Известно, что эффективность строительства многоэтажных жилых и общественных зданий в основном определяется материальными затратами на их возведение и темпами строительства. Материалоемкость зданий в значительной мере зависит от принятой конструктивной системы (каркасная, стеновая, стеновая панельная и т.п.). Именно она напрямую влияет на архитектуру и потребительские качества зданий (разнообразие застройки, комфорт и планировочные решения, адаптируемые к изменяющимся потребностям, стоимость эксплуатации). Темп строительства определяется не только конструктивными решениями, но и технологичностью, четкостью и отработанностью технологических операций, подготовленностью строительного производства.
С учетом сказанного для повышения эффективности строительства жилья требуется существенное расширение объемов применения конструктивных решений с использованием статически неопределимых несущих систем, реализуемых чаще всего в монолитных или сборно-монолитных железобетонных конструкциях. Принципиальное конструктивное решение зданий с этими каркасами примерно одинаково и включает железобетонный несущий каркас, воспринимающий все приложенные к зданию нагрузки, и поэтажно опертые наружные стены и перегородки, выполняемые чаще всего в виде кладки из штучных изделий и воспринимающие нагрузки в пределах этажа. Поскольку в Республике Беларусь, как и в Российской Федерации и других странах СНГ, существует развитая база стройиндустрии и ее необходимо эффективно использовать, в настоящей статье рассмотрены многоэтажные здания со сборно-монолитными каркасами серии Б1.020.1-7 (АРКОС). При разработке системы зданий данной серии реализованы определенные требования. Так, система должна:
1) предоставлять практически неограниченные возможности объемно-планировочного построения и формообразования здания без дополнительных материальных затрат, т.е. быть открытой и универсальной;
2) обеспечивать минимальное материало- и энергопотребление на возведение здания и на этой основе создавать минимальную стоимость его строительства, максимально и полно использовать имеющуюся местную сырьевую и производственную базу;
3) обеспечивать высокий темп возведения зданий, всепогодность строительства при минимальных трудовых затратах, в том числе и в зимних условиях;
4) простыми средствами обеспечивать требуемую тепловую защиту и максимальную энергоэффективность здания при эксплуатации, возможность применения современных регулируемых инженерных систем отопления и вентиляции.
Изложенные выше принципы и требования реализованы в разных вариантах системы жилых и общественных зданий АРКОС на основе разработанных в БелНИИС сборно-монолитных каркасов.
На рис. 7 на простейшем примере рядовой секции жилого дома показано, что на базе одних и тех же изделий без дополнительных материальных затрат при различной форме консолей, выносимых за наружные ряды колонн каркаса, можно обеспечить различную пластику фасада и практически неограниченное разнообразие застройки. При этом следует иметь в виду, что и общая конфигурация секции жилого дома может изменяться на этих же условиях. Аналогично образуются угловые и поворотные секции, точечные здания акцентной застройки.
Возможности свободной планировки показаны на рис. 1, где на примере одной и той же секции представлена планировка для малогабаритных квартир (а) и чередующаяся по этажам планировка квартир увеличенного метража (б), размещенных вдоль одних и тех же вертикальных коммуникаций здания. В принципе на пятне представленной секции возможны и другие планировочные решения.
Типовая серия Б1.020.1-7 (АРКОС-1) многоэтажных зданий различного назначения разработана по заданию Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь на основе собственных технических решений и исследований БелНИИС, а также анализа результатов обширных исследований НИИЖБ, ЦНИИСК, МИСИ, ЦНИИЭПжилища и др. Она утверждена министерством в 1999 г. [1, 2]. Здания этой системы включают сборно-монолитный каркас с плоскими дисками перекрытий и применением многопустотных плит (рис. 2), поэтажно опертые перегородки и наружные стены. Многопустотные плиты в каждом перекрытии объединены монолитными железобетонными ригелями, скрытыми в плоскости перекрытий и опертыми на сборные или монолитные колонны. Шаг колонн может быть любого требуемого размера до 7.2–7.6 м как вдоль, так и поперек здания, а сетка колонн может иметь нерегулярную структуру в плане с пролетами переменной величины по любым осям здания.
Особенностью каркаса является учет действия в плоскостях дисков перекрытий распорных усилий по их обеим осям [3], что обеспечивает по сравнению со всеми известными конструкциями перекрытий заметное сокращение расхода металла и бетона. Сборные колонны могут быть как поэтажной разрезки, так и многоэтажными с объединением по высоте посредством бессварных стыков ВИНСТ на болтовых соединениях, разработанных в рамках конструктивной системы. Монтаж колонн не требует применения кондукторов (рис. 3).
Технические решения каркаса, его элементов и узлов защищены 11 патентами Российской Федерации и 6 патентами Республики Беларусь. Начато патентование в Украине и Казахстане. Конструкции зданий на основе этого каркаса являются новыми и хорошо апробированными как в Беларуси, так и в различных регионах Российской Федерации [5], реализованными в порядке экспорта при участии и под контролем МИД Республики Беларусь. Общий вид строительства здания АРКОС-1 представлен на рис. 4.
Конструктивная система эффективна как по расходу материалов, так и по темпам строительства. Разработанная технология возведения является всепогодной и позволяет обеспечить темп строительства до 4,0–4,5 и более этажей в месяц. Так, по данным ООО “Академ-град” (Екатеринбург), “…за счет низкой металлоемкости и сокращения “мокрых процессов” существенно сокращаются производственные затраты. Благодаря тому, что 90% элементов каркаса изготавливаются на заводе, а остальные (монолитные) части создаются на стройплощадке, стоимость каркаса на 15–20% дешевле, чем в других архитектурно-строительных системах. Кроме того, по сравнению с монолитным способом существенно возрастает скорость возведения домов…” [6]. Сказанное в полной мере подтверждается данными ЗАО “Горстройпроект” (Омск), ЗАО “Орелгражданпроект”, “ГРМ-строй” (Москва) и др.
Разработанные в БелНИИС композиции бетонных смесей (рук. проф. Н.П. Блещик) позволяют применять их на стройплощадке без прогрева при температуре воздуха до –10°С включительно, а при различной интенсивности прогрева — и при более низких температурах. Темп набора прочности бетона достаточно высокий, что дает возможность при положительных температурах воздуха к концу вторых суток после начала бетонирования начать демонтаж поддерживающих устройств под перекрытием и переставлять их на готовое перекрытие. При отрицательных температурах демонтаж поддерживающих устройств можно выполнять на 3–5-е сутки. Технология бетонирования позволяет получить любую требуемую прочность бетона в монолитных и сборных элементах.
Система АРКОС динамично развивается и совершенствуется. Кроме поэтажно опертых стен начата разработка эффективных конструкций навесных на каркас панелей, более совершенных конструкций вертикальных диафрагм жесткости и др. К настоящему времени в УП “Институт БелНИИС” по заданию архитектурной мастерской AV (архит. А.В. Солтыс) и Нижнетагильского ДСК завершена разработка сборно-монолитного каркаса с применением в дисках перекрытий плоских сборных плит кассетного производства ДСК. Этот каркас (рис. 5) включает сборные колонны, сборные железобетонные плиты кассетного производства, монолитные железобетонные ригели обоих направлений.
Сборные плиты, попарно размещенные в каждой ячейке перекрытия, объединены в середине пролета посредством выпусков рабочей арматуры по шву омоноличивания и оперты по контуру полками на нижние полки монолитных железобетонных ригелей. Эти ригели в свою очередь жестко объединены с колоннами. В зданиях выше 9 этажей сборные плиты могут дополнительно прикрепляться к ригелям с помощью закладных деталей. При размерах сетки колонн свыше 6,0 м ригели и швы омоноличивания могут быть увеличены по высоте с размещением их верха в стяжке пола. При необходимости ширина ригелей увеличивается с образованием полки, размещаемой в стяжке пола. Как и в случае каркаса со сборными многопустотными плитами, балконные консоли образуются выносом ригелей и/или шва омоноличивания с соответствующим армированием за наружные ряды колонн. Балконная плита оперта полками по двум сторонам на консоли ригелей и отделена по всей длине от диска перекрытия слоем теплоизоляции.
На рис. 6 представлены сборные плиты кассетного производства ДСК, снабженные односторонними выпусками рабочей арматуры и полками для опирания на монолитные ригели. Здесь также приведена схема изготовления плит в кассетной установке. Для образования полок плоских плит кассета в каждой ячейке снабжена по трем сторонам вкладышами, закрепленными на опалубке. Проведенные в БелНИИС испытания фрагментов каркаса показали их достаточную несущую способность и жесткость. Это позволило разработать комплект проектной документации дома-представителя высотой 15 этажей с рассмотренным каркасом. Намечено опытное строительство.
При средней этажности (до 10–12 этажей) весьма эффективными являются здания с неразрезными дисками перекрытий, опертыми с большим шагом (до 9 м) на поперечные несущие стены, выполняемые из укрупненных бетонных блоков (АРКОС-1а). Такой вариант системы будет разработан совместно с ОАО “Оргстрой” (Минск) в 2006 г. Как и в каркасных системах, наружные стены и перегородки в этом случае — поэтажно опертые. Опытное применение таких конструкций намечено на 2006 г. в Минске (ПК “Минскстрой”), в Орле (ОАО “Орелгражданпроект”) и др.
В целом представленные в настоящей статье данные указывают на высокую технико-экономическую эффективность новых конструктивных решений зданий, полученную при их полномасштабной реализации в течение около 10 лет в Республике Беларусь, в различных регионах Российской Федерации (Москва, Подмосковье, Орел, Омск, Ростов-на-Дону, Нижний Новгород, Старый Оскол и др.).
Применение конструктивной системы АРКОС — реальный путь обеспечения минимальной стоимости строительства и эксплуатации жилья при одновременном повышении его потребительских качеств до современных требований.
Важным достоинством представленной домостроительной системы является также возможность максимально быстро на базе существующих предприятий стройиндустрии без дополнительных инвестиций на переоснащение производства развернуть массовое строительство зданий различного назначения и разнообразной архитектуры на единой технологической основе. Вместе с тем было бы ошибкой думать, что повышения качества возводимого жилья, снижения себестоимости строительства и в целом решения жилищной проблемы можно добиться без будущей модернизации действующих предприятий отрасли, используя только старые, в большинстве своем устаревшие технологии и изношенное оборудование. Другое дело, что домостроительная система АРКОС позволяет это сделать поэтапно, не требует жесткой необходимости инвестировать многомиллиардные средства в модернизацию предприятий стройиндустрии. А ее универсальность заключается в возможности использования как традиционных железобетонных элементов, так и изделий, изготовленных по новым прогрессивным технологиям.
Литература
1. Типовые строительные конструкции, изделия и узлы. Серия Б.1.020.1-7. Сборно-монолитная каркасная система МВБ-01 с плоскими перекрытиями для многоэтажных зданий различного назначения. Мн., 1999.
2. Новая универсальная каркасная система многоэтажных зданий // Бетон и железобетон. 1999. №1.
С. 2–5.
3. БелНИИС. Рекомендации* по расчету монолитных железобетонных несущих ригелей сборно-монолитных перекрытий каркаса зданий серии Б1.020.1-7 с учетом поперечного распора, создаваемого многопустотными плитами. Мн., 2005.
4. БелНИИС. Рекомендации* по расчету, конструированию и монтажу сборных железобетонных колонн каркасов зданий серии Б1.020.1-7 с плоскими стыками ВИНСТ. Мн., 2005.
5. Мордич А.И., Белевич В.Н., Симбиркин В.Н., Навой Д.И. Опыт практического применения и основные результаты натурных испытаний сборно-монолитного каркаса БелНИИС // Бюллетень строительной техники. М., 2004. №8. С. 8–12.
6. Сагутдинов Ш. Сборно-монолитный каркас — оптимален для доступного жилья // “Стройкомплекс плюс” – приложение к журналу “Стройкомплекс Среднего Урала”, июль-август, 2005. С. 6, 7.