Основные современные тенденции совершенствования конструктивных решений зданий

Наряду со сборно-монолитным каркасом 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 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, 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. 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 стенами нашли применение две конструктивные разновидности несущих стен подземной части здания — в виде плоских панелей толщиной 14 см, являющихся по существу продолжением поперечных стен коробки здания (рис. 2.11, а), и в виде железобетонных рам (рис. 2.11,6). Последнее решение оказалось более экономичным по расходу бетона (почти в 2,5 раза). Однако для зданий высотой 9 этажей оно нерационально, так как рост нагрузок превращает такую конструкцию в рамный каркас и приводит к значительному увеличению расхода стали. Поэтому в типовых проектах девятиэтажных панельных домов поперечные несущие конструкции подземной части приняты в виде плоских железобетонных панелей, аналогичных панелям типовых этажей, толщиной 14 см, с необходимыми отверстиями для прохода и пропуска инженерных коммуникаций. Такую конструкцию для панельных домов повышенной этажности следует признать наиболее рациональной. 

Наружные стены  подземной части зданий выполняются  в двух конструктивных вариантах:  

1) в виде керамзитобетонных панелей толщиной 34 см, марки 200 (объемным весом 1200 кг/м3), с наружным фактурным слоем толщиной 4 см из бетона, с облицовкой керамической плиткой (дома серии П-57);  

2) в виде трехслойных  железобетонных панелей толщиной 28 см, с внутренним слоем толщиной 8,5 см, наружным 4,5 см, из бетона марки 200, с утеплителем в виде цементного фибролита (дома серии П-49д). 

Вертикальные  стыки наружных стеновых панелей  подземной части здания выполняются  с замоноличиванием конструктивным бетоном марки 200 и устройством металлических связей, которые располагаются в трех уровнях: две связи выполняются в виде петлевых стыков арматуры (рис. 2.11, в), одна — в виде металлических планок, устанавливаемых на болтах, для обеспечения устойчивости и крепления панелей во время монтажа. 

Опыт применения наружных стен подземной части зданий приводит к выводу, что с точки  зрения требований капитальности и  долговечности наружные стены подземной  части зданий целесообразно выполнять  трехслойными железобетонными. Применение керамзитобетонных панелей может быть оправдано только конъюнктурными соображениями — наличием производственной базы. При этом необходимо создавать наружный бетонный слой толщиной 5—6 см для надежной защиты керамзитобетона от увлажнения и разрушения, т. е. по существу переходить к многослойной конструкции. 

Конструирование панелей — решение стыковых соединений и армирование — должно быть подчинено  повышению общей продольной жесткости  панельного дома. 

Повышенная жесткость  подземной части здания достигается  увеличением толщины внутреннего  и наружного слоя железобетонной панели соответственно до 10 и 5 еж из бетона марки не ниже 200 и жесткими соединениями панелей между собой и с  примыкающими поперечными стенами с помощью рабочих выпусков арматуры (которые должны быть продолжением продольных арматурных стержней панелей), а также замоноличиванием соединений бетоном марки не ниже 200. 

В горизонтальных швах между надземной и подземной  частями крупнопанельного здания для обеспечения совместной их работы при возможных неравномерных осадках основания следует предусматривать гидроизоляцию цементным раствором состава 1 : 3, толщиной 30 мм, с водостойкими добавками. Применение рулонной гидроизоляции в этом случае не допускается. 

Значительная  продольная жесткость стен подземной  части, состоящих из монолитно связанных  между собой железобетонных панелей, исключает необходимость устройства железобетонных поясов. 

Учитывая, что  наружные продольные стены в конструкции  дома с поперечными стенами в статическом отношении являются самонесущими, не обязательно предусматривать под ними самостоятельный фундамент; возможно опирание их на выпуски поперечных стен. 
 

5.  Городская  архитектура 

При проектировании многоэтажных гражданских и, в частности, жилых зданий объемно-планировочные и конструктивные решения принимают с учетом природных и градостроительных условий, экономического и технического уровня развития общества, социальных и национальных особенностей регионов. 

При выборе оптимального объемно-планировочного решения жилого дома его габариты, и в первую очередь высоту, следует принимать с учетом требований инсоляции в системе застройки: здания, ориентированные на юг, отбрасывают тень, равную 1,1 —1,35 его высоты, а на запад и восток — 2,0—2,25. Особо сложные условия создаются при проектировании протяженных жилых домов, ориентированных в меридиональном направлении. Например, если на инсолируемой стороне можно размещать детские сады, игровые и спортивные площадки для жильцов, то на затемненной стороне — только улицу. Так, 16-этажный жилой дом высотой 49 м отбрасывает тень длиной 120 м и вынуждает принимать такой же ширины улицу. Традиционная система проектирования жилых домов секциями (рядовыми и угловыми) допустима только для строительства 12-этажных зданий в меридиональном направлении и для 16-этажных — широтном. 

С повышением плотности  застройки и этажности жилых  домов более целесообразным становится строительство одно- и двухсекционных домов высотой в 25—30 этажей. Такие  дома (с прерывистой инсоляцией) суммарно обеспечивают требуемую 3-часовую инсоляцию протяженных домов с уменьшением расстояния между ними до 60 м. Объемно-планировочное решение односекционного жилого дома тем удачнее, чем больше его габариты в плане (с учетом того, что высота является функцией длины и ширины здания в основании). По нормативам глубина жилых помещений не должна превышать 6 м. В глубине квартиры могут размещаться санитарные узлы и передние, в центре жилого дома — вертикальные коммуникации (лифты, мусоропроводы, электропанели, пожарные шкафы, вентиляционные блоки и стояки инженерных сетей). Для 25-этажного жилого дома размер этой части здания может быть принят в плане 9X9 м. Таким образом, габариты односекционного здания проектируются в форме квадрата размером 27X27 м. Этажность и размеры зданий принимают исходя из санитарных, противопожарных и других технических норм и правил. Санитарные нормы влияют на габариты жилых домов, так как требуют 3-часовой инсоляции помещений квартир, вентиляции жилых помещений, кухонь и санитарных узлов, а также освещения естественным светом коридоров или холлов, примыкающих к лифтовым узлам. 
 

6.  Пути реализации  национальной программы «Доступное  жилье»: наукоемкие конструктивные  решения зданий 

Чтобы жилье  стало доступным, его стоимость должна быть значительно снижена, а объемы строительства увеличены в несколько раз. При использовании тяжелых, дорогих и энергоемких материалов, таких как кирпич, монолитный и сборный железобетон достичь этого нельзя. Применение традиционной для России древесины также не решает проблемы, так как по новым требованиям теплотехники диаметр бревен деревянного сруба должен быть свыше 60 см. 

Разработаны новые бетоны, которые условно можно назвать «минеральным деревом» (плотность 300-800 кг/м2). Это - легкие, экономичные, экологичные, энергоэффективные, негорючие, долговечные, технологичные материалы. Их изготовляют из дешевых местных строительных материалов, и по своим свойствам они напоминают натуральное дерево. Снижение массы достигается за счет создания в бетоне пор (80—90 % общего объема в ячеистом бетоне) или при использовании местных легких дешевых заполнителей из растительных отходов (арболит, фибролит), а также легкого минерального поризованного или пенополистирольного песка и гравия (полистиролбетон) с одновременной поризацией бетона. 

Наиболее дешевые  дома — монолитные из «минерального  дерева» с несъемной опалубкой  из асбестоцементных изделий, листов, труб и цементно-стружечных плит, которые  одновременно выполняют роль отделочного  слоя и внешней арматуры. Материал для такого дома, названного «русским домом», по сравнению с домом на деревянном каркасе дешевле в 4,5 раза, с кирпичным домом, утепленным снаружи минераловатными жесткими плитами, — в 5,9 раз и с домом из ячеисто-бетонных блоков и плит перекрытий — в 3,2 раза. 

Асбестоцементный  шифер и плитка «этернит» очень  эффективны для кровли. Экологичные, дешевые и долговечные асбестоцементные трубы позволяют комплексно решить прокладку различных наружных и  внутренних сетей: водопроводных, технических и питьевых систем, напорной и безнапорной канализации, горячей воды и отопления, мелиоративных и дренажных систем, дымоходов, электрокабелей. Кроме того, их применяют в качестве обсадных труб скважин и для мусоропроводов. 

Учитывая холодный климат, экономическую, экологическую и демографическую ситуации, а также для того чтобы максимально снизить энергозатраты и стоимость жилья, строительство доступного жилья надо вести в регионах с более теплым климатом, в малых, средних городах и на селе. Дома должны быть индивидуальными, но блокированными. Для молодежи, одиноких и малосемейных граждан предпочтительны многоквартирные дома малой и средней этажности с одно-, двухкомнатными квартирами и жилыми помещениями по социальной норме. Они легко трансформируются в квартиры большей площади. Стоимость 1 м2 строительных материалов для «русского дома» не более 3 тыс. р., а стоимость строительства 1 м2 не более 9 тыс. р.