Конструкции зданий и сооружений
Конструкции гражданских зданий. Основное направление технического прогресса в жилищном строительстве — расширение возведения крупнопанельных зданий. Высокая прочность и устойчивость крупнопанельных зданий обеспечили им широкое распространение не только в обычных условиях эксплуатации, но и в сейсмических районах, на вечной мерзлоте, на просадочных грунтах и на подрабатываемых территориях.
Массовое крупнопанельное строительство осуществляется ныне при возведении жилых зданий до 12 этажей включительно. В значительном объеме выполняются бескаркасные здания большой этажности. За последние годы такие здания успешно возведены высотой в 20 и более этажей, что значительно опережает практику крупнопанельного домостроения за рубежом.
По сравнению со строительством зданий из кирпича крупнопанельное домостроение позволяет уменьшить затраты труда на строительной площадке на 35...50%, сократить сроки возведения на 40% и стоимость — на 5...7%.
Дальнейшее совершенствование крупнопанельного домостроения будет прежде всего предусматривать снижение материалоемкости и сокращение трудозатрат при возведении зданий. Задача решается путем рационализации конструктивных решений, расширения применения бетонов и арматуры повышенной прочности, предварительного напряжения, снижения объемной массы легких бетонов и т. д.
Для панелей поперечных несущих стен будут шире применяться конструкционные бетоны на легких заполнителях плотностью 1700... 1400 кг/м3, прочностью до 40,0 МПа. Наиболее перспективным направлением облегчения наружных стен и улучшения их теплотехнических свойств является применение многослойных панелей с эффективным утеплителем (полисти- рольный пенопласт и другие материалы).
Повышение заводской готовности конструкций будет осуществляться за счет укрупнения элементов и отделки лицевых поверхностей. Расширится применение панелей на две комнаты, а также объемных блоков-комнат, санитарных кабин, блоков лестничных клеток и лифтовых шахт, повысится качество поверхностей панелей; возрастут требования к внешнему виду наружной фактуры, ее прочности и долговечности, чистоте внутренних плоскостей, исключающей доделки на строительстве.
Особое внимание в развитии крупнопанельного домостроения будет обращено на совершенствование стыковых соединений. Исследования показали возможность применения вместо сварных деталей штампованных закладных деталей из тонкого стального листа, что резко снижает трудоемкость их изготовления и расход металла. Необходимо повышать качество заделки швов между панелями, плотность их заполнения и герметичность. Должно получить развитие производство специальных прокладок, обеспечивающих герметизацию швов Для кровельных конструкций и балконов должны получить применение полимербетонные и бетонополимерные (с пропиткой мономерами) конструкции, которые в практике зарубежного строительства имеют значительное распространение. Их использование позволит выполнять безрулонные кровли.
Здания каркасного типа имеют в жилищном строительстве относительно небольшое распространение. С развитием в СССР производства трехслойных навесных стеновых панелей с легкими утеплителями и железобетонных элементов каркаса (из высокопрочного бетона, с высокопрочной арматурой) эффективность каркасных зданий резко повысится и они станут конкурентноспо:обными с бескаркасными панельными домами.
Дальнейшее развитие строительства общественных зданий будет осуществляться с резким увеличением доли индустриальных полносборных конструкций.
Типовые каркасные конструкции многоэтажных зданий серии ИИ-04 являются универсальными, позволяющими возводить из них общественные здания любого назначения и даже (более 50% из общего количества) многоэтажные промышленные здания.
Однако в дальнейшем доля крупнопанельных бескаркасных зданий будет возрастать. Этому способствует возможность использования типовых конструкций крупнопанельных жилых зданий для некоторых видов зданий общественного значения. Получают распространение здания смешанного типа: крупнопанельные с включением каркасных участков.
С учетом того, что крупнопанельные здания могут иметь экономические преимущества по расходу стали и трудозатратам, намечено разработать специальные типовые крупнопанельные конструкции, приемлемые для нескольких видов общественных зданий, сходных по требованиям к планировке помещений. С учетом большого объема строительства многоэтажных каркасных зданий важной задачей ближайших лет становится совершенствование их конструкций, направленное на снижение веса и материалоемкости, а также трудозатрат и стоимости возведения.
Будет расширяться производство преднапряженных многопустотных плит перекрытий с уменьшенным поперечным армированием, в том числе плит, изготовляемых методом безопалубочного формования. Для наружных стен общественных зданий должно развиваться производство легких навесных трехслойных панелей с прочными офактуренными слоями и внутренним слоем из весьма легких пористых материалов с плотностью 15...25 кг/м3.
Для конструкций нижних этажей высотных зданий находит применение монолитный железобетонный каркас, так как большие усилия и индивидуальность планировочных решений часто не позволяют здесь применить типовые сборные железобетонные элементы. Выполнение этих конструкций в монолитном железобетоне существенно удлиняет сроки строительства зданий. С целью рационализации тяжелых конструкций каркаса нижних этажей высотных зданий будут разработаны решения, способствующие индустриализации их возведения. При этом будут предусмотрены как монолитные конструкции с применением жесткой арматуры и инвентарной опалубки, так и сборные с высокопрочной арматурой при большом проценте армирования и высокопрочным бетоном.
Особый интерес представляет применение монолитных ядер жесткости для каркасных зданий большой этажности, выполняемых в подвижной опалубке. Воспринимая горизонтальные нагрузки и обеспечивая устойчивость здания, ядра жесткости исключают устройство вертикальных диафрагм, устанавливаемых в каркасных конструкциях связевой системы и требующих большего расхода стали и трудозатрат. При наличии ядер жесткости создаются благоприятные (по эксплуатационным и экономическим соображениям) условия для размещения в них лифтов, лестниц и различных вертикальных коммуникаций.
Дальнейшее развитие в строительстве гражданских многоэтажных зданий должен получить метод подъема перекрытий или этажей. Конструкция выполняется в виде плоских железобетонных безбалочных плит и колонн. Плиты размером по площади на все здание или на его секцию бетонируются пакетом на месте подъема. На предварительно установленных колоннах закрепляются домкраты, с помощью которых производится подъем плит перекрытий. Соединение перекрытий с колоннами осуществляется с помощью сварки стальных закладных деталей и соответствующего армирования плит в опорных зонах.
Наибольшее распространение этот метод возведения многоэтажных зданий получил в Армянской ССР, где с подъемом этажей построено несколько жилых домов высотой до 12 этажей. Эффективным в строительстве этих зданий явилось применение монолитных ядер жесткости с передачей на них горизонтальных сейсмических нагрузок перекрытиями через демпферное устройство.
Существенным преимуществом конструкций, осуществляемых с подъемом этажей, является наличие в них плоских потолочных поверхностей без выступающих ребер по всей площади здания, простота устройства отверстий в перекрытиях и выполнения сложных контуров плана.
В дальнейшем с целью облегчения плит поднимаемых перекрытий и снижения расхода стали предполагается использовать для их изготовления легкие бетоны и высокопрочную арматуру, натягиваемую на бетон.
В крупных зарубежных городах получило развитие строительство подземных помещений различного назначения, например гаражи бытового обслуживания, зрелищные предприятия, что повышает эффективность непользования застраиваемых площадей. В практике отечественного строительства этот резерв повышения эффективности площади застройки значительно возрастет. В ближайшие годы должны быть разработаны типовые железобетонные конструкции для такого строительства.
Конструкции промышленных зданий. Сборные железобетонные конструкции являются основными при строительстве одноэтажных производственных зданий с пролетами до 24 м включительно, а также большинства многоэтажных промышленных зданий с сетками колонн 6 X 8 и 9 X 6 м, при высоте этажей 3,6...7,2 м и временных нагрузках 10...30 кН/м2. Расширяется применение таких новых типов зданий, как двухэтажные промышленные здания с сетками колонн в верхнем этаже 18 X 6 и 18 X 12, 24 X X 6 и 24 х 12 м, а в нижнем 6 X 6м при временной нагрузке на междуэтажные перекрытия до 50 кН/м2.
Будет расширяться использование конструкционных бетонов на пористых заполнителях для несущих конструкций в районах, не имеющих твердых пород. Будет также развиваться производство и применение высокоэффективных утеплителей для ограждающих конструкций зданий. Использование в покрытиях зданий комплексных плит из конструкционного легкого бетона и эффективных плитных утеплителей без выравнивающей стяжки позволяет на 40...50% уменьшить вес ограждающей конструкции, соответственно снизить материалоемкость и трудоемкость возведения покрытия. Будут внедряться в производство трехслойные стеновые панели с наружными слоями из железобетона и внутренним слоем из высокоэффективного утеплителя, во многих случаях являющиеся более экономичными, чем однослойные легкобетонные панели.
Получат развитие железобетонные конструкции с внешним армированием и сталежелезобетонные конструкции, которые могут со значительной эффективностью применяться в гражданских и промышленных зданиях. Развитию использования принципа внешнего армирования способствует ряд его преимуществ: возможность применения внешней арматуры в качестве опалубки при монолитном способе возведения сооружений; возможность совмещении функций рабочей арматуры железобетонных конструкций с защитным ограждением от газа и воды, проникающей радиации, механических воздействий и т. д.; возможность монтажа посредством сварки стыков элементов без дополнительных закладных деталей и выступающих частей; возможность крепления различных коммуникаций и сооружения, а также их замены в период эксплуатации.
Замена опалубки гофрированным стальным оцинкованным листом и использование его в качестве арматуры повышает уровень индустриализации и сокращает сроки устройства монолитных перекрытий. Новые конструктивные решения каркасов одноэтажных зданий с диафрагмами («ядрами») жесткости позволяют снизить на 18...25% материалоемкость колонн каркаса и фундаментов под них для многопролетных зданий. Будут совершенствоваться здания с облегченными железобетонными каркасами из преднапряженных элементов с учетом пространственной работы несущих конструкций, выполняемых из высокопрочного бетона и легкими ограждениями из штампованных стальных листов и сверхлегких синтетических утеплителей.
Конструкции сельскохозяйственных производственных зданий. Намечается широкое применение в ограждающих конструкциях сельскохозяйственных производственных зданий из легких бетонов, использование предварительного напряжения арматуры в стропильных фермах, балках и плитах покрытия. В неотапливаемых зданиях складского назначения (зернохранилища, склады минеральных удобрений и др.) осваиваются армоцементные и железобетонные сводчатые конструкции.
За последние годы наряду со стоечно-балочной схемой поперечников зданий, предусматривающей наличие внутренних колонн, успешно внедряется в практику рамная схема (с двумя полурамами), пролетом 18, 21 и 24 м. Вместо шага колонн (рам) 3 м применяется шаг 6 м. Разработаны укрупненные плиты покрытий размерами 3 X 6 м.
Для покрытий зданий намечено применять сталежелезобетонные фермы пролетом 18...21 м, при использовании которых по сравнению с металлическими фермами снижается расход стали на 25%, а по сравнению с железобетонными фермами снижается на 40% расход бетона, уменьшается вес, упрощается транспортировка.
Наряду со стеновыми панелями ленточной разрезки, имеющей большое число типоразмеров, разработаны панели повышенной заводской готовности со встроенными оконными блоками длиной 6 м и высотой 2,4; 2,7 и 3 м. Применение этих панелей снижает в два раза трудоемкость монтажа. Одновременно с укрупнением конструкций «коробки» здания стали укрупняться и сборные железобетонные изделия технологического назначения (лотки, решетки и т. п.).
Экономичность железобетонных ограждающих конструкций намечено обеспечивать за счет более широкого использования легких бетонов с небольшой плотностью (керамзит, аглопорит, арболит и т. п.).
Конструкции и элементы инженерных сооружений. Сборный железобетон широко применяется и будет применяться в дальнейшем в стенах и покрытиях подземных сооружений (тоннелях, каналах, резервуарах, подвалах и др.), почти во всех наземных сооружениях (этажерках, опорах и эстакадах трубопроводов, колоннах подкрановых и разгрузочных эстакад, транспортерных галлереях, силосах для зерновых и промышленных сыпучих, вентиляторных градирнях и многих других), а также в специальных изделиях (напорных и безнапорных трубах, шпалах, опорах линий электропередачи, осветительных сетей и др.).
В дальнейшем, в соответствии с тенденцией укрупнения технологических агрегатов удаменных и сталеплавильных печей, прокатных станов, химических агрегатов, будут укрупняться и другие инженерные сооружения. Разрабатываются проекты сборных железобетонных резервуаров для нефти вместимостью 120 тыс. м3, диаметром 96 м и высотой 18 м.
Применяемые материалы и конструкции в основном сохранят свое назначение. Однако будут внедряться новые более эффективные материалы и конструкции. Так, для несущих сборных конструкций получат применение высокопрочные тяжелые и легкие конструктивные бетоны и высокопрочные стали, с переходом на более тонкостенные сечения — трубчатые, в том числе центрифугированные, двутавровые и др.