Развитие железобетона в России

     Наряду  с возведением монолитных железобетонных конструкций в строительстве  значительное применение получили сборные  железобетонные конструкции. В СССР сборные железобетонные конструкции  впервые были применены в 1929 г. при  сооружении в Москве второго дома милиции. Сборные железобетонные конструкции не являются чем-то новым. Они появились во многих странах, можно сказать, одновременно с возникновением самого железобетона. Первоначально они применялись преимущественно для сборных перекрытий, собираемых из отдельных элементов, - плит или балок разных сечений. Сборные перекрытия, составляемые из плит - сплошных, с пустотами или ребристых (с ребрами, обращенными кверху), - применялись при небольших расстояниях между стенами или прогонами (не свыше 3-4 м). При больших пролетах плиты получались слишком тяжелыми, поэтому вместо них применяли балочные элементы разных сечений, а именно: замкнутого (прямоугольного или трапецеидального), П-образного (коробчатого) двутаврового, швеллерного, таврового, Г-образного, рельсовидного, а также полуциркульного и в виде решетчатых балок. Одни из этих профилей балок образуют при плотной их укладке друг к другу двойное перекрытие (пол и потолок), другие - одиночное; в последнем случае потолок, при желании, мог быть выполнен подшивным. Соединение элементов при укладке осуществлялось либо путем бетонирования зазоров между ними, либо при посредстве разного рода четвертей. Как показали испытания (ЦНИПС), наиболее надежным и жестким соединением, обеспечивающим хорошую связь между элементами, явилась заливка зазоров на всю высоту сечения. Поэтому наиболее распространенными оказались полые сечения в жилищном строительстве и коробчатые- в промышленном. Применение сборных железобетонных несущих конструкций в первые две пятилетки сыграло выдающуюся роль в деле успешного выполнения в назначенные сроки многих сооружений важнейших промышленных предприятий. В короткие сроки были введены в строй такие известные объекты, как, например, заводы "Электропровод", "Фрезер", "Калибр", "Шарикоподшипник", загонное депо метрополитена, часть цехов Днепрокомбината, Уралмашстрой и Уралвагонстрой, ряд объектов в Ленинграде, Ростове-на-Дону и других городах страны. Наибольшее применение сборный железобетон нашел в строительстве легких одноэтажных промышленных зданий так называемого ячейкового типа, в которых особенно широко использовались Т-образные колонны.

     Большая работа была выполнена ЦНИПС по испытанию  первых железобетонных и металлических стыков, по разработке новых элементов и по испытанию разнообразных сборных конструкций [5].

     Типичным  железобетонным стыком являлся стык внахлестку с применением стержней накладок, перекрывающих стык. В железобетонном стыке Г. П. Передерия, применяемом и в настоящее время, арматура с концов элементов выпускается в виде концентрических петель, образующих кольца. В первом металлическом стыке С. А. Дмитриева, получившем большое распространение как в СССР, так и за рубежом, стальные листы, привариваемые к верхней и нижней арматуре, соединяются с такими же листами смежного элемента внахлестку на болтах (позже - при помощи сварки). Хорошим стыком является сопряжение колонн с фундаментом посредством так называемого стакана, испытание которого было проведено в 1931 г. Этот стык и в настоящее время служит основным стыком в сопряжении сборных железобетонных колонн с фундаментом.

     Быстрое развитие сборного железобетона в СССР доказало большое значение этого  метода для строительства. Но новизна  его и недостаток опыта вели к ряду ошибок, иногда сводивших на нет экономический эффект от применения сборности. Поэтому, учитывая необходимость обобщения опыта проектирования и ряда теоретических вопросов в сборном железобетоне, была разработана и выпущена в 1933 г. утвержденная Постоянным совещанием по сборным конструкциям Временная инструкция по сборным железобетонным конструкциям, многие положения которой не потеряли своего значения и в настоящее время.

     Начиная с 1933 г., в Закавказье легкий железобетон, как монолитный, так и сборный, нашел значительное применение в  строительстве. В сборном железобетоне первыми конструкциями явились настилы (балки) Симкар (по предложению М. 3. Симонова и Г. В. Карманова в 1936 г.) с одним и двумя круглыми отверстиями, изготовляемые при помощи металлических сердечников. Особенно целесообразное применение легкий железобетон нашел в сборном жилищно-гражданском и промышленном строительстве для перекрытий и покрытий, для стеновых панелей; имеются случаи применения его и для таких несущих конструкций, как арки, оболочки и пр. В первое время легкий железобетон приготовлялся на основе естественных заполнителей (пемза, туфы, ракушечник, легкие известняки, опоки и т. п.), а затем и на основе искусственных заполнителей (шлаки, термозит, керамзит и др.). Трудности получения в первое время качественных искусственных легких заполнителей, например керамзита, задержали широкое внедрение в практику строительства в СССР легких железобетонных конструкций.

     Таким образом, в рассматриваемый период по массовому применению сборных  железобетонных конструкций СССР занимал  первое место в мире. Однако в дальнейшем в результате недостаточного развития проектной работы в части типизации зданий и выпуска типовых чертежей, а также слабое развитие заводского производства сборных железобетонных конструкций и, наконец, недостаток в подъемно-транспортных механизмах и другом оборудовании на строительных площадках, к сборному железобетону стали обращаться все реже и реже, и в третьей пятилетке он почти не применялся для возведения целых сборных зданий, а только использовался в виде отдельных элементов заводского изготовления для выполнения междуэтажных перекрытий, покрытий и пр. [4, C. 123-125].

     В то же время в Западной Европе и  США перед второй мировой войной сборный железобетон получил  значительно более широкое применение, чем в СССР. В Германии из сборного железобетона строились относительно простые промышленные здания, причем в некоторых случаях здания возводились даже по типовым проектам, что вело к существенной экономии. Встречались и случаи устройства покрытий по принятой у нас теперь беспрогонной системе с применением небольших, по теперешним понятиям, ребристых настилов.

     Зарождение  в СССР сборных конструкций из предварительно напряженного железобетона относится к 1930 г., когда В. В. Михайлов начал проводить опыты с предварительно напряженными центрифугированными элементами в Тбилиси. В начале 1941 г. им был предложен новый метод армирования железобетона непрерывной напряженной проволокой, при котором достигаются механизация производства, значительная производительность и экономический эффект. Арматурный каркас элемента здесь представляет собой не обычный набор отдельных стержней, а непрерывную нить проволоки, которая может пронизывать конструкцию по требуемым направлениям.

     К началу второй мировой войны в системе Наркомстроя были выполнены только две производственные установки: одна по изготовлению предварительно напряженных балок (трест Строитель) и другая по изготовлению труб (трест Южспецстрой). Кроме того, на Павшинском заводе была построена установка для производства предварительно напряженных балок. К этому же времени относится разработка ЦНИПС под руководством проф. А. А. Гвоздева первой Инструкции по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций в указаний по их изготовлению, опубликованной (в качестве проекта) в 1943 г. Значительное применение нашел железобетон и в подземном строительстве, например при постройке метрополитенов, разного назначения тоннелей и т. п. Один из наиболее сложных вопросов - расчет подземных конструкций - разработан проф. С. С. Давыдовым.

     Существенное  значение для возведения железобетонных сооружений скоростными индустриальными  методами имело освоение рациональных видов инвентарной опалубки - передвижной, скользящей, переставной. Применение сварных сеток и тем более сварных каркасов в то время еще не получило сколько-нибудь практического значения [5].

4. Развитие железобетона после второй мировой войны.

     В конце 30-х годов, а также в период Великой Отечественной войны  и непосредственно после ее окончания  в СССР заметно уменьшился объем  применения железобетона. При этом нередки были случаи невыгодной замены железобетона стальными (в перекрытиях, каркасах, силосах и др.) и деревянными конструкциями. IV Всесоюзная конференция по бетону и железобетонным конструкциям, состоявшаяся в начале 1948 г. в Тбилиси, вынуждена была признать, что в силу недостаточной индустриализации железобетонные конструкции частично уступили свое место стальным и деревянным конструкциям. Конференция констатировала также, что промышленность железобетонных изделий из обычного и предварительно напряженного бетона развита еще далеко недостаточно, причем была подчеркнута слабая оснащенность современным оборудованием некоторых предприятий, выпускавших железобетонные сборные конструкции. С 1949 года и особенно после постановления Совета Министров СССР (9 мая 1950 г.) о необходимости снижения стоимости строительства заметно начало улучшаться положение с железобетонным строительством. Вместо возникшего после войны строительства монолитных тонкостенных покрытий - цилиндрических и шедовых оболочек с применением передвижной опалубки - все чаще стали применять сборный железобетон в промышленном, а затем и в жилищно-гражданском строительстве.

     С 1950 г., кроме строительства каркасно-панельных  домов со сварными стыками, в Магнитогорске, Москве, Ленинграде, Киеве и других городах началось сооружение бескаркасных панельных домов. Обе эти системы зданий полностью отвечают требованиям индустриализации строительства и рекомендуются к проектированию многоэтажных жилых и общественных зданий (школы, больницы, детские сады и ясли и др.) высотой от 4 до 14 этажей. Выбор системы здания зависит в большой мере от назначения зданий. Там, где требуются большие помещения без перегородок, каркасная система является основной, в то время как для жилых зданий с ячейковой планировкой в виде комнат небольших размеров целесообразна бескаркасная панельная система.

     Весьма  благотворное влияние на дальнейшее развитие сборных и предварительно напряженных железобетонных конструкций оказало постановление ЦК КПСС и Совета Министров Союза ССР от 19 августа 1954 г. "О развитии производства сборных железобетонных конструкций и деталей для строительства", а также Всесоюзное совещание строителей (30 ноября - 7 декабря 1954 г.). В результате этого научно-исследовательские и проектные институты были вынуждены пересмотреть некоторые прежние установки и перейти к проектированию и созданию сборных конструкций, более совершенных и более экономичных. В первую очередь разрешались такие важные задачи, как установление номенклатуры железобетонных конструкций и разработка типовых проектов по жилищно-гражданскому, промышленному и сельскохозяйственному строительству. С пуском в 1954 г. первых заводов с поточно-конвейерным производством (Люберецкого и 1-го Московского) был сделан серьезный скачок в развитии индустриальных методов жилищно-гражданского строительства. В короткий срок для оборудования этих заводов было создано несколько десятков специализированных машин для изготовления основных сборных железобетонных конструкций: крупноразмерных панелей для перекрытий и стен, балок (ригелей), колонн, лестничных маршей и площадок. При этом панели для перекрытий и ригели изготовлялись с предварительным напряжением по методу непрерывного армирования проф. В. В. Михайлова.

     Основной  целью создания подобных заводов  железобетонных изделий являлось максимальное поднятие коэффициента сборности жилых  и гражданских зданий, выражающего отношение веса конструкций и деталей, монтируемых кранами, к общему весу всего здания. Если в обычных каменных зданиях, строившихся в 1938-1940 гг., коэффициент сборности составлял 12-14%, то в домах каркасно-панельных конструкций и панельных бескаркасных он достигает 70%. Заводы с поточно-конвейерной технологией производства по типу Люберецкого и 1-го Московского построены во многих городах Советского Союза, в том числе Ленинграде, Киеве, Минске и др. Такой завод имеет три-четыре конвейерные линии, состоящие из нескольких вагонеток, передвигающихся по рельсовому пути от начального поста, на котором производится установка арматурного каркаса, до последнего, где осуществляется съем готового изделия. Конвейерная технология - наиболее прогрессивная технология. Она дает возможность широко механизировать и частично автоматизировать процесс производства.

     Значительное  развитие получили сборно-монолитные конструкции, представляющие целесообразное сочетание сборных железобетонных элементов и монолитного бетона, укладываемого на месте применения. Наиболее выгодными являются сборно-монолитные конструкции с применением предварительно напряженных элементов. При этом обычно железобетонные элементы образуют сплошную опалубку для укладки монолитного бетона. Эти конструкции имеют некоторые преимущества по сравнению со сборными. Прежде всего легко можно получить неразрезные конструкции - как обычные железобетонные, так и предварительно напряженные. В последнем случае неразрезная конструкция образуется путем укладки - в пролетах внизу и на опорах вверху - заранее заготовленных предварительно напряженных элементов того или иного сечения. При этом никакого натяжения арматуры производить не требуется и достигается упрощение технологии изготовления конструкций, за исключением предварительно напряженных, заготовка которых должна быть централизована. Также получается и значительное сокращение расхода стали на стыки и узлы. Железобетонные сборно-монолитные конструкции получили значительное распространение в зарубежных странах (Англия, Дания, Италия, Швейцария и др.), особенно при возведении многоэтажных зданий.

     В Советском Союзе сборно-монолитные конструкции находятся в стадии проектирования и освоения: намечается применение их в сейсмических районах.

     В заключение необходимо подчеркнуть, что  развитие теории и практики железобетона в СССР, можно сказать, вступило в новый, третий этап, характеризуемый, во-первых, переходом повсеместно на железобетонные конструкции, выполняемые индустриальными методами, преимущественно сборные и сборно-монолитные, а в необходимых случаях и монолитные, но с превращением всегда строительного производства в механизированный поточный процесс, и, во-вторых, переходом на прогрессивный метод расчета обычных и предварительно напряженных конструкций по расчетным предельным состояниям [2, C. 236-239].

5. Состояние строительства из сборного и предварительно напряженного железобетона в 1959-1965 гг.

     К началу семилетия 1959-1965 гг. в части  применения сборных железобетонных конструкций имелись уже значительные успехи, особенно з области жилищного строительства. После постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 19 августа 1954 г. объем производства сборных железобетонных конструкций и деталей возрос более чем в 10 раз. Теперь СССР производит сборного железобетона больше, чем США, Англия, Франция и ФРГ, вместе взятые, и занимает первое место в мире. Контрольные цифры развития народного хозяйства СССР на 1959-1965 гг. предусматривают весьма большое увеличение производства сборного железобетона в строительстве. Если в 1958 г. производство сборного железобетона составляло 18 млн. м3 (из них свыше 1 млн. м3 предварительно напряженных конструкций), то в 1965 г. оно увеличится до 42-45 млн. м3, т. е. в 2,5 раза, причем объем производства предварительно напряженного железобетона должен составить более 11 млн. м3. Столь большой план увеличения производства сборного и предварительно напряженного железобетона в течение семилетия может быть выполнен при условии развития массовых эффективных конструкций с широким использованием машинных методов работы и автоматического управления на существующих и вновь создаваемых заводах. В жилищном строительстве крупнопанельные дома, в которых железобетон нашел наибольшее применение, стали массовым конструктивным решением, дающим максимальное снижение затрат труда, значительное уменьшение веса и сокращение сроков строительства. Основой его являются индустриальные методы, для развития которых требуется широкое внедрение комплексной механизации работ. Строительство крупнопанельных каркасных и бескаркасных домов с некоторыми отличиями конструкций производится во многих городах Советского Союза. Следует отметить, что за последние годы в совершенствовании крупнопанельных домов достигнуты значительные успехи. В каркасной системе совершенствование шло в направлении отказа от ряда конструктивных элементов, слабо участвоваших в общей работе, в результате чего появились новые типы домов с неполным каркасом, без наружных стоек, поддерживающих панельную стену, которая сама в состоянии воспринимать нагрузку, или без ригелей, являвшихся лишь передаточными элементами нагрузки, и т. д. Такие каркасно-панельные дома строятся, например, в Череповце. В бескаркасной системе появились три разновидности жилых зданий: с тремя продольными несущими стенами, с несущими перегородками, работающими на сжатие и с несущими висячими перегородками, работающими на изгиб, как балки-стенки в пределах одного этажа. Выгодными в технико-экономическом отношении покрытиями одноэтажных зданий являются пространственные конструкции, которые в зависимости от вида этих конструкций и местных условий выполняются сборными или сборно-монолитными и в исключительных случаях монолитными. Еще совсем недавно в СССР были только единичные случаи применения оболочек в промышленном строительстве, например, сборные оболочки двоякой кривизны в Автове. Вскоре там же была построена сборная сводчатая оболочка типа "бочар" пролетом 100 м. Однако первые сборные оболочки отличались трудоемкостью, а стоимость их была выше стоимости монолитных. Эти оболочки являлись по существу опытными для выработки двух типов эффективных большепролетных оболочек - пологой, перекрывающей план в виде квадрата больших размеров и "бочарный свод" пролетом 100 м и больше. Оболочка "бочарный свод" как необычная по своей конструкции и размерам была подвергнута испытанию нагрузкой до разрушения. Тщательное изучение результатов испытания оболочки и опыта ее возведения привело проектировщиков (проектный институт № 1) и производственников (Главленинградстрой) к разработке новой конструкции оболочки и нового метода ее возведения. Главной особенностью этой оболочки является заводская поточная технология изготовления сборных элементов, из которых она образуется. Первоначально бочарные своды оставлялись из 11 крупногабаритных блоков размерами 7,5х 8,36 м, изготовление которых в матрицах в полигонных условиях было связано со значительными трудностями, особенно при съеме их с матриц и переносе к месту сборки. Для заводского изготовления оказалось целесообразным разделение каждого такого блока на шесть криволинейных ребристых плит и два бортовых элемента. Вследствие индустриального изготовления сборных элементов оболочки достигается требуемое качество работ и высокие темпы строительства. Криволинейные элементы формуются на виброплощадке с вибропригрузом, а линейные элементы бортов и затяжек - в кассетных формах. Для сокращения монтажных операций у места строительства производится из заводских элементов укрупненная сборка блоков на специальном кондукторе. Соединение элементов между собой достигается при помощи петлевых выпусков и укладки дополнительных стержней (без сварки) с последующим замоноличиванием. Пропарка всего блока размерами 7,5x8,36 м производится на месте его сборки под колпаком. Укрупненные блоки весом около 30 т поднимаются краном на проектную отметку и устанавливаются на инвентарные металлические опоры. На заводскую поточную технологию было переведено также изготовление сборных элементов для создания пологих оболочек размерами 40x40 м. При этом в отличие от панелей, изготовлявшихся в 1956 г., они были упрощены и вместо плит двоякой кривизны, располагаемых концентрическими поясами, представляют собой квадратные плоские плиты с ребрами по контуру и диагоналям, располагаемые параллельно сторонам плана покрытия; в углах оболочки предусмотрены треугольные плиты, а в швах, направленных под углом в 45°, проложена напрягаемая арматура для восприятия главных растягивающих напряжений. По освоении этих двух типов оболочек Главленинградстрой разворачивает их строительство поточным методом в значительных размерах. Осуществлено строительство шести оболочек размерами 40x40 м для автобусного парка в Ленинграде. Намечено строительство гаражей для другого автобусного парка общей площадью 20 тыс. м2 из бочарных сводов пролетом 100 м. Параллельно с возведением большепролетных железобетонных оболочек в СССР строятся и армоцементные оболочки. Рассмотрим выполняемый в Красноярске многоволновый армоцементный свод пролетом 75 м, толщиной всего 3 см. В восприятии распора свода принимают участие плоские железобетонные покрытия боковых пристроек, соединенные предварительно напряженными затяжками, расположенными в плоскостях обеих торцовых стен. Цилиндрический волнистый свод покрытия собирается из отдельных армоцементных элементов; волны свода перекрыты сверху легкими железобетонными плитами [5].