота и скорость монтажа из-за уменьшенного числа типоразмеров элементов каркаса;
· Возможность исключения «мокрых» процессов в отделочных работах;
· Быстрая организация строительства при малых капиталовложениях.
Каркас применяется для зданий любого назначения, поэтому называется «универсальным»: жилых зданий, административных, социально-культурного и бытового назначения, многоярусных гаражей и стоянок для автомобилей, складов и производственных зданий. Система КУБ-2,5 рассчитана на возведение зданий высотой до 15 этажей в обычных условиях и в районах с сейсмичностью до 9 баллов включительно по 12-бальной шкале. Для зданий высотой более 15 этажей необходима индивидуальная разработка колонн каркаса.
Каркас предусматривает высоту этажа – 2,8; 3,0; 3,3 м при основной сетке колонн 6,0*6,0 м. Возможно обеспечить пролёты размером 3,0; 6,0; 12,0 м.
Рамная схема применяется в зданиях высотой до 5-ти этажей в обычных условиях строительства и сейсмичности до 7 баллов; при высоте зданий до
3-х этажей при сейсмичности 8-9 баллов, когда элементы каркаса воспринимают и вертикальные и горизонтальные нагрузки.
В остальных случаях применяется рамно-связевая схема с использованием связей или диафрагм жёсткости для восприятия ветровых нагрузок, каркас несёт только вертикальные нагрузки.
Рисунок 58 – Строительная система «КУБ-2,5»
Рисунок 59 – Монтаж здания по системе «КУБ 2,5»
Элементы системы КУБ-2,5:
1) Колонны
Система предусматривает применение неразрезных колонн высотой на два этажа. В местах примыкания перекрытий (на высоте этажа) в колоннах предусмотрены шпонкообразующие вырезы в виде четырёхгранных усечённых пирамид, соединённых вершинами (рисунок колонны). В пределах шпонки несущая арматура колонны обнажена. В середине шпонки предусмотрен арматурный стержень, воспринимающий поперечную силу, возникающую при изготовлении и распалубке, монтаже колонны.
Колонны имеют вдоль трёх граней продольные риски, совпадающие с геометрическими осями, назначение которых – соблюдение соосности при монтаже, обеспечение лучшей связи с примыкающими перегородками (рисунок 60).
Стык колонн предусматривает так называемый «принудительный монтаж», при котором фиксирующий стержень нижнего торца верхней колонны соединяется с патрубком верхнего торца нижней колонны. Сварка колонн осуществляется при помощи 2-х арматурных выпусков низа верхней колонны и 4-х арматурных стержней верха нижней колонны (рисунок 60б).
Колонны для зданий высотой до 4-х этажей имеют сечение 400*200мм, для остальных случаев – 400*400мм (рисунок 60в).
Колонны могут иметь разрезку высотой на несколько этажей:
— при сечении колонн 400*400мм предельная длина колонны – 14600мм;
— при сечении колонн 400*200мм – 9200мм.
а)  | б)   | в)  |
а – общий вид колонны; б – стык колонн по высоте; в – сечение колонн
 | Рисунок 61 – Опирание колонны в стакан фундамента |
2) Панели перекрытий
Предусмотрены две модификации панелей перекрытий:
Панели перекрытия – сплошного сечения толщиной 160мм.
Одномодульные панели перекрытия разделяются в зависимости от расположения на (рисунок 62):
— МП – межколонные панели, расположенные между надколонными панелями;
— СП – средние панели, располагаются между межколонными (в середине).
Кроме того, предусмотрены панели перекрытий шириной 1900мм, устанавливаемые по периметру перекрытий.
В торцах панелей перекрытий предусмотрены петлевые выпуски, обеспечивающие в каркасе монолитную связь между панелей и монтажные столики, обеспечивающие монтаж перекрытий без поддерживающих стоек.
 |  |
Рисунок 62 – Панели перекрытий
Торцы панелей решены таким образом, что арматурные выпуски (петли) образуют петлю, куда вставляется, а затем привязывается арматура и стык бетонируется бетоном класса В25 на мелком заполнителе. Стержни вставляются с шагом 300мм (рисунок 63).
Достоинства таких перекрытий:
— образуется гладкий потолок;
— уменьшается строительная высота перекрытия;
— снижены трудозатраты на монтаж перекрытия.
 |   |
Рисунок 63 – Опирание и стыки плит перекрытия
3) Связи жёсткости
Проектом предусмотрены железобетонные сжато-растянутые связи-распорки по восходящей схеме, обеспечивающие пространственную жёсткость и устойчивость рамно-связевого варианта системы.
Сечение связей 200*250мм, оба конца привариваются к закладным деталям (рисунок 64).
Рисунок 64 – Связи жесткости
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
СИСТЕМА «КУБ 2,5»
Видео
Универсальная конструктивная СИСТЕМА «КУБ 2,5», высоко индустриализирована, что выражается в высокой степени заводской готовности состовляющих ее элементов. Все элементы производятся на заводах железобетонных изделий. На строительной площадке выполняется только монтаж готовых элементов механизированными средствами, обеспечивая тем самым высокие темпы строительства.
Буклет
Конструктивная СИСТЕМА «КУБ 2,5» позволяет в разнообразных климатических условиях практически полностью обеспечить строительство всего спектра городских сооружений: жилья, зданий административного, социально-культурного и бытового назначения, многоярусных гаражей, складов, некоторых производственных сооружений.
Конструктивная СИСТЕМА «КУБ 2,5» позволяет в разнообразных климатических условиях практически полностью обеспечить строительство всего спектра городских сооружений: жилья, зданий административного, социально-культурного и бытового назначения, многоярусных гаражей, складов, некоторых производственных сооружений.
Все железобетонные конструкции СИСТЕМЫ дают возможность проектировать (строить) здания вплоть до I степени огнестойкости, что обеспечивает использование ее для зданий различной высотности: коттеджи, малоэтажные и многоэтажные дома. Минимальное количество вертикальных элементов каркаса и отсутствие ригелей позволяет создавать в границах несущих и ограждающих конструкций свободные планировки помещений различного назначения.
Перегородки могут быть расположены в любом месте архитектурного плана как во время проектирования и строительства, так и во время эксплуатации здания. СИСТЕМА «КУБ» позволяет консольно выносить плиты перекрытия за оси крайних колонн (до 1,5м) и придавать плитам по их наружному обрезу практически любую форму в плане. В СИСТЕМУ заложены безграничные возможности по обогащению пластики фасадов, которые могут удовлетворить любые, самые изысканные вкусы, и ограничиваются только фантазией архитектора, запросами Заказчика и требованиями Норм.
Несущий каркас здания состоит только из внутренних элементов (колонн, перекрытий и при необходимости связей или дифрагм). В качестве наружных ограждающих конструкций (стен) могут использоваться практически любые фасадные решения: облегченные теплоэффективные каменные (в т.ч. облицованные кирпичем), различные навесные панели, вентилируемые фасады, витражные ограждения и т.д.
Узел А
Узел Б
Узел В
Узел Д
Узел Г
Каркас здания (сооружения) в системе конструктивного безригельного каркаса представляет собой пространственную конструкцию, типа «этажерки» сборного, сборно-монолитного или монолитного исполнения. В качестве стоек каркаса служат колонны, роль ригелей выполняют плиты перекрытия, для элементов жесткости используются связи либо диафрагмы. Лестницы, вентблоки, лифтовые шахты могут быть применены типовые. Несущая способность перекрытий позволяет использование каркаса в зданиях с интенсивностью нагрузок на этаж до 1300 кг\м2 (модификация «КУБ-2,5К» до 2500кг\м2).
Членение перекрытия запроектировано с таким расчетом, чтобы стыки панелей распологались в зонах, где величина изгибающих моментов равна нулю. Стыки элементов, из которых состоит безригельный каркас в целом, замоноличиваются, образуя рамную конструктивную систему, ригелями которой служат перекрытия.
Важным преимуществом системы является возможность использования в колоннах бетонов повышенных классов (до В60), что сказывается на результатах армирования и сохранении типовых поперечных сечений колонн 400*400. Колонны, изготавливаемые на строительной площадке (в монолитном домостроении) могут иметь класс бетона до В30, а это накладывает на конструирование стоек соответствующие ограничения.
Нагрузка на основание здания построенного с использованием каркаса СИСТЕМЫ «КУБ-2.5» на 25% меньше, чем от аналогичного в монолитном исполнении. Собственный вес каркаса минимален за счет достигнутой оптимизации всех сечений. Независимо от грунтовых условий объем фундаментов, необходимых для распределения усилий на основание от надземной части зданий, выполненных в конструкциях «КУБ-2.5» будет всегда ниже.
Конструкции безригельного каркаса предназначены для применения в различных регионах России, в том числе в районах с сейсмичностью 7-9 баллов.