Приказом министра архитектуры и строительства в 1999 г. была утверждена проектно-техническая документация серии Б1.020.1-7 [1], а институт "Минсктиппроект" начал распространять эту документацию по заявкам проектных и производственных предприятий Республики Беларусь. Изначально при постановке задачи на разработку новой конструктивной системы жилых и общественных зданий требовалось обеспечить гибкие планировочные решения и уменьшить удельную массу зданий в 1,7–2,0 раза. Кроме того, при разработке следовало предусмотреть максимальное использование традиционной продукции стройиндустрии и стройматериалов.
Чтобы решить поставленную задачу, необходимо было [2] создать единый несущий каркас с плоскими перекрытиями, способный воспринять все приложенные к зданию расчетные нагрузки и воздействия и обеспечить его пространственную жесткость и устойчивость. Плоские перекрытия в таком каркасе позволяют размещать ограждающие конструкции (наружные стены и перегородки) в любом месте, определяемом объемно-планировочными решениями. Поскольку наружные стены в каркасных зданиях можно выполнять поэтажно опертыми или навесными, они освобождены от восприятия общих нагрузок на здание и могут быть выполнены из легких малопрочных, но энергоэффективных материалов и изделий.
Тщательный анализ отечественного и зарубежного опыта, результатов экспериментально-теоретических исследований показал, что для разрабатываемой системы многоэтажных зданий наиболее предпочтительными являются каркасы из монолитного или сборно-монолитного железобетона. С их применением плоские перекрытия могут быть осуществлены без перерасхода основных конструкционных материалов при сетке колонн до 6,6х6,6 м для первого материала и до 7,2х7,2 м – для второго. Из-за отсутствия доступных опалубочных систем к разработке на первой стадии была принята конструкция сборно-монолитного каркаса. Для этого каркаса требовались минимум опалубки под монолитные ригели и относительно простые поддерживающие устройства. Сначала были применены навесные монтажные мостики с опалубкой поверху для опирания сборных плит и устройства несущих ригелей. Эти устройства были разработаны в ОАО "Стройкомплекс" и применены на строительстве первого опытного дома разрабатываемой системы в микрорайоне "Малиновка-6" в Минске. Затем было решено заменить монтажные мостики на опалубочно-стоечные устройства МОДОСТР, разработанные в БелНИИС [3].
Для обеспечения высокого темпа и всепогодности строительства в БелНИИС под руководством профессора Н.П. Блещика разработаны энергоэффективные композиции бетонных смесей и малоэнергоемкая технология бетонирования.
Под руководством кандидата технических наук В.Е. Сеськова применительно к каркасным системам зданий разработаны современные фундаментные конструкции и технологии их возведения для различных грунтово-геологических условий (гибкие плиты, щелевые фундаменты и др.), которые положительно зарекомендовали себя в практическом строительстве.
Первый же опыт применения каркасной системы показал, что поставленная задача решена. Удельная масса здания уменьшена по сравнению с панельным в 2,0 раза, с кирпичным – в 2,8–3,0 раза. Плоские потолочные поверхности обеспечивают свободные планировочные решения, трансформируемые как при строительстве, так и при эксплуатации.
Принятое конструктивное решение является действительно универсальным и пригодным для строительства как жилых, так и общественных и производственных зданий без дополнительных затрат на переоснащение производственной организации. Были запроектированы и построены 5–9-этажные жилые дома в Гомеле, Светлогорске, Смоленске, Минске и других городах (БелНИИС, институты "Гомельгражданпроект", "Гомельпроект"), 7-этажный боксовый гараж в Москве (Гомельпроект – БелНИИС), 6-этажное офисное здание компании "ИТЕРА" в Москве и др. Здания оказались не только "легкими", но и "теплыми", поскольку эффективная тепловая защита их обеспечивается поэтажно опертыми стенами. Наружные стены, преимущественно поэтажно опертые, как и перегородки, чаще всего выполняют однослойными в виде кладки из ячеистобетонных блоков. Реже применяются двухслойные наружные стены с облицовкой из керамического кирпича.
К настоящему времени проектирование и строительство зданий серии Б1.020.1-7 различной высоты (до 16–18 этажей) распространилось достаточно широко – на востоке до Челябинской области включительно, от Ростова-на-Дону, Белгорода, Орла на юге до Сыктывкара на севере. В Московской области решением научно-технического совета Минмособлстроя 11 декабря 2002 г. серия Б1.020.1-7 рекомендована "для массового высотного и индивидуального строительства". В настоящее время БелНИИС на основе серии Б1.020.1-7 ведется проектирование 16-этажного здания делового центра общей площадью 40 тыс. м2 в Москве.
Устойчивый интерес инвесторов и заказчиков к домам серии Б1.020.1-7 объясняется не только высокими потребительскими качествами, разнообразием объемно-планировочных решений, но и относительно невысокими их стоимостью и затратами на содержание. Так, при замене стеновой конструкции строившегося односекционного многоэтажного здания в микрорайоне № 16 г. Гомеля на каркасную систему Б1.020.1-7, несмотря на затраты по перепроектированию и переделке выполненных в натуре неэффективных фундаментов первоначального варианта, стоимость строительства, по данным треста № 27 (Гомель), была снижена на 5%. При замене в 9-этажном жилом доме в г. Подольске Московской области панельной конструкции на каркасную серии Б1.020.1-7 удельная стоимость строительства 1 м2 дома в текущих ценах, по данным подрядчика – ОАО "Стройтрест № 27", была снижена на 1634 российских рубля при общей стоимости общестроительных работ (без чистовой отделки и столярных изделий) 5800 российских рублей за 1 м2 общей площади. Дом введен в эксплуатацию в декабре 2002 г.
Дома серии Б1.020.1-7 по своей сметной стоимости, если не допущено излишеств, укладываются в требования для жилья, строящегося с господдержкой. В частности, 1 м2 общей площади в 5-этажном жилом доме в г. Ивье, по утвержденной документации в ценах 1991 г., имеет стоимость 495 руб., в 9-этажном жилом доме со встроенными помещениями на Могилевском шоссе в Минске (Белгипрострой – БелНИИС) эта стоимость составила 521 руб., в доме такой же этажности по ул. Победы – Советской – Артиллеристов в Гомеле этот показатель равнялся 503 руб., по ул. Бакунина – Амурской – 524 руб. (Гомельгражданпроект). Подобные примеры можно продолжить. К настоящему времени проектирование домов серии Б1.020.1-7 освоили Гомельгражданпроект, Гомельпроект, Борисовпроект, Брестпроект и др., а возведение их способны выполнять многие крупнейшие производственные предприятия республики (ОАО "Стройтрест 27", ОАО "Гомельпромстрой", ОАО "Стройтрест № 19" (Лида), ОАО "Стройтрест № 7" (Минск) и др.).
Несмотря на очевидную эффективность серии Б1.020.1-7, продолжается совершенствование конструктивных решений и методов их расчета. Это позволяет расширять возможности конструктивной системы и повышать ее эффективность. Так, например, для трехсекционного 5–7–9-этажного жилого дома, запроектированного в 2000 г. БелНИИС в Сыктывкаре, по уточненной методике в 2002 г. был произведен перерасчет конструкций и переработаны рабочие чертежи перекрытий. В результате на армирование монолитных ригелей потребовалось не 87,6 т стали, как в первоначальном решении, а только 58,4 т (экономия стали на армирование перекрытий составила 25,6%). Аналогичное перепроектирование в 2002 г. было произведено и для строящегося 18-этажного односекционного жилого дома в Белгороде. Расход стали на армирование перекрытия в этом случае уменьшен на 22,7%. Ведется дальнейшее совершенствование методов расчетов конструкций каркасов с учетом распорности в плоскости дисков перекрытий, учета перераспределений усилий между элементами вследствие проявления трещинообразования и неупругих свойств бетона, что позволяет повысить экономичность конструктивных решений и обеспечить требуемую надежность.
Чтобы еще более расширить архитектурные возможности каркасной системы, повысить энергоэффективность на эксплуатации за счет ширококорпусности зданий, в БелНИИС в настоящее время разработан сборно-монолитный каркас с наибольшей сеткой колонн до 8,4х8,0 м.
В этом каркасе крайние многопустотные плиты в каждой ячейке выполнены укороченными, а монолитная часть несущих ригелей у колонн вследствие этого – уширенной. Это позволяет существенно нарастить жесткость перекрытий с плитами толщиной 22 см при действии вертикальной нагрузки, а верхняя рабочая арматура несущих ригелей у колонн может быть сравнительно просто размещена в один слой. Высоту сечения несущих ригелей для сокращения расхода металла на их армирование можно увеличить на толщину стяжки, разместив в ней полку ригеля.
Чтобы увеличить несущую способность колонн, расширить возможности каркаса по применению их в домах повышенной этажности, проведены исследования и разработана новая конструкция сборных колонн и бессварного их стыка.
Для этого на торцах колонн использованы стальные пластины, объединенные в стыке винтовыми шпильками. В ряде случаев предусмотрено применение либо монолитных, либо сборных колонн поэтажной разрезки. Все усовершенствованные решения использованы при проектировании 16-этажного каркасного здания серии Б1.020.1-7 Делового центра в Москве с наибольшей сеткой колонн 7,5х6,6 м. В текущем году завершается переработка технической документации серии Б1.020.1-7, куда будут включены все изменения.
Наряду со сборно-монолитным каркасом в БелНИИС осуществляется разработка эффективного монолитного железобетонного каркаса с плоскими плитами перекрытий и увеличенной сеткой колонн до 7,5х7,5 м. Принципиальная конструкция такого каркаса приведена на рис. 4. В плите перекрытия разрабатываемого каркаса рабочая арматура концентрированно сосредоточена в створах колонн, образуя своеобразные условные ригели, скрытые в толще плиты. В середине каждой ячейки армирование выполнено понизу в один слой сварными или вязанными сетками. Таким образом, каждая средняя ячейка плиты представляет собой плиту, защемленную по контуру. Чтобы плиты в каждой ячейке при воздействии нагрузки работали в одинаковых условиях, в створах крайних рядов колонн предусмотрено устраивать бортовую балку или выпускать за них консоли плиты. В пределах каждой ячейки между условными ригелями над арматурными сетками размещаются полые пластиковые пустотообразователи, положение которых зафиксировано как между собой, так и относительно опалубки. Пластиковые пустотообразователи предусмотрены из вторичного полиэтилена или других термопластов. В результате масса перекрытия и, соответственно, постоянная нагрузка будут снижены на 34–36% для разных размеров сетки колонн. Расход стали на армирование монолитного каркаса по сравнению с традиционным армированием уменьшен на 28–32%. Эта конструкция каркаса апробируется в республике, а также за ее пределами. Рекомендации по проектированию монолитных каркасов БелНИИС с рассмотренным армированием будут переработаны в соответствующий нормативный документ.
Эффективный остов многоэтажного здания может быть образован не только в виде пространственных рамно-связевых каркасов из монолитного или сборно-монолитного железобетона с вертикальными несущими элементами в виде колонн. Применение вместо рядов колонн поперечных несущих стен позволяет при той же толщине перекрытия и одинаковом армировании средних сечений увеличивать пролет на 15–20% и более. В результате образуется достаточно просторная "этажерка" остова, а объемы здания не загромождены вертикальными конструкциями. Плоские диски перекрытия с пролетами до 9 м и более являются неразрезными или рамно-неразрезными, а конструктивное решение здания в целом по эффективности является практически таким же, как и рассмотренные выше. Такой тип зданий целесообразен при применении тоннельных опалубок (рис. 6), наличии развитого производства плоских железобетонных изделий. Однако расчет и конструирование несущего остова требуется производить с учетом перераспределения усилий между его элементами под нагрузкой, вызванного проявлением неупругих свойств бетона и арматуры, учитывать распорность в плоскости перекрытия. Особенностью конструкции такого остова является то, что торцевые несущие стены требуют наружного утепления. Это можно выполнить в сочетании с применением поэтажно опертых на диски перекрытий наружных стен или навесных панелей.