Каркасно-панельные конструкции в московском строительстве
Поиски рациональных конструктивных схем многоэтажных зданий, отвечающих требованиям индустриализации, привели к созданию в СССР принципиально новых решений каркасных конструкций. Главной особенностью современного отечественного многоэтажного каркасного строительства стало широкое применение впервые в мировой практике сборного железобетона.
С 1965 г. индивидуальное строительство общественных зданий повышенной этажности в Москве осуществляется в основном на базе унифицированного каркаса серии КМС-101-1, разработанного проектными и научно-исследовательскими организациями ГлавАПУ Москвы с участием НИИЖБа и освоенного предприятиями Главмоспромстройматериалов и строительными организациями Главмоспромстроя.
В отличие от других систем сборных железобетонных изделий унифицированный каркас позволяет возводить разнообразные по назначению и форме здания высотой до 35 этажей. Это обеспечено принятыми высотами этажей от 2,4 до 4,8 м (модуль 30 см), пролетами от 1,8 до 12 м (модуль 60 см), нагрузками на перекрытия 600, 1250, 1600 и 2700 кг/м2, а также отработанными организационными формами планирования, проектирования, производства, комплектации и строительства—открытой системой типизации.
Унифицированный каркас серии КМС-101-1 предназначен для строительства общественных зданий повышенной этажности в Москве. Однако многие конструктивные решения, методы производства и монтажа изделий каркаса и связанные с ними организационные формы используются в строительстве и других видов зданий, в том числе производственных, общественных средней и малой этажности, а также в строительстве индивидуальных или уникальных жилых зданий и комплексов.
Унифицированный каркас основан на связевой схеме конструкций, которая обеспечивает высокий уровень унификации изделий, простоту их изготовления и удобство монтажа. Проведенные исследования показали, что при одинаковом объемно-планировочном решении здания каркас связевой системы требует на 20—30% меньше расхода стали, чем рамный, обладая при этом значительно более высокой жесткостью. В связевой схеме проще и экономичнее конструкция узлов, которая в значительной мере определяет трудоемкость изготовления и монтажа каркаса, особенно выполняемого в сборном железобетоне.
Оптимальным решением для многоэтажных зданий является пространственная компоновка связей; при невозможности по архитектурно-планировочным соображениям такой компоновки связевые диафрагмы могут быть выполнены плоскими при проектировании их сквозными на всю ширину здания. Благодаря высокой жесткости таких систем расстояние между связевыми стенками может быть принято 24—36 м, что обеспечивает необходимую гибкость планировки, особенно ценную в общественных зданиях.
Колонны приняты одно- и двухэтажными сечением 40X40 см, ригели каркаса таврового сечения с нижними полками для опирания многопустотных настилов перекрытий, имеющих высоту 22 см. Наружные ограждения выполняют из навесных керамзитобетонных ленточных панелей высотой 127, 150, 180 см, которые в зданиях с высотой этажа 3, 3,3, 3,6 и 4,2 м полностью комплектуют с набором стандартных столярных изделий.
Оригинальные узлы конструкций, разработанные на основе научно-исследовательских и экспериментальных работ, обеспечивают экономный расход металла как на изделия, так и на монтажные элементы и приспособления. Впервые в практике строительства стык сборных железобетонных колонн, передающий большие сжимающие нагрузки, был решен без деталей из листового или фасонного металлопроката, что обеспечило экономию стали и трудозатрат по сравнению с конструкцией стыка в виде сварных обойм. В стыке нагрузка с бетона одной колонны непосредственно передается на бетон другой с обеспечением прочности торцов колонн арматурными сетками.
Продольная арматура колонн в стыках соединяется полуавтоматической электросваркой в инвентарных медных формах, Рационально решен узел соединения ригелей с колоннами. Стены жесткости с беэметалльными горизонтальными стыками, соединяясь с колоннами, образуют плоские или пространственные вертикальные диафрагмы, воспринимающие как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, действующие на здание.
Плиты перекрытий унифицированного каркаса на боковых гранях имеют шпонки, которые после замоноличивания швов путем применения аренды опалубки перекрытий обеспечивают передачу горизонтальных сдвигающих сил, а также исключают возможность разных прогибов смежных плит.
По мере роста производства изделий каркаса возрастали объемы строительства зданий с его применением, Одновременно совершенствовалась номенклатура и конструкции. Существенной модернизации были подвергнуты конструкции стен жесткости, для которых разработаны уточненные расчетные схемы и усовершенствованы узлы соединений, В результате средний расход стали в конструкциях стен жесткости был снижен на 30%.
Значительно улучшены конструкции колонн, ригелей и панелей перекрытий. Приняты оптимальные показатели несущей способности колонн с комплектацией их закладными деталями в зависимости от назначения, что позволило снизить расход стали на 10%. Предусмотрен выпуск трехэтажных колонн, панелей перекрытий шириной до 3 м, элементов внутреннего обустройства зданий и других изделий, рассчитанных на дальнейшее повышение индустриальности строительства. Началось широкое внедрение в каркасные здания каркасно-обшивных перегородок на металлическом и асбестоцементном каркасе взамен мелкоштучных. Большой экономический эффект обеспечит намеченное на ближайшее время внедрение в изделия каркаса штампованных закладных и монтажных деталей.
Выпуск изделий унифицированного каркаса организован на крупных специализированных предприятиях, оснащенных передовой техникой, с современной технологией производства (Бескудниковском комбинате строительных материалов и конструкций № 1, комбинате железобетонных конструкций № 2, заводах ЖБИ № 8, 11, 18). Впервые в мировой практике несущие конструкции унифицированного каркаса изготовляют по конвейерной технологии на автоматизированных линиях, обеспечивающих самую высокую выработку (в 1,5 раза выше), чем на других отечественных предприятиях, и на 15% более низкую себестоимость продукции. Управление всеми механизмами и агрегатами на конвейерах автоматизировано или осуществляется с центральных пунктов.
Высоким уровнем технологии, не имеющей аналогов в отечественной и зарубежной практике, отличается введенная в 1974 г. на заводе ЖБИ № 18 полуконвейерная линия производства преднапряженных ригелей. Высокомеханизированный конвейер на этой линии работает а комплексе с автоматическими ямными камерами ускоренного твердения. Экономично использовать производственную площадь на заводе ЖБИ № 18 позволила конвейерная автоматизированная линия по производству пустотных настилов перекрытий мощностью 72 тыс. м изделий в год.
Изготовление ограждающих конструкций организовано на Бескудниковском комбинате № 1 по конвейерной технологии на двух линиях общей мощностью 126 тыс. м2 или 350 тыс. м2 панелей в год. Автоматизированная технологическая линия в виде вертикально-замкнутого конвейера (двухъярусного стана) обеспечивает изготовление керамзитобетонных стеновых панелей полной заводской готовности. Без переналадки и изменения ритма работы конвейера на линии изготовляют панели с различными видами отделки фасадов поверхности: стеклянной белой или цветной плиткой, керамическими глазурованными, а том числе крупноразмерными, плитками, декоративными досками из белого бетона, травертином и плитами из пиленого известняка.
На основе унифицированного каркаса серии КМС-101-1 сооружены здания самой различной формы и назначения: административные, учебно-производственные, торговые, гостиничные, лечебные, коммунально-бытового обслуживания и др., а также ряд жилых домов и комплексов. На основе серии КМС-101-1 возведены объекты Олимпиады-80. Учитывая последовательность освоения изделия, темпы наращивания производственных мощностей по производству конструкций и их монтажа, разработана и осуществлена на практике организационная форма планирования, проектирования, производства и строительства по этапам с последовательным снятием ограничений и соответствующим ростом вариационных возможностей системы.
Направлениями дальнейшего совершенствования каркасно-панельных конструкций являются следующие. Обеспечение органической связи со вновь разрабатываемой системой крупно-панельных конструкций. Это означает, что в одном здании должна быть обеспечена возможность применения двух видов конструкций, стыкуемых в плане как в направлении настилов, так и в направлении стен или ригелей, возможность использования единых элементов внутреннего обустройства и наружных ограждений. Оптимизация номенклатуры изделий, которая определяет количество марок изделий (и соответственно трудоемкость заводского производства) и расход стали. Так, проведенные исследования показали, что при увеличении типов колонн с одного до двух расход стали сокращается в 2,8 раза, а с двух до трех—на 21%. Дальнейшее увеличение типов колонн (до пяти) дает затухающие показатели экономии стали. Большую экономию стали может дать внедряемый в настоящее время метод адресной поставки колонн. Совершенствование технических решений на базе новых научно-технических разработок. В частности, резкое снижение количества марок изделий колонн дает внедрение «дисперсного» армирования колонн стандартизированного сечения (и соответственно отказа от использования колонн сечением 70X40 см и 55X40 см) при одновременном повышении марки бетона. Значительного эффекта можно достичь в длинномерных колоннах высотой 4—5 этажей, в сочетании предварительного напряжения с постановкой сеток косвенного армирования, позволяющего использовать высокопрочную арматуру, в том числе пряди и проволоку.
Задачам снижения расхода стали отвечает применение для сильнонагруженных колонн бетонов высоких марок — 700 и 800, которые осваиваются в экспериментальном заводском производстве колонн. Дальнейшее совершенствование расчета каркасных зданий может быть достигнуто путем перехода от простейших плоских схем к пространственным, от линейно-деформируемых расчетных моделей к физическим и геометрическим нелинейным, а также путем внедрения электронно-вычислительной техники.
Расширение производства железобетонных изделий для каркасно-панельных зданий совпало по времени с завершением технического перевооружения промышленности сборного железобетона. В значительной степени разработаны и внедряются новые принципы организации производства сборного железобетона: укрупнению изделий, применение групповых стальных форм и виброплощадок повышенной грузоподъемности, полная механизация укладки бетонной смеси, уплотнение и отделка поверхности изделий в процессе формования, поточное производство арматурных изделий и автоматизация арматурно-сварочных работ, надежные способы фиксации арматуры и закладных деталей и специализация их производства, обеспечивающие точность монтажа зданий, выпуск железобетонных изделий повышенной заводской готовности.
Важнейшим фактором обусловливающим определенное расширение номенклатуры изделий, является повышение требований к архитектурным качествам зданий и сооружений. В этих целях расширяется номенклатура панелей наружных стен, которая дополняется элементами стен с горизонтальной и вертикальной разрезкой, а также изделиями, выступающими из плоскости фасадов, что позволяет устраивать в полносборных зданиях подрезки, лоджии, галереи, при различных типах индустриальных методов отделки, цветных и фактурных решений.
Особо следует отметить виды отделок, внедрение которых намечено на ближайшие годы Это — камневидная и обнаженная цветная фактура панелей наружных ограждений, ограждений балконов и лоджий. Заслуживает внимания система наружных ограждений здания Центра международной торговли на Краснопресненской набережной, применение артбетона. В последние годы успешно ведутся работы по межвидовой унификации каркасных конструкций многоэтажных общественных и промышленных зданий. Значительное число зданий промышленного и гражданского назначения, строящихся в Москве, имеют одинаковые параметры (шаг колонн, нагрузку, высоту этажей и пр.) и соответственно могут иметь единую номенклатуру конструкций.
С использованием материалов журнала «Архитектура СССР», № 9 1980 г.
