Реферат: Основные современные тенденции совершенствования конструктивных решений зданий
2. Существующие в настоящее время способы расчета трехслойных стеновых панелей требуют совершенствования на основе изучения их напряженно-деформированного состояния, что позволит снизить их материалоемкость, повысить эффективность и надежность.
3. Исследование работы трехслойных стеновых панелей, создание методов их расчета требует системного подхода, который возможен при постоянном финансировании - региональном или федеральном.
4. Совершенствование трехслойных стеновых панелей требует применения при их изготовлении новых материалов, свойства которых также должны изучаться.
5. В настоящее время существуют новые базовые решения трехслойных стеновых панелей, удовлетворяющих требованиям современных теплотехнических норм, разработанных в ОАО институт "УралНИИАС", которые успешно применяются в строительстве и могут послужить основой для создания более совершенных конструкций.
3. Эффективные системы зданий и пути их совершенствования
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 (рис.1) 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 (рис. 2). 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 (рис. 3).
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 (рис. 4, а) 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 (рис. 5). 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.
4. Совершенствование конструкций стен подземной части зданий
Стены подземной части выполнялись до последнего времени из массивных бетонных блоков с развитыми цокольными частями. Толщина бетонных блоков стены подвалов принималась согласно установившимся многолетним традициям большей, чем толщина цокольной части стены первого этажа. Такой прием проектирования не вызывался требованиями расчета, но был узаконен с точки зрения «конструктивных соображений». В связи с этим находили массовое применение в московском строительстве (применяются и сейчас в ряде городов страны) бетонные блоки следующей толщины: 58 см — при толщине стены первого этажа 51 см, 78 см — под стену 64 см и 98 см—-под стену 78 см. Прочностные качества бетонных блоков использовались здесь на 10— 15%.
В последние годы стены подземной части зданий с несущими продольными стенами, выполняемыми из кирпича, бетонных блоков или керамзитобетонных панелей, конструируют из тонких бетонных блоков толщиной 38 см (рис. 2.10). В этом случае достигается более полное использование их прочностных качеств; сама конструкция стала логичной — из более прочного материала выполняется стена меньшего сечения, чем опирающаяся на нее стена из менее прочного материала — кирпича или легкого бетона.
Другое прогрессивное направление — укрупнение размеров блоков. В домах с несущими продольными стенами, например серии 1-515, начали применять крупные керамзитобетонные блоки весом до 3,5—4 т. В крупнопанельных домах с поперечными несущими стенами серий П-49, П-57 и 1605 подземная часть здания монтируется из крупноразмерных элементов —сборных большеразмерных фундаментов, панелей наружных и внутренних стен размером на конструктивный шаг, панелей перекрытия, перекрывающих целиком конструктивную ячейку.
В пятиэтажных домах с поперечными стенам