Проектирование сборных железобетонных конструкций заводского изготовления с учетом требований типизации и унификации
Сборные железобетонные конструкции состоят из отдельных элементов, изготовленных главным образом на заводах. Изготовление элементов сборных конструкций, как правило, рентабельно лишь при массовом производстве и ограниченном сортаменте изделий. Поэтому при проектировании зданий и сооружений следует унифицировать основные размеры самих сооружений и предусмотреть применение элементов ограниченного числа типоразмеров.
Типизация зданий и сооружений. Под типизацией понимают техническое направление в строительстве, позволяющее многократно осуществлять строительство предприятия, зданий и сооружений, изготовление строительных конструкций и деталей на основе специально разработанных типовых проектов. В них предусматривают прогрессивные технологические и экономические показатели, а также унификацию, под которой понимают установление целесообразной однотипности объемно-планировочных и конструктивных решений зданий и сооружений, конструкций, деталей, оборудования с целью сокращения числа типоразмеров и достижения взаимозаменяемости деталей. Типизация элементов сборных конструкций и унификация основных конструктивных схем проектируемых зданий и сооружений в значительной степени обеспечивают индустриализацию сборного строительства.
Основой унификации и типизации является единая модульная система, исходящая из градации основных габаритных размеров зданий на базе единого модуля, равного 100 мм (обозначаемого буквой М), или же укрупненного модуля, кратного М.
Для одноэтажных промышленных зданий предусмотрена унификация пролетов, которые приняты кратными укрупненному модулю 60М, т. е. кратными 6 м, а именно: 12; 18; 24; 30 и 36 м, при шаге колонн 6 или 12 м. Укрупненный модуль, равный 6М (0,6 м), принят для высоты от уровня пола до низа стропильной конструкции (от 3,6 до 18 м).
Для многоэтажных промышленных зданий принята унифицированная сетка колонн 6 X 6; 6 12; 11 X 12 м при высоте этажа, кратной укрупненному модулю 12М (1,2 м). Для многоэтажных гражданских зданий сетка колонн принимается на основе укрупненного модуля 2М (0,2 м) размером от 2,8 до 6,8 м, а высота этажей на основе укрупненного модуля ЗМ (0,3 м), т. е. 2,7, 3,3; 3, 6 м. Унифицированные нагрузки на перекрытия принимаются кратными 500 Па.
В условиях применения унифицированных конструктивных схем и широкого использования типизации элементов сборных конструкций необходима взаимная увязка размеров зданий и их элементов. Предусмотрено три категории размеров: номинальные — расстояния в плане между модульными разбивочными осями, определяющими членение здания на планировочные элементы или определяющими расположение стен и отдельных опор; конструктивные — проектные размеры сборных элементов, отличающиеся от номинальных на величину швов и зазоров (30 мм и более), натурные — фактические размеры сборных элементов, отличающиеся от конструктивных на величину допуска, что составляет 3...10 мм.
Типизация и унификация конструктивных элементов гражданских зданий. Начало индустриализации и типизации строительства в СССР относится к послевоенным годам.
С 1950 по 1960 г. велись в основном поиски принципиальных конструктивных решений панельных домов, в основном пятиэтажных; затем после 1960 г. начался переход на многоэтажное крупнопанельное строительство, ставшее важным этапом в развитии индустриального домостроения. В качестве основной была принята конструктивная схема с несущими поперечными стенами, выполнением стен и перекрытий из плоских железобетонных панелей толщиной 140 мм. За счет постоянной унификации этой конструкции, а также технологии изготовления изделий и их монтажа, трудоемкость возведения зданий с несущими поперечными стенами существенно снизилась и составляет в последние годы около 1 чел-дн на 1 м1 жилой площади, что в 1,2... 2 раза меньше, чем трудовые затраты на монтаж первых домов такого типа (1965... 1966 гг.) и почти в четыре раза меньше по сравнению с девятиэтажными кирпичными домами. Вместе с тем архитекторам, к сожалению, не удалось избежать однообразия создаваемой по типовым проектам застройки В процессе развития индустриального домостроения возникли противоречия между широкой номенклатурой заводских изделий, которые вынуждены были осваивать предприятия строительной индустрии, чтобы обеспечить строительство различных зданий и сооружений (число типоразмеров изделий, выпускаемых промышленностью только в Москве, достигло 4000 ед.), и однообразием архитектурно-планировочных решений зданий.
Для решения возникшей проблемы нужно было перейти от типовых зданий (как объектов типизации) к типовым индустриальным унифицированным изделиям, из которых на основе унификации объемно-планировочных решений и конструктивных параметров создавать разнообразные здания. Это положило начало принципиально новой системы индустриального домостроения — по Единому каталогу унифицированных изделий, ставшей основой проектирования и строительства жилых домов и зданий учреждений на ближайшие годы. Сущность Единого каталога состоит в создании научно обоснованного набора унифицированных строительных изделий, из которых можно собирать как жилые дома с различными объемно-планировочными решениями, так и общественные здания, различные по этажности, назначению и внешнему облику. Существовавший ранее принцип «От проекта к изделиям» заменен противоположным: «от изделий — к проекту».
Единый каталог, разработанный в Москве, основан на двух наиболее рациональных конструктивных схемах зданий индустриального строительства: панельная с поперечными несущими стенами для жилых зданий и каркасно-панельная с унифицированным каркасом для общественных зданий. Впервые применение элементов этого каталога было опробовано на 16- и 22-этажных крупнопанельных жилых домах из унифицированных изделий. Важным результатом экспериментального строительства яви лась проверка вариационных возможностей, представляемых каталогом, т. е. различной блокировки между собой секций из освоенных производством унифицированных изделий.
Проблема замены прежних типов домов более совершенными при одновременном сохранении налаженного производства имеет первостепенное значение. Единый каталог открывает возможность постоянного совершенствования проектов в процессе заводского производства, а за счет стабильности и постоянства номенклатуры изделий позволяет организовать ритмичную и устойчивую работу промышленности. Это дает большой экономический эффект.
В настоящее время из элементов Единого каталога возводятся 22...25-этажные панельные дома, скомпонованные из угловых секций в разнообразных сочетаниях (рис. 7.1) Предусмотрено также построить комплекс зданий из панельных изделий широкого шага (7.2 м) в сочетании с элементами унифицированного каркаса, комбинированные дома из 22- и 16- этажных блок-секций, шумозащитные дома и дома из каталожных объемнопланировочных элементов (КОПЭ) высотой 18 этажей.
Типизация, унификация и модульная система в промышленном строительстве. Объемно-планировочные и конструктивные решения промышленных зданий имеют две формы унификации — отраслевую и межотраслевую. Межотраслевая система унификации объемно-планировочных и конструктивных решений промышленных зданий позволяет сократить число типоразмеров конструкций, снизить стоимость строительства и создать условия для повышения уровня его индустриализации. Объем промышленного здания обычно расчленяется на отдельные части или элементы.
Объемно-планировочным элементом или пространственной ячейкой называется часть здания размерами, равными высоте этажа, пролету и шагу, а паанировичным элементом или ячейкой — горизонтальная проекция объемно-планировочного элемента. Объемно-планировочные и планировочные элементы в зависимости от расположения их в здании могут быть угловые, ториивые, боковые, средние и элементы у температурного шва.
Здания цехов некоторых отраслей промышленности (химической, машиностроительной, легкой, пищевой, полиграфической и др.) выполняются со сборным железобетонным каркасом и оснащены подвесными или мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т. Для таких отраслей разработка проектов этих зданий ведется на основе применения унифицированных типовых секций (УТС) и унифицированных типовых пролетов (УТП). Унифицированная типовая секция является объемной частью здания и состоит из нескольких пролетов постоянной высоты. Размеры секции зависят от характера технологического процесса и конструктивного решения здания. Чаще всего такая секция представляет собой температурный блок здания. Блокируя унифицированные типовые секции и пролеты между собой, можно получить требуемое объемно-планировочное и конструктивное решение промышленного здания.
Архитектурно-строительный проект и методы его разработки. Построенные или реконструируемые предприятия ко времени ввода их в действие должны быть технически передовыми и обеспечивать выпуск продукции высокого качества. Поэтому современный архитектурно-строительный проект должен учитывать достижения науки, техники и передового отечественного и зарубежного опыта. Проект должен обеспечивать также высокую эффективность капитальных вложений за счет внедрения высокопроизводительного оборудования, механизации и автоматизации производственных процессов, повышения степени заводской готовности строительных конструкций и изделий, применения индустриальных методов строительства, совершенствования объемно-планировочных и конструктивных решений зданий и сооружений. В проекте должны быть также предусмотрены высокий уровень градостроительных и архитектурных решений, рациональное использование земель, охрана окружающей среды, сейсмостойкость, взрыво- и пожаробезопасность объектов.
В проектировании важнейшим направлением должны стать типизация проектных решений на базе унификации объемно-планировочных, конструктивных и технологических peшений, узлов, конструкций и изделий. По типовым проектам проводится строительство производственных зданий и сооружений со стабильной на ряд лет технологией, а такме жилых домов, общественных зданий и сооружений. объектов сельскохозяйственного назначения. Если же разрабатывается проект на строительство предприятия с часто меняющейся технологией, то должны применяться унифицированные,позволяющие без значительных затрат приспосабливаться к новой технологии объемно-планировочные решения зданий и сооружений.
Проектирование предприятий, зданий и сооружений осуществляется в одну или две стадии. В одну стадию проектируют предприятия, здания и сооружения, строительство которых будет осуществляться по типовым и повторно применяемым проектам, а также технически несложные объекты. При этом разрабатывают сразу рабочий проект со сводным сметным расчетом стоимости. Издание альбомов рабочих чертежей типовыл строительных конструкций, изделий и узлов позволяет свести составление строительной части таких проектов в основном к разработке чертежей планов и разрезов зданий и сооружений и монтажных схем со ссылкой на чертежи в указанных альбомах.
В две стадии проектируют остальные объекты строительства, в в том числе крупные и сложные. На первой стадии разрабатывают проект со сводным сметным расчетом стоимости, а на второй стадии — рабочую документацию со сметами.
Проекты разрабатываются на основе соответствующих материалов с необходимыми расчетами, выполненными в составе схем развития и размещения отраслей народного хозяйства и отраслей промышленности, а также схем развития и размещения производительных сил по экономическим районам и союзным республикам. В проектах с учетом проектных изысканий и заоиантных проработок уточняют место размещения, проектную мощность, стоимость строительства и другие технико-экономические показатели, приведенные в указанных схемах развития. При двухстадийном проектировании в процессе составления рабочей документации могут проводиться дополнительные переработки, уточняющие материалы проекта.
При разработке типовых проектов на объекты важного народнохозяйственного значения (а также индивидуальных проектов на сложные объекты) отдельные конструктивные, архитектурные и другие решения могут быть разработаны в нескольких вариантах или на основе конкурса.
Проектирование предприятий и сооружений, строительство которых будет осуществляться по очерецям, начинают с разработки основных проектных решений, требуемых для составления схемы генерального плана и расчета стоимости всего строительства с разбивкой по очередям.
Широкое развитие индустриализации и типизации строительства, стандартизации строительных изделий и деталей вызвало необходимость стандартизации самого процесса проектирования. В связи с этим разработаны государственные стандарты проектной документации для строительства (СПДС), распространяемые на все виды проектной документации для строительства. Стандарты СПДС дополняют государственные стандарты Единой системы конструкторской документации (ЕСКД) с учетом специфики строительсного проектирования. Основное назначение СПДС — унификация состава и оформления проектной документации, исключение дублирования проектных документов; обеспечение повторного использования проектной документации без ее переоформления; упрощение форм проектных документов и графических изображений, что снижает трудоемкость выполнения; создание возможности выполнения машинно-ориентированных проектных документов, ист пользуемых в автоматизированных системах управления (АСУ).
Влияние технологических схем производства на конструктивные формы железобетона. Для сборных унифицированных конструкций огромное значение имеет технологичность массового изготовления их элементов на заводе или полигоне с применением современных машин и механизмов. Часто требования технологичности оказывают влияние на конструктивное решение самого элемента. Например, при конвейерной и поточно-агрегатной технологии обычно применяют членение каркасов многоэтажных зданий на более технологичные прямолинейные элементы, хотя последние и менее выгодны с точки зрения расхода материалов и затрат труда на устройство стыков. При использовании другой технологии (например, стендовой) изготовление колонн с выступающими консолями может оказаться достаточно удобным, что позволит устраивать стыки элементов каркаса в точке нулевых изгибающих моментов, и в результате уменьшить расход материалов.
Конструкции должны быть также технологичными и при монтаже, т.е. допускать удобную установку и крепление в проектном положении. Поэтому членение конструкции на сборные элементы часто опредетяются и технологичностью на монтаже. Например, в каркасах многоэтажных зданий стык колонн для удобства монтажа устраивают на 0,8...1 м выше уровня перекрытия. Элементы и конструкции по возможности следует укрупнять с учетом имеющихся транспортных и монтажных средств. Масса элементов при многоэтажном строительстве обычно не превышает 5 т. Для одноэтажных промышленных зданий применяют элементы массой 10...20 т и более, причем их длина может достигать 24 м. Габариты элементов сборных конструкций ограничиваются в основном условиями транспортирования. Особое внимание при выборе конструктивного решения следует уделять применению унифицированных индустриальных типовых изделий массового заводского производства при минимальном числе типоразмеров. Применение унифицированных типовых изделий позволяет максимально механизировать и автоматизировать процесс их изготовления, что значительно снижает стоимость конструкции, упрощает и ускоряет процесс их монтажа.