Шерешевский - Конструкции гражданских зданий

ВВЕДЕНИЕ

Современное развитое городское строительство ведется на базе сети специализированных строительных объединений, включающих в себя заводы строительных деталей и монтажные подразделения.

Эти объединения осуществляют заводское изготовление конструктивных элементов, доставку их на строительные площадки и монтаж зданий. Большинство гражданских зданий (жилые, торговые, детские, учебные, лечебные, зрелищные) возводится по типовым проектам. Типизация основывается на отборе наиболее эффективных для данного периода объемно-планировочных и конструктивных решений, дающих наилучший экономический результат в строительстве и эксплуатации зданий и обеспечивающих комфорт при использовании этих зданий.

Типизируются здания определенного функционального назначения (жилые дома для посемейного расселения, общежития, гостиницы, торговые центры, ясли и детские сады, школы и профессионально- технические училища, поликлиники, кинотеатры и т. п.), рассчитанные на определенное количество проживающих или обслуживаемых лиц.

Типизация зданий, образующих застройку, не исключает создания индивидуальных по своему эстетическому облику городских и сельских архитектурных ансамблей. Опыт отечественного градостроительства показал, что при умелом учете природных особенностей местности, использовании традиционных и современных отделочных материалов и приемов, включении отдельных зданий, возводимых по индивидуальным проектам, городские районы приобретают неповторимую архитектурную выразительность. За последние годы целый ряд таких новых архитектурных ансамблей удостоен Государственных премий.

Застройка городов и сельских населенных мест типовыми зданиями имеет уходящие в глубь веков архитектурные традиции; и раньше рядовые дома в городах и деревнях в основном повторяли друг друга. Отличие современных городских кварталов от исторически сложившихся заключается не в самом приеме повторения эффективных решений, а в том, что в наше время это повторение обусловливается индустриальным производством домов.

Построенные за последнюю четверть века типовые гражданские здания отличаются от своих предшественников тем, что они унифицированы — подготовлены для возведения средствами строительной индустрии. Унификация проводится в ходе проектирования путем применения наиболее экономичных и универсальных элементов зданий, отобранных в соответствии с технологическими возможностями заводов-изготовителей, средств транспорта, подъемных механизмов и тому подобными критериями.

Унификация гражданского строительства за короткий период своего развития также претерпела качественные изменения. На первом этапе унифицированные дома возводились по принципу «от дома к детали». Сначала проектировалась в определенной конструктивной системе серия зданий различного объема, а затем дома «разрезались» на специфические для данной серии детали. Заводы строительных деталей были специализированы на производстве домов только определенной серии.

Элементом типизации являлся дом. Развитие массового жилищного строительства быстро выявило нерентабельность и эстетическую неприемлемость этого принципа. С одной стороны он повлек за собой технологическую многопрофильность заводов и исключил оперативное использование резервов. На одном заводе производился весь комплект деталей дома, изготавливаемых по различной технологии. Наращивание производства отдельных деталей за счет имеющихся внутренних резервов не стимулировалось, так как выходило за рамки требуемого комплекта. С другой стороны, города начали обрастать однообразными кольцами «многотиражного» строительства «штучных» зданий. Исключалась градостроительная маневренность, нарушался синтез архитектуры и ландшафта. Сегодня в основу типового проектирования унифицированных гражданских зданий заложен обратный принцип — «от детали к дому», с самого начала эффективно развивавшийся в промышленном строительстве.

Заводы строительных конструкций данного экономического района специализируются в основном на изготовлении определенной номенклатуры строительных деталей, объединенных технологией производства и назначением в здании. Например: плиты и блоки фундаментов, сваи и сваи-оболочки, наружные и внутренние стеновые панели, вентиляционные блоки и электротехнические панели, панели перегородок, плиты перекрытий и покрытий (в том числе балконные плиты, карнизные плиты и т. п.), объемные элементы (санитарные кабины).

Принцип «от детали к дому» позволяет:

а) специализировать производство, а значит, более полно загружать оборудование, повышать производительность труда и снижать стоимость изделей;

б) использовать однотипные элементы в домах различных конструктивных систем, а значит, сокращать количество типовых марок в пределах экономического района, обслуживаемого строительными комбинатами;

в) избегать однообразия — обогащать архитектурную палитру застройки городов.

Элементом типизации стала деталь. Из одинаковых и дешевых деталей возводятся разнообразные по своей конструктивной системе и архитектурному облику дома.

Принцип «от детали к дому» был сформулирован в конце шестидесятых годов в универсальном каталоге унифицированных изделий и получил подтверждение своей целесообразности в практике застройки столицы нашей Родины — Москвы. В настоящее время региональные универсальные каталоги и обусловленная ими методика разработки типовых проектов применяются во всех крупных центрах массового индустриального строительства.

Одновременно в Ленинграде была предложена блок-секционная система проектирования жилых зданий, получившая повсеместное распространение.

На первом этапе типовая серия состояла из ограниченного набора домов различной этажности и протяженности. Такие дома не могли вписываться в различные топографические условия и связанную с ними планировку городского района.

Затруднялась привязка типовых домов. В градостроительном отношении типовые проекты гражданских зданий были лишены маневренности, вариабельности и гибкости.

В блок-секционной системе законченной единицей типового проектирования жилых зданий является блок-секция — повторяющаяся часть дома, сгруппированная вокруг лестнично-лифтового узла. Блок-секции могут быть: рядовые, с различным набором квартир; торцевые — у торцов; угловые — на перекрестках улиц; поворотные, допускающие плавный поворот пластины дома.

Каждая блок-секция включает в себя основную, неизменяемую часть и изменяемые торцевые окончания, допускающие различные комбинации примыканий. При необходимости между типовыми блок-секциями проектируются индивидуальные вставки.

Набор блок-секций образует дома различной этажности и конфигурации, соответствующие конкретной архитектурной композиции застройки.

В дальнейшем развитии этого метода проектирования блок-секция разделилась на блок-квартиры и объединяющие их лестнично-лифтовые блок-связки— прямые и поворотные. Такое деление позволяет еще более гибко применять повторяющиеся фрагменты плана в связи с местными условиями привязки здания.

Блок-секционная система оперирует не типовым домом, а его частями. Компоновка блок-секций позволяет использовать повторяющийся элемент для достижения индивидуального результата в соответствии с градостроительной ситуацией и творческим замыслом архитектора. Элементом типизации становится конструктивная деталь. В конструктивном отношении блок-секция образуется из связки типовых изделий; в архитектурном — она может быть индивидуальной для данного конкретного дома.

Универсальный каталог унифицированных изделий и блок-секционная система образуют основу прогрессивных приемов проектирования, разработанных в ходе практики современного индустриального градостроительства. Помимо ряда экономических преимуществ, они ведут к созданию более совершенных в эстетическом отношении жилых и общественных зданий и организации их в связанные с местными условиями гармоничные ансамбли.

Анализируя развитие типового строительства, можно предполагать, что в связи с возрастающими требованиями к архитектурному облику городов проектирование снова станет индивидуальным. Но это индивидуальное проектирование будет проводиться на основе универсального каталога унифицированных изделий и вытекающих из него типовых решений фрагментов жилья. Таким образом восстановится гармония между архитектурой как искусством и современным индустриальным способом производства зданий, в некоторой степени нарушенная в период становления этого производства.

В известной мере условно конструкции здания можно подразделить на следующие основные группы:

несущие конструкции — воспринимающие и передающие основные нагрузки и обеспечивающие устойчивость и прочность здания;

ограждающие конструкции — отделяющие его от внешней среды;

внутренние оборудующие конструкции — не участвующие в восприятии основных нагрузок, но разделяющие здание на помещения и обеспечивающие в них необходимые комфортные условия.

Несущая конструкция здания может быть выполнена в различных системах. Выбор одной из систем обусловлен прежде всего функциональным назначением, местными природными условиями (климат, геология и т. п.), возможностями индустриальной базы строительного производства, экономическим сопоставлением вариантов.

Направленность выбора облегчает классификация конструктивных систем, применяемых в индустриальном строительстве.

Применяемые в настоящее время конструктивные системы показаны на листе 0.01.

Лист 0.01. Конструктивные системы гражданских зданий

Несущая конструкция здания обеспечивает его пространственную устойчивость и передает нагрузки, собираемые надземной частью через подземную часть на основание — способный к их восприятию грунт.

Конструктивная система здания определяет выбор совокупности основных его элементов, воспринимающих все воздействующие на здание нагрузки и обеспечивающих его прочность и трещиностойкость, а следовательно, долговечность.

Конструктивная система надземной части остова прежде всего характеризуется типом основных несущих вертикальных конструкций. Она может быть однородной или комбинированной. К числу однородных систем принадлежат: стержневые — каркасные системы из вертикальных стоек —колонн и связывающих их в горизонтальной плоскости балок — ригелей с жесткими (рамными) узлами или стенками — диафрагмами жесткости, способными воспринимать горизонтальные усилия в зданиях высотой до 12 этажей;

плоскостные — стеновые системы из монолитных стен или сборных панелей;

объемные—блок-комнатные системы из объемных железобетонных элементов длиной на полпролета или пролет здания.

К числу комбинированных систем принадлежат:

каркасно-панельные системы с наружными панельными стенами, обстраивающими расположенный внутри каркас;

панельно-блок-комнатные системы с объемными элементами и внутренними поперечными или наружными продольными несущими стенами;

каркасно-панельно-ствольные системы с монолитными башенными элементами, образующими ядро жесткости высотного здания в 12 и более этажей. Монолитный ствол связывается с каркасом или несущими панелями. Каркасно-панельно-ствольные системы обладают большей несущей способностью и жесткостью благодаря восприятию горизонтальной нагрузки монолитными ядрами по сравнению с другими системами, где в этих целях применяются плоские диафрагмы и рамные узлы жесткости.

В каждой из перечисленных конструктивных систем возможна различная геометрическая схема расположения несущих конструкций относительно главной оси здания: поперечная, продольная, перекрестная (центральная).

Ограждать объем здания наряду с несущими могут самонесущие и навесные стены. Несущие стены воспринимают и передают на фундаменты нагрузки от собственной массы и смежных собирающих полезные нагрузки конструкций (крыши, перекрытия и т. д.); самонесущие — только от собственной массы (включая балконы, эркеры и т. п.).

Навесные стены воспринимают нагрузку от собственной массы только в пределах этажа (яруса) и передают ее на смежные конструкции (несущие стены, каркас).

Таким образом, конструктивную систему надземной части остова гражданских зданий характеризуют три основных признака: тип основных вертикальных несущих конструкций, геометрическая схема их расположения в плане и статическая функция наружных стен.

Выбор конструкций подземной части остова в известной мере определяется конструктивной системой надземной части и прочностной характеристикой образующих его основание грунтов. Для стержневых систем характерны столбчатые фундаменты; для плоскостных — ленточные; для ствольных систем с монолитными башенными элементами, применяемыми в высотных зданиях,— плитные. При слабых грунтах все системы в высотных зданиях могут опираться на перекрестные ленты, сплошную ребристую или полнотелую плиту, охватывающую весь контур плана.

Свайные фундаменты позволяют передать нагрузки здания на залегающее на значительной глубине естественное основание (сваи-стойки) или уплотнить под ним слабые грунты (висячие сваи).

Для современных, возводимых индустриальными методами, полносборных зданий основной является плоскостная ячеистая система. В книге она представлена 5-этажным домом серии 1-464 и 9-этажным домом серии 90 (см. листы 11.01—11.03 и 12.01 — 12.03). В этих зданиях применяются плиты перекрытий размером «на комнату», опертые по четырем или трем сторонам — соответственно при несущих и самонесущих или навесных наружных стенах. В совокупности со стенами они образуют пространственную ячеистую структуру, обеспечивающую устойчивость коробки здания. Благодаря указанным свойствам такие здания возводятся без ограничения этажности в сейсмических районах или при особых геологических условиях. В настоящее время они охватывают около 70% панельного домостроения.

Вместе с тем, ячеистая структура исключает вариабельность планировки — возможность последующей перепланировки квартиры и размещения в здании учреждений с помещениями большей площади. Поиски способов преодоления этих недочетов приводят к комбинированным решениям, где ячеистую структуру поддерживает, перерезает или венчает каркас, позволяя расположить в его уровне зальные помещения. Может быть развита и сама ячеистая структура путем увеличения, шага поперечных несущих стен или замены их продольными.

При этом для перекрытий применяются замоноличенные настилы из плит, преимущественно опертых по двум коротким сторонам. Трехстороннее опирание плит возникает только в местах примыкания к диафрагмам жесткости. Такие 5- и 9-этажные дома в книге представлены сериями 1-468, 108, 86, 137 и 85 (см. листы 11.04—11.06, 11.07—11.09, 11.10— 11.12, 12.04—12.06, 12.07—12.09). Некоторое удорожание стоимости перекрытий здесь компенсируется комфортностью планировки квартир и более полным использованием несущей способности стен в зданиях высотой до 16 этажей. Поэтому наряду с использованием в панельном домостроении плоскостные системы с большим шагом поперечных несущих стен или с продольными несущими стенами широко применяются в кирпичных зданиях.

Стержневые системы в сочетании с редко расположенными диафрагмами жесткости в основном находят применение в общественных зданиях как соответствующие их функциональному назначению.

Отдельные колонны не препятствуют размещению помещений с большой рабочей площадью. Ригели вместо стен поддерживают настилы перекрытий. В книге они представлены связевым каркасом серии ИИ-04 (см. листы 12.13—12.15).

Объемная блок-комнатная система в известной степени повышает заводскую готовность элементов сборки дома, но требует значительного увеличения габаритов и грузоподъемности заводских, транспортных и монтажных машин, обеспечивающих изготовление, доставку и установку элементов дома. Сама организация перевозки блок-комнат в городских условиях тоже требует особых мероприятий.

Применение этой системы может быть оправдано необходимостью срочной сборки зданий на базе завода-изготовителя (строительство жилых поселков городского типа при возведении крупных промышленных и энергетических объектов, сельских населенных пунктов н т. п.). Городское строительство многоэтажных зданий и застройка сельских поселков по этой системе пока получили распространение в Краснодаре и Краснодарском крае. То же относится и к панелыю-блок-комиатной системе. Каркасно-панельные системы с неполным каркасом и несущими наружными стенами (серия 1-420К) и полным каркасом с самонесущими стенами (серия 1-335) применялись на первых этапах становления панельного домостроения и сыграли свою положительную роль в его развитии.

Позднее, в связи с измельчением монтажных марок, большой металлоемкостью и трудоемкостью сборки, они были вытеснены плоскостными системами.

Каркасно-панельно-ствольные системы применяются в зданиях высотой от 12 этажей, где возникает необходимость воспринимать значительные горизонтальные нагрузки. В отечественной практике они были использованы в ряде высотных административных зданий в Москве, в жилых зданиях, возводимых методом подъема этажей в Ереване, в гостиницах высотой до 15 этажей в Ленинграде и т. п.