Широкий шаг в строительстве
В предыдущем выпуске мы рассказали о планах строительства в 59-м микрорайоне «Шведская горка».
Сегодня подробнее расскажем о конструкции жилого дома № 29 в микрорайоне № 59, который реализует УКС города Гомеля. В данном доме применяется технология конструктивно-планировочного решения «широкий шаг».
Эффективность строительства многоэтажных жилых зданий в основном определяется материальными затратами на их возведение и темпами строительства.
Материалоемкость в значительной мере зависит от принятой конструктивной системы. Именно она влияет на архитектуру и потребительские качества зданий (разнообразие застройки, комфорт и планировочные решения, адаптируемые к изменяющимся потребностям, стоимости эксплуатации).
Известно, что одним из основных видов жилищного строительства до недавнего времени в нашей республике являлось индустриальное домостроение. Имея ряд положительных качеств, крупнопанельному домостроению присущ и ряд существенных недостатков: жесткие планировочные схемы с шагом 3.0 м, наличие стыков наружных панелей, однообразие архитектурного облика микрорайонов.
Проектной организацией был осуществлен поиск новых конструктивных систем и планировочных решений жилых домов типовых потребительских качеств для широких слоев населения. Одним из направлений поиска явилась работа по созданию новой конструктивной системы зданий, используя индустриальные изделия крупнопанельного домостроения. Так появилась идея нового дома с широким шагом железобетонных несущих поперечных стен. В качестве основных несущих элементов в таких зданиях приняты поперечные железобетонные стены толщиной 160 мм с шагом 6,4 м. Пространственная жесткость здания обеспечивается продольными и поперечными диафрагмами жесткости, которыми служат продольные и поперечные стены, а также дисками перекрытий, представляющими собой сборные железобетонные предварительно-напряженные многопустотные плиты, опертые по двум сторонам, и объединенные скрытыми в пределах толщины перекрытий монолитными заделками, которые связаны с внутренними стеновыми панелями. В качестве наружных ограждений применяются блоки из ячеистых бетонов, опирающихся поэтажно на перекрытие.
Данная конструктивная схема позволяет повысить качество архитектурно-планировочных решений за счет трансформации помещений, максимально использовать оснастку домостроительных комбинатов, повысить темпы возведения жилых домов, улучшить показатели основных элементов зданий по сравнению с другими конструктивными системами и обеспечить требуемые теплотехнические и звукоизоляционные показатели.
По такой конструктивной схеме построены и продолжают строиться новостройки в Гомеле, Светлогорске, Жлобине, Речице, Мозыре, Калинковичи, Добруше, Хойники, Пинске.
Особенности конструктивно-планировочной структуры крупнопанельных зданий*
В процессе архитектурно-строительного проектирования крупнопанельных зданий решающее значение имеет выбор конструктивно-плакировочной структуры, представляющей собой планировочное решение здания, увязанное с объемно-пространственной его конструктивной схемой. Конструктивно-планировочная структура здания в первую очередь определяется модульной (разбивочной) сеткой вертикальных опор и их конструктивным решением.
Крупнопанельные здания по принципу конструктивно-планировочной структуры могут быть разделены на две группы (системы).**
Первая группа — с поперечными несущими конструкциями в виде несущих панельных стен или стоечно-ригельного каркаса. При поперечных схемах показанных на рисунке 2-12, элементы перекрытия опираются на поперечные несущие конструкции.
Рис. 2-12. Системы с поперечными несущими конструкциями
а — с малым шагом поперечных несущих стен и несущими продольными стенами; б—с широким шагом поперечных несущих стен; в — с наружными несущими степами и внутренним поперечным каркасом; г — с полным поперечным каркасом
Вторая группа — с продольными несущими конструкциями, аналогичными первой системе. При продольных схемах (рис. 2-13) перекрытия опираются на наружные и внутренние продольные несущие конструкции, В решениях с частым расположением поперечных несущих панельных стен применяется смешанная система с опиранием перекрытий по контуру или по трем сторонам, т. е, в поперечном и продольном направлениях (рис. 2-12, а).
Рис. 2-13. Системы с продольными несущими конструкциями
а — с продольными несущими стенами; б — с наружными несущими стенами и внутренним продольным каркасом; а —с полевым продольным каркасом
Система с поперечными несущими конструкциями
Система с поперечными несущими конструкциями позволяет четко разграничить элементы здания—на несущие поперечные стены или рамы каркаса и на ограждающие легкие наружные навесные панели, при которых размеры оконных проемов не ограничиваются.
В практике крупнопанельного строительства широко применяется конструктивная схема с поперечными стенами, что объясняется следующими ее преимуществами:
В крупнопанельном жилищном строительстве применяются два типа схемы с поперечными несущими стенами.
Схема с малым шагом поперечных несущих стен, соответствующим ширине комнат и лестничных клеток (шаг на комнату). В крупнопанельных домах с частым расположением поперечных несущих стен обычно применяются два шага размеров 2,6 и 3,2 метра или один шаг размером 3,2 м. В части типовых проектов 9-этажных домов размеры между поперечными несущими панельными стенами приняты 2,7, 3 и 3,3 м.
Малые пролеты между поперечными несущими перегородками позволяют применять для устройства перекрытий небольшой толщины плоские железобетонные панели, экономичные по расходу материалов, затратам труда и стоимости. Недостатком такого решения является то, что при наличии жестко закрепленных часто расположенных межкомнатных несущих перегородок исключается вариантная планировка квартир. Примерами решения крупно-панельных типовых жилых домов с малым шагом поперечно несущих стен являются 5-этажные дома серии 1-464, 1-464А, К-7 (указаны на рисунках (3-1, 3-2, 3-4) и с поперечным несущим каркасом дома серии 1-335 (см. рис. 3-15), а также 9-этажные дома серии II-49 и II-57 (см. рис. 4-9 и 4-12).
Схема с широким большепролетным шагом поперечных несущих панельных стен или колонн и ригелей каркаса дает возможность размещать между поперечными несущими конструкциями две комнаты (шаг на 2 комнаты).
В крупнопанельных зданиях с широким шагом поперечных стен или колонн каркаса применяется унифицированный шаг размером 6 метров, а местах лестничных клеток, как правило, принимается узкий шаг равный половине большого шага, т. е. 3 м. В практике крупнопанельного строительства применяется широкий шаг размером 5,2 и 6,4 м.
Схема поперечных несущих конструкции с широким шагом обеспечивает достаточную вариантность планировки квартир и дает возможность свободно располагать межкомнатные перегородки в пределах между несущими поперечными конструкциями. Примеры домов с широким шагом поперечных несущих стен: 5-этажные дома серий 1-468, 1-468А, 1-467А (см. рис. 3-11, 3-12, 3-13) и 12-этажный дом на Ленинградском проспекте (см. рис. 4-16).
К преимуществам бескаркасных крупнопанельных зданий с поперечными несущими стенами относится отсутствие каких-либо конструктивных элементов, выступающих в помещения, а их недостатком является жестко заданное расположение несущих поперечных стен по основным разбивочным осям, наличие которых даже при широком шаге (размером 6 м) затрудняет устройство больших помещений. Поэтому первые этажи жилых домов с поперечными несущими стенами при необходимости размещения в них торговых предприятий или помещений культурно-бытового обслуживания решаются по каркасной конструктивной схеме.
Система с продольными несущими стенами или продольным каркасом
Система с продольными несущими стенами или продольным каркасом удобна для ряда планировочных решений жилых секций и квартир, так как при этой системе не ограничивается размер квартир и секций по длине здания и обеспечивается свободное размещение межкомнатных перегородок в квартирах. Наличие же средней продольной несущей стены или продольного ригеля несколько ограничивает планировочное решение жилых домов. Конструктивная схема с продольными несущими стенами и большепролетными перекрытиями применена в 5-этажных домах серии 1-515 (см. рис. 3-14), а на основе каркасной схемы с продольным расположением ригелей разработан 16-этажный дом серии МГ-601, построенный в 10-м квартале Новых Черемушек (см. рис. 4-21).
При бескаркасных и смешанных системах с продольным расположением конструкций наружные панельные стены выполняют одновременно несущие и теплозащитные функции, поэтому для их устройства применяются материалы, достаточно эффективные в теплотехническом и надежные в конструктивном отношениях. Полного использования обоих свойств стеновых материалов при этом, как правило, не достигается. В зданиях с продольными несущими стенами размеры оконных проемов по ширине ограничиваются несущими простенками, а по высоте — перемычками или продольными прогонами в каркасных зданиях.
Характерная особенность крупнопанельных зданий заключается в том, что при их проектировании возникает противоречие между естественным стремлением к свободе и разнообразию объемно-планировочного решения зданий, с одной стороны, и требованием сокращения типоразмеров изделий, отражающим закономерности крупнопанельного домостроения, с другой стороны. Это противоречие в значительно меньшей мере относится к зданиям из мелкоштучных элементов.
Рис. 2-14. Схемы опирания и назначение размеров конструктивных элементов
а — опирание панелей на стены; 6 — то же на ригели прямоугольного сечения; в — платформенное оттирание ригелей на колонну; г —опирание панелей на стены с консолями; д — опирание панелей на полки ригелей; и- опирание ригелей на выступающие консоли; ж — то же, на скрытые консоли; з —конструктивные длины элементов при платформенном опирания: и—то же при опирании консольного типа; 1 — несущая стековая панель; 2—панель перекрытия; 3 — ригель; 4 —колонн
При назначении размеров планировочных параметров крупнопанельных зданий, а также конструктивных размеров сборных изделий необходимо учитывать особенности конструктивного решения узлов опирания элементов перекрытия на несущие конструкции. Различные способы опирания панелей перекрытия на несущие стеновые панели или ригели, а также опирание ригелей на колонны или стены приводят к тому, что при полной унификации объемно-планировочных параметров зданий и при одной и той же конструктивной схеме сборные изделия имеют различные размеры. Все разнообразные случаи опирания конструкций могут быть приведены к двум принципиальным схемам (рис. 2-14),
Платформенное опирание
Платформенное опирание, когда панели перекрытий укладываются впритык по верхней плоскости несущих стеновых панелей или по верху ригелей, а ригели опираются на торцы колонн. В этом случае изгибаемые конструктивные элементы перекрытий перерезают вертикальные несущие конструкции.
Консольное опирание
Консольное опирание, когда панели перекрытий укладываются враздвижку на выступающие консоли из несущих стеновых панелей или на консольные полки ригелей, а ригели опираются на консоли колонн.
В этом случае конструктивные элементы перекрытий не перерезают вертикальные несущие конструкции.
В практике крупнопанельного строительства применяются обе рассмотренные системы опирания, существенное различие которых заключается в том, что если при платформенной схеме цепочки горизонтальных размеров включают конструктивные размеры сборных изделий и зазоры между ними, то при консольной схеме появляется дополнительное слагаемое — толщина несущей стеновой панели, ригеля или колонны (схемы з, и, рис. 2-14),
Для полносборного домостроения большое значение имеет укрупнение сборных строительных изделий и снижение веса зданий за счет применения легких эффективных материалов. При увеличении размеров крупнопанельных элементов сокращается их общее количество, а также уменьшается число-узловых соединений и длина швов. Наглядным примером в этом отношении являются наружные стены, при устройстве которых из панелей размером на две комнаты количество стыков и вертикальных швов между панелями сокращается вдвое по сравнению со стенами из панелей размером на одну комнату.
Одной из наиболее важных проблем в конструкциях крупнопанельных зданий является качественное решение вертикальных стыков между наружными панелями, в которых температурные колебания вызывают знако-переменные усилия. Вследствие этого вертикальные стыки находятся постоянно в движении и попеременно испытывают растяжение или сжатие. Поэтому длина наружных панелей должна назначаться в зависимости от коэффициента линейного расширения материалов, из которых предполагается делать панели, и в зависимости от конструктивного решения вертикальных стыков между панелями, обеспечивающих соответствующую деформативность.
Таблица 2-8
Примечания
В целях уменьшения возможности образования трещин в наружных крупнопанельных стенах от переменно действующих температур наружного воздуха установлены допустимые расстояния между температурными швами в зданиях, возводимых в различных климатических условиях, с учетом применяемых материалов для наружных панелей и конструкции связей между ними (табл. 2-8).
Снижение веса зданий, укрупнение сборных изделий, уменьшение количества узловых соединений сокращают транспортные расходы, трудоемкость, стоимость и сроки возведения крупнопанельных зданий. Таким образом, для дальнейшего совершенствования крупнопанельного домостроения необходимо расширение производства эффективных тепло-звукоизоляционных, отделочных и герметизирующих материалов, а также развитие производства новых видов конструкций из легких бетонов и различных сплавов.
* Теоретические основы архитектурно-строительного проектирования зданий и их элементов подробно освещаются а учебнике под редакцией д-ра техн. наук проф. В. М. Предтеченского «Архитектура гражданских и промышленных зданий. Основы проектирования». Стройиздат, 1966 г.
**Под конструктивной системой следует понимать совокупность решения несущих и ограждающих конструкций; в отличие от конструктивной схемы она более полно характеризует конструктивное решение.
ОПТИМАЛЬНАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА ЗДАНИЯ.
В этой небольшой заметке обрисую в общих чертах, как на современном этапе развития технологий, выполняют конструкции здания с коэффициентом использования близкому к 1, что, как следствие, обеспечивает максимальную экономичность и эксплуатационную эффективность сооружения.
Итак, возьмем обычные классические кирпичные многоэтажные дома, которые до сих пор строят и преподносят даже все чаще, как «элитные» с «всамделишного» кирпича построенные.
Вот видя все эти факторы, умные люди много лет назад проанализировали и выяснили, что «идеальной» схемой здания будет такая схема, где несущая способность каждого элемента будет использоваться на 100%. Вроде это очевидно, но в строительстве, как очень инертной сфере такой подход тормозился долгие годы и тормозиться сейчас следующими факторами:
1. У строительных компаний есть куча каменщиков, которые могут класть только кладку.
2. Психологически многие (я лично разговаривал с директорами и выяснял их позицию) директора строительных компаний считают классические здания более надежными долговечными и качественными.
3. Психологически многие покупатели недвижимости хотят «толстые стены» (без шуток) и обязательно кирпичные.
4. Из-за того, что технологически многие компании не готовы работать на высоком уровне с прогрессивными конструкциями, но зато имеют долголетний опыт работы с кирпичом, получается ситуация когда кирпичные дома действительно по качеству лучше.
5. До недавнего времени не было возможности считать сложные монолитные схемы с нетривиальной геометрией, что ограничивало применение высокоэффективных конструкций.
Как мы можем получить высокоэффективный и экономичный остов здания? Есть два основных пути по которым идет современное строительство:
1. Так как мы наблюдаем избыточность несущей способности классического кирпича в наружных и внутренних стенах при недостаточном сопротивлении теплопередаче, то самый простой путь: просто снизить плотность материалов до такой степени, чтобы и прочность обеспечить и теплопроводность снизить при адекватных толщинах стен. Это привело к появления газосиликатных и пенобетонных стен. При плотности D600-D800 (в 2-2.5 раза ниже чем у кирпича) данные блоки отлично выдерживают нагрузку 2-3 этажей при толщине стен 400-500мм, обеспечивая наружным стенам вполне приличную теплоизоляцию. Такие стены экономят стоимость на доставке материалов, кладке стен, уменьшают фундаменты, т.к. здание весит меньше. Широко используется на данный момент в частном домостроении и тайн-хаусах.
2. Так как снижение плотности материалов при сохранении обычной стеновой конструкции эффективно только для небольшой этажности, то для многоэтажных зданий стали применять почти обратный метод: увеличение плотности несущих конструкций и их прочность до максимума возможного при нынешних технологиях и максимальное уменьшение несущих вертикальных элементов. Стали применять железобетон и сталь.
Что это дает. Это дает колоссальную экономию площадей, т.к. в качестве несущих элементов выступают не сплошные стены 380-510мм толщиной, а колонны или пилоны сечением 200х500мм, 200х700мм и т.д. (такие габариты пилонов удобны в жилых зданиях). При использовании колонн большого сечения их можно ставить с шагом 6-8-9м, что дает архитекторам и дизайнерам простор для воображения, а покупателям свободную планировку.
Наружные стены выполняются из совсем легких элементов, играющих только ограждающую и теплозащитную роль. Легкость обеспечивает минимальную толщину стен, что, опять же дает дополнительные площади.
Так как легкие стены не смогут себя нести даже на 2 этажа, здания стали делать с поэтажным опиранием наружных стен на монолитные плиты перекрытий.
Существенно уменьшается масса здания.
В нашей стране массово начали строить здания такого типа примерно 15 лет назад, когда программные комплексы для их расчета стали обеспечивать приемлемую скорость и точность работы, а также накопился опыт строительства и эксплуатации.
Итак, наиболее эффективная на данный момент технологического развития строительной сферы является каркасное здание с ненесущими наружными стенами.
Кстати, альтернатива монолитному домостроению были еще панельные здания (их и сейчас строят в большом количестве и развивают эту сферу), но у них существенно ограничен архитектурный полет фантазии, а также срок эксплуатации. И такие новостройки более бюджетны, чем монолит.
В тексте я упоминал сталь в качестве эффективного решения для каркаса. В нашей стране распространения в жилье они не получили ввиду проблем с пожарными нормами, а также ограничениями СП по доступу к осмотру данных конструкций. Поэтому стальной каркас в основной массе применяется в общественных, складских и производственных зданиях.
Постарался обойтись без цифр, чтобы не утяжелять материал.