Конструктивные системы зданий. Каркасные, бескаркасные здания

Рис. 9. Колонны, панели и  ригели для сборно-монолитного  домостроения на домостроительном комбинате.

Рис. 10. Узловые сопряжения сборно-монолитных несущих  конструкций, подготовленных к омоноличиванию. 

При МПЭ  ограждающие конструкции каждого  этажа (преимущественно полносборные) монтируют на нулевой отметке  и перемещают на проектную отметку  вместе с плитой междуэтажного перекрытия.

Наиболее распространенной из числа сборно-монолитных становится система с вертикальными монолитными элементами жесткости, возводимыми в скользящей опалубке, в сочетании со сборными панельными или каркасно-панельными конструкциями.

Эта комбинированная  строительная система позволяет повысить прочность несущих конструкций, этажность зданий по сравнению с этажностью полносборного здания из тех же конструктивных элементов.

Монолитное  и сборно-монолитное домостроение применялось  в небольших объемах, в основном, там, где оно позволяло индустриализировать строительство из местных материалов при ограниченных капиталовложениях в производственную базу.

Наиболее  целесообразным "монолит" считался при отсутствии или недостаточной  мощности предприятий панельного домостроения, а также при необходимости для решения градостроительных задач возведения зданий, отличающихся по архитектурно-планировочным параметрам и композиции от массовых полносборных.  

   Монолитные  и сборно-монолитные здания по жесткости  одинаковы, а иногда и превосходят панельные. Поэтому их применение особенно целесообразно в сложных грунтовых условиях и в условиях сейсмики - до 20 этажей при строительстве в районах с расчетной сейсмичностью 7-8 баллов. В обычных условиях строительства зданий они давали наибольший эффект в жилых домах до 25 этажей.

   Нижняя  граница этажности монолитных зданий определялась из технико-экономических  требований. Применение монолитных конструкций, возводимых в объемно-переставной  опалубке, экономически целесообразно  для зданий выше 8 этажей в обычных условиях и выше 4 этажей - в сейсмических. Для метода скользящей опалубки нижние границы экономической целесообразности составляют соответственно 15 и 8 этажей.

   Технико-экономические  показатели монолитного домостроения в связи с его новизной и ограниченным объемом еще окончательно не установились, но уже сейчас можно утверждать, что монолитное и сборно-монолитное домостроение по технико-экономическим показателям близко к панельному.

   Строительные  системы из дерева и пластмасс  – наиболее органично используется в малоэтажном индивидуальном строительстве. Они по своим конструктивным качествам, а главное, по долговечности - малопригодны для государственной жилищной политики. Более того, как показывает историческая ретроспектива, даже в наиболее сложных экономических ситуациях граждане могли выстроить подобное жилище самостоятельно, без вмешательства государства.

   * * *

   Унификация, типизация и стандартизация строительных конструкций существуют в рамках Единой модульной системы в строительстве. Массовое изготовление конструкций и деталей из сборного железобетона позволило осуществить коренные преобразования в строительном производстве, сократить сроки строительства и превратить его в значительной степени в механизированный процесс монтажа зданий и сооружений из крупноразмерных сборных элементов заводского изготовления.

   Важное  техническое и экономическое  значение при массовом производстве сборных элементов имеет известная  однотипность (ограниченная номенклатура) выпускаемых изделий. Это достигается  их унификацией, типизацией и стандартизацией.

   Унификация, т. е. предельное ограничение типоразмеров сборных конструкций и деталей, упрощает технологию заводского изготовления и ускоряет производство монтажных работ. Унификация строительных конструкций основывается на уменьшении разнообразия размеров объемно-планировочных параметров здания (пролетов, шагов и высот этажей) и на унификации расчетных нагрузок, действующих на конструкции. Унифицированные конструкции используются в зданиях различного назначения. Наиболее совершенные из них по архитектурным, техническим и экономическим требованиям и пригодные для многократного использования в строительстве утверждаются в качестве типовых.

   Типизация представляет собой разработку и отбор наиболее рациональных экономических решений отдельных конструкций, пригодных для многократного использования в строительстве. Таким образом, типизация не только позволяет сократить число типоразмеров строительных конструкций, типов зданий, но и значительно упрощает и удешевляет строительство.

   Стандартизация является завершающим этапом унификации и типизации строительных конструкций и изделий. Типовые конструкции и детали, прошедшие проверку в эксплуатации и получившие широкое распространение, утверждаются в качестве стандартов (образцов). Размеры, форма и качество стандартизированных конструкций устанавливаются ГОСТами.

   В целях сокращения числа типов  сборных изделий для зданий массового  строительства разработан единый сортамент  деталей, обязательный для проектных  организаций и предприятий строительной индустрии. Введение единого сортамента способствует улучшению технологии производства массовых изделий, повышению их качества и снижению себестоимости.

   Совокупность  правил, увязывающих (на базе основного  модуля) размеры объемно-планировочных и конструктивных элементов здания с размерами сборных конструкций, называют Единой модульной системой (ЕМС). За основной модуль принимают 100 мм. Размеры зданий и сборных конструкций устанавливают кратными 100 мм. При назначении длины, ширины конструкций принимают укрупненные модули (6000, 3000, 1500, 1200, 600, 300, 200 мм), при небольших размерах конструкции - дробные модули (50, 20, 10 мм).

   Для учета зазоров и швов между  сборными конструкциями Единая модульная  система предусматривает несколько  категорий модульных размеров:

• номинальные, определяющие расстояние между модульными разбивочными осями здания или условные размеры конструкций с учетом соответствующей части зазоров и швов;
• конструктивные, определяющие проектные размеры сборных элементов, отличающиеся от номинальных на величину нормированных (5, 10, 15, 20 мм) зазоров и швов;
• натуральные, т.е. фактические размеры изготовленной конструкции или фактические расстояния между разбивочными осями построенного здания.

   Расположение  конструктивных элементов здания по отношению к модульным разбивочным осям (их обозначают на чертежах буквами или цифрами) называют в ЕМС привязкой. В зданиях с несущими стенами модульные разбивочные оси проходят по центру внутренних стен, а в наружных стенах — от внутренней грани стены на расстоянии, кратном 100 и 50 мм.

   В каркасных зданиях в средних  рядах разбивочные оси проходят по центру колонн. В крайних рядах  разбивочные оси могут проходить  или по центру колонн (осевая привязка) или по грани конструктивного  элемента (нулевая привязка).

   Правила Единой модульной системы обязательны  при проектировании и строительстве  зданий и отдельные отступления  от них разрешаются при реконструкции  или при экспериментальном строительстве.

   * * *

   Развитие  конструктивных систем панельного жилья массовых серий происходило по следующей упрощенной схеме:

   - бескаркасные с несущей внутренней  продольной стеной и часто  расположенными поперечными стенами  с перекрытиями размером на  комнату (серии 1-464А, 1-466К, 1605АМ);

   - с несущими поперечными стенами и опиранием перекрытий на две и три стороны (серии П-32, П-35, 1МГ-300, 1ЛГ-502);

   - с несущими редко расположенными  поперечными стенами, с самонесущими  наружными стенами, с перекрытиями  из предварительно напряженных  многопустотных железобетонных  настилов (серииI-467,I-467A.1-467Д, I-468, I-468Б, I-468Д, Г, ГИ; III-78-2, III-83-I, III-84-I);

   - с поперечными несущими стенами,  работающими на изгиб, как балки-стенки (серии ОД, К-7);

   - бескаркасные с несущими продольными  наружными и внутренними стенами, поперечными диафрагмами жесткости, с перекрытиями из железобетонных предварительно напряженных настилов, опирающихся на две стороны (серииI-468A,I-465, 1-515, ТЛГ-507, ТКБ, ТКБУ);

   - полукаркасные с наружными несущими  стенами и внутренним рядом  колонн (серияI-335 до 1966 г.) и с полным каркасом с пристенными колоннами и самонесущими наружными стенами (серияI-335Д после 1966 г.);

   - с опиранием по контуру керамзитобетонных  панелей перекрытий; шаг поперечных  стен 3 и 3,6 м, шаги продольных5,1 и6,6 м (серияIII-99-I) и5,7 и6,6 м (серия Ш-90-3).

   Как видно из представленной классификации  для общесоюзных серий (I-464,I-335,I-468,I-463) вводились дополнительные индексы  А, Б, Д. Серии без индексов были возведены  в период с 1959 по 1963 г., серии с  индексами А и Б, возведенные в 1963-1967 гг., имели несколько улучшенные архитектурно-планировочные решения. После 1967 г. в практику вводятся серии с индексом Д, имеющие значительно более высокие теплотехнические свойства ограждающих конструкций. С 1970 г. строятся серии с индексом III, запроектированные с учетом всех недостатков индустриализации строительного комплекса на первом этапе решения жилищной проблемы в СССР.

   В крупнопанельных жилых домах  с частым расположением поперечных несущих стен (малый шаг, соответствующий ширине комнаты или лестничной клетке) применялись обычно два шага размерами 3,0 и 3,6 м или 3,0 и 3,3 м (серия 96; 464 Д).

   Имели место системы с постоянным шагом  поперечных стен 3,2 или 3,6 м. Эти системы  отличались высокой степенью унификации изделий на дом и небольшой номенклатурой изделий (дома серии «Т» для Киева и южных районов России).

   При последующем развитии панельного домостроения, для крупнопанельных жилых домовповышенной  этажности (до16-ти этажей включительно) к началу 80-х годов были нормативно оговорены следующие конструктивные схемы, отработанные при внедрении жилья массовых серий:

   а) бескаркасные с поперечными несущими стенами:

• с опиранием панелей по контуру, шагом поперечных стен2,6 и3,2 м и расстоянием между осями трех продольных стен здания по5,76 м (серияI-464A,I-464Д,III-121-3,III-121-1) с шагом3,2 м и расстоянием между осями трех продольных стен здания по5,6м (серия П-57); с шагом поперечных стен2,7 и3,3 м и расстоянием между осями трех продольных стен по6 м (серии П-49П, П-49Д);
• с шагом3,2 и расстоянием между осями трех продольных стен по6 м (серия 1ЛГ-602 и др.); с взаимосмещенным шагом3 и3,3 м и расстоянием между осями трех продольных стен5,7 и4,8 м (серия 1ЛГ-600) с поперечным шагом 6 м и расстоянием между осями трех продольных стен по5 м (серииI-468A,I-468Б);
• с шагом поперечных несущих стен 2,65 и 3,4 мне расстоянием между осями трех продольных стен 5,76 м (серия 1605 АМ/9); с шагом поперечных несущих стен6 и 3 м и с расстоянием между осями продольных стен6,6 м, а при лоджиях -6 и 5,4м (серияIII-83-3);
• с шагом поперечных стен3,6 и2,7 м и расстоянием между осями четырех продольных стен5,4; 1,88 и5,40 м (серия Ш-92-2);

   б) с продольными самонесущими стенами и поперечными несущими с шагом поперечных стен 6 м и продольных (серия П-60);

   в) с продольными несущими стенами с двумя пролетами по6 м каждый (серия I-315) и пролетом 5,6 м (серия 1ЛГ-606);

   г) с несущими внутренними поперечными и продольными стенами и навесными наружными стенами: шаги поперечных стен - 4,2 и 3,6 м, пролеты продольных стен6 - 4,8 и 3,6 м (серия 137);

   д) каркасно-панельные, конструктивная схема каркаса которых представляет собой шарнирно-связевую систему из сборного железобетона с продольным расположением ригелей и перекрытий из напряженно-армированных плоских панелей, колонны двухэтажные с постоянным сечением 40х40 см на всю высоту дома с консолями для опирания ригелей таврового сечения высотой 45 см с полкой понизу для опирания панелей перекрытия (серия IМГ-601Д).

Рис. 11. Декомпозиция экономической  системы на производственной подсистеме внедрения  жилищных серий и  сектора потребления.

   Анализ  использованных в массовом жилищном строительстве конструктивных схем панельных сооружений позволяет сделать следующие выводы для планирования реконструкционных мероприятий:

   - стеновые панели и панели перекрытий  бескаркасных зданий, благодаря наличию между ними связей, образуют жесткую пространственную систему, не нуждающуюся в дополнительном усилении;

   - устойчивость крупнопанельных  бескаркасных зданий, имеющих в своей массе скатные кровли на деревянных несущих конструкциях, обеспечивается продольными и поперечными стеновыми панелями, образующими с панелями перекрытий единую пространственную систему, что позволит создать в процессе реконструкционных мероприятий дополнительное жилое подчердачное пространство;

   - пространственная жесткость и  устойчивость каркасно-панельных зданий обеспечивается с помощью совместной работы панелей перекрытий, колонн и диафрагм жесткости в виде сборных железобетонных стенок, соединенных между собой и с колоннами металлическими связями на сварке или болтах;

   - система несущих конструкций  панельного жилья бескаркасного и каркасно-панельного типа в процессе реконструкции нуждается лишь в оценке технического состояния металлических крепежных и закладных элементов, в выборочной проверке рабочего состояния арматурных каркасов несущих железобетонных конструкций, последующих ревизии и усилении элементов, пришедших в негодность;

   - основную сложность реконструкционных  работ панельного жилья массовых  серий составят полукаркасные сооружения с наружными несущими стенами и внутренним рядом колонн, т.е. серия I-335, широко использовавшаяся вплоть до 1966 г.

   Жилые дома полукаркасного типа серии I-335 практически повсеместно находятся нынче в предаварийном состоянии с почти исчерпанной надежностью конструктивной схемы, поэтому, прежде всего, нуждаются в усилении и повышении жесткости системы несущих конструкций всего здания в целом.

   На  рис. 11 представлена декомпозиция общего функционирования сложившейся системы по страте проектирования, доработки и внедрения серий жилья. Сектор потребления представляет собой сформированное для эксплуатации жилья нового типа жилищно-коммунальное хозяйство.

   Поскольку вся система развивается на основе общих унифицирующих подходов, то все координирующие параметры производственного сектора и сектора потребления разрабатываются и доводятся до соответствующих уровней в нормативном виде. В точности такое же строгое соответствие нормативам имеют и параметры отклика (выхода).

   Сектор  потребления функционировал на основе тех же сквозных нормативов, закладывавшихся  на стадии проектирования. Поэтому  поступавшие от него данные в виде входных параметров системы доработки жилищных серий так же имели нормативную, жестко регламентированную форму.