Пути выхода сборного домостроения из кризиса

| 31 Марта 2010

Сейчас 45% жилья строится индивидуальным застройщиком, а раньше – менее 10%. Остальное многоквартирное жилье строится в монолите, сборных, а в последние годы и в сборно-монолитных конструкциях.

Строящиеся у нас многоэтажные монолитные здания по сравнению со сборными требуют значительно большего количества материалов (бетона и стали) и времени на возведение и отделку. Действительно, толщина сборных стен и панелей перекрытий сплошного сечения по требованиям огнезащиты и звукоизоляции составляет 16 см, а приведенная толщина пустотных плит – 12 – 13 см против 18-25 см в монолитных перекрытиях.

Многократный перерасход стали в монолитных зданиях объясняется: большим весом конструкций; низкой прочностью арматуры; отсутствием в перекрытиях напрягаемой арматуры; стыковкой арматуры внахлест с большим перепуском; чрезмерной унификацией армирования по площадям здания; низкой культурой проектирования и строительства; установкой лишней арматуры с целью перестраховки из-за отсутствия элементарного профессионального уровня у строительных рабочих; максимальным сокращением инвесторами сроков строительства в ущерб качеству работ; отсутствием должного технического контроля за качеством работ на стройплощадке. Затраты на монолитное строительство в зимнее время возрастают на 20 – 30%.

В связи с этим в последние годы в строительстве ощущается острая нехватка энергии, вяжущих, инертных и стали.

Все это указывает на то, что отказ от сборного железобетона в суровых климатических условиях России является неоправданным. В мировой практике строительства сборный железобетон применяется все шире. Здесь в структуре производства сборного железобетона 80% – это плоские и линейные панели перекрытий и стен, остальные 20% фундаментные блоки, сваи, шпалы, трубы и т. д. Сейчас, как никогда, требуется взвешенный подход к определению областей рационального применения сборного и монолитного железобетона.

В конце 50-х годов в СССР был осуществлен активный переход на сборное крупнопанельное, каркасно-панельное и крупноблочное строительство жилых зданий. Строительство многоэтажных общественных и промышленных зданий велось с использованием каркасно-панельных серий регионального применения. В 60-х годах в Москве был разработан и впервые внедрён при строительстве Калининского проспекта Московский связевый каркас КМС, а для сейсмических районов был разработан каркас со сборно-монолитным перекрытием «Сочи». В 1972 году на основе КМС была разработана всесоюзная каркасная серия ИИ-04, которая получила самое широкое распространение в большинстве регионов России.

По технико-экономическим показателям каркасно-панельные здания уступают крупнопанельным: по стоимости на 5 – 10%, по строечным трудозатратам на 10 – 15% и по стали на 30-50%. Однако изменение планировки, необходимое в процессе длительной эксплуатации в каркасных зданиях, решается значительно легче.

Проведённые сравнения показали, что вес отечественных сборных многоэтажных зданий и расход стали превышают в 1,5 – 2 раза лучшие показатели за рубежом, где широко применяются легкие и высокопрочные бетоны и более прочная обычная стержневая и высокопрочная напрягаемая
арматура, а нагрузки на перекрытия значительно ниже, особенно в промышленных зданиях. Поэтому в 1984 году серия ИИ-04, имевшая хорошие технико-экономические показатели, была унифицирована с промышленными зданиями и переименована в серию 1.020-1/83 межвидового применения. При этом нагрузка на перекрытиях была повышена с 1250 кг/м2 всего до 1600 кг/м2 (вместо 3000 кг/м2 в серии ИИ-20/70 для промышленных зданий), а опорные моменты в ригелях снижены с 5,5 т/м до нуля, что потребовало увеличения ширины сжатой зоны ригелей с 20 до 30 см, преднапряжения в них арматуры и изготовления новых силовых форм. С применением межвидовой сварки строилось более 70% всех промышленных зданий.

Для образования единой пространственной конструктивной системы здания вертикальные несущие колонны и стены объединяют горизонтальной несущей плитой перекрытия, для чего ригели и связевые плиты соединяют с колоннами и между собой сваркой закладных деталей и накладок, а стыки между стенами, вокруг колонн, между плитами и торцами плит и ригелей обязательно заделывают бетоном. Поэтому сборные здания правильнее назвать сборно-омоноличенными.

В 1986 году в связи с программой «Жилище» была поставлена задача решить жилищную проблему к 2000 году путем двукратного увеличения объема гражданского строительства. ЦНИИЭП ТБЗ и ТК, автору серий ИИ-04 и 1.020-1/83, было предложено разработать регионально адаптируемую индустриальную универсальную строительную систему (РАДИУСС).

В связи с ограниченностью средств на переоснащение действующих заводов и строительство новых конструктивные формы элементов «РАДИУСС» должны были быть максимально простыми, но при этом обеспечивать комплексную застройку, удовлетворять объёмно-планировочным решениям возможно большего количества типов гражданских зданий, и максимально учитывать разнообразные особенности материально-технической базы стройиндустрии при широком использовании местных строительных материалов. Для этого были разработаны основные конструктивно-планировочные ячейки размерами от 3×6 м до 6×7.2 м без выступающих ригелей и с бесконсольными колоннами сечением 20×40 см и 40×40 см, хорошо вписывающимися в любой интерьер, и позволяющими в единой оснастке делать колонны для различных высот этажей. Гладкие потолки облегчают объёмно-планировочные решения различных типов зданий. В системе «РАДИУСС» используются сплошные панели толщиной 16 см или пустотные толщиной 22 см. Панели размером на ячейку до 3.6 х 7.2 м упрощают монтаж и оснастку, но из-за большого веса 8.4 – 10,5 т требуют достаточно мощного кранового оборудования; короткие, 3 – 3,6 м, сплошного сечения и узкие 1,5-метровые пустотные панели, имеют в два-три раза меньший вес, и могут изготавливаться на большинстве заводов, но требуют дополнительной монтажной оснастки; в ячейках с длинными плитами требуется меньшее армирование монолитных участков по сравнению с короткими. Поэтому выбор ячейки определяется местными условиями.

В варианте с напрягаемой арматурой применяются высокопрочные канаты, что упрощает стык плит с колоннами и конструкцию колонны, уменьшает объём монтажной сварки и расход арматуры, но требует натяжных домкратов, анкерных приспособлений, оборудования для отгиба канатов у опор. В варианте без натяжения применяется стрежневая арматура периодического профиля, поэтому заметно увеличивается расход стали, а в колоннах на уровне с перекрытием предусматривается проем, который армируется проходящими сквозь него каркасами и заполняется бетоном для восприятия изгибающих моментов и вертикальных реакций в перекрытии.

Увеличение размеров ячеек до 6×6 и 6×7.2 м может потребовать увеличения высоты ригельных участков, что решается путем домоноличивания верхних полок у ригеля только возле колонн или по всей длине, а при росте нагрузок приходится делать снизу сборную армированную оставляемую опалубку. Это не позволяет делать перекрытие с гладким потолком, что допустимо в магазинах, гаражах, складах, много-этажных промзданиях и рекомендуется также для сейсмостойкого строительства. Основное преимущество системы РАДИУСС состоит в значительном сокращении капитальных затрат на переоснащение действующих и создание новых предприятий, благодаря минимальной номенклатуре изделий и простоте их формы.

В 89 - 92 годах были проведены испытания сопряжений ригелей с плитами и с колоннами, а затем были изготовлены, смонтированы в натуральную величину и испытаны до разрушения два фрагмента каркасов размером 7.2×12 м и 6×12 м с круглопустотными и сплошными панелями и преднапряжением на монтаже канатной арматуры. Испытания показали надежную работу сопряжений и фрагментов каркаса.

В настоящее время в России наряду с системой РАДИУСС, РАДИУСС НПУ и БРК НИИЖБ с натяжением канатов К-7 в построечных условиях, применяют белорусскую систему Б 1.020-1/87, повторяющую систему «Сочи», а также впервые освоенный ДСК в Чебоксарах рамный французский каркас «Сарет» с напрягаемой сборно-монолитной сплошной плитой и высоким ригелем.

В качестве панелей применяются типовые круглопустотные марки ПК с напрягаемой стержневой арматурой класса не более Ат-V, с диаметром пустот 159 мм, толщиной средних ребер
26 мм, с проволочными сетками в полках, каркасами в ребрах, опорными гнутыми сетками и монтажными петлями, а в связевых плитах еще и с закладкой деталей и металлоемкими связевыми каркасами. Расход стали в шестиметровых рядовых плитах составляет 5 - 6 кг/м2.

В конце 70-х годов в Германии было закуплено оборудование фирмы «Макс Рот» для изготовления многопустотных панелей на длинных стендах методом безопалубочного формования БФ длинных полос с последующей их разрезкой на элементы любой длины. Панели БФ армируются только нижней и верхней напрягаемой высокопрочной проволокой Вр-2 или канатами К-7, поэтому расход стали в них в два-три раза ниже, чем в традиционных марки ПК. Более того, для их изготовления не требуются арматурные цеха с дорогостоящим, в том числе сварочным оборудованием. Благодаря высокой степени механизации работ и технологичности конструкции трудовые затраты снижены
в 1,5 - 2 раза, металлоемкость формовочного оборудования – в 3 - 9 раз, себестоимость – на 10 - 25%. При этом получаются плиты высокого качества, пригодные для устройства чистого пола. В то же время для их изготовления нужен бетон класса не ниже В25 из дефицитного гранитного щебня фракции до 10 мм и дорогостоящие алмазные диски для распила плит.

На боковых гранях ПБФ вместо прерывистых делаются непрерывные продольные шпонки трапециевидного сечения, плохо воспринимающие сдвигающие силы вдоль межплитных швов. Поэтому за рубежом, особенно в сейсмических районах, для создания жесткой в горизонтальной плоскости диафрагмы из сборной плиты перекрытия сверху укладывается сплошная армированная набетонка, сетка которой объединяется с каркасами, устанавливаемыми в омоноличиваемых межплитных швах, последнее значительно повышает также и огнестойкость перекрытия.

Из-за отсутствия в ПБФ закладных деталей и поперечного армирования они мало применялись в типовом сборном каркасном и панельном домостроении. В сборно-монолитном каркасе, изготавливаемом современными ДСК, закладные детали не требуются.

В 80-х годах УралпромстройНИИпроектом, НИИЖБом, ИСиА БССР и ЦНИИЭП ТБЗ и ТК было проведено большое количество испытаний панелей «Макс Рот», узлов опирания и натурных фрагментов перекрытий с укороченными колоннами, которые показали надежность и преимущество ПБФ перед
круглопустотными ПК, изготавливаемыми по агрегатно-поточной и конвейерной технологиям. Так, несмотря на отсутствие опорных каркасов, панели БФ с вертикально вытянутыми пустотами, благодаря большей в 1,5 раза приведенной толщине ребер и значительно более высокой прочности бетона, проходят по наклонным сечениям на опорах, а образование верхних вертикальных трещин на опорных участках панелей, податливо защемленных в стены, не вызывает их хрупкого разрушения.

Испытания различных конструкций металлических связей, их анкеровки на растяжение, а также различных шпоночных сопряжений элементов перекрытий на сдвиг и панелей на диагональное сжатие показали их надежность и позволили изучить работу стыков элементов каркаса на различных этапах нагружения.

Исследования работы сборных перекрытий из ПБФ при действии горизонтальных и вертикальных нагрузок показали их достаточную прочность и жесткость в своей плоскости даже при отсутствии прерывистых шпонок в межплитных швах и отсутствии сплошной монолитной набетонки по верху перекрытия.

За рубежом для облегчения планировки помещений широко применяют большепролетные пустотные панели пролетом 9 - 12 м и более, изготавливаемые на длинных стендах, как в составе каркасов при опирании на ригели, так и в составе панельных зданий при опирании на стены. При опирании на ригели и стены по трем и четырем сторонам перекрытия из ПБФ при вертикальных нагрузках работают в двух направлениях со схемой трещинообразования в виде конверта и разрушаются в результате среза по продольным трещинам, но при высоких нагрузках. Это дает дополнительный экономический эффект в результате значительного увеличения прочности и жесткости перекрытий.

НИИЖБом совместно с Томским ДСК разработана экспериментальная архитектурно-строительная система «ЭАСС» с плоскими сборными ригелями высотой всего 30 см, длина которых, благодаря преднапряжению, их совместной работе со сборным настилом, опертым по трем-четырем сторонам, и созданию регулируемой неразрезности, может быть увеличена до 9 м и более. Расположение ригелей в перекрытии в двух направлениях позволяет обеспечить при пожаре прочность и устойчивость колонн и всей конструктивной несущей системы и поднять её предел огнестойкости до REJ 120.

Проведенные комплексные исследования сборных перекрытий из ПБФ позволили разработать инженерные методы их расчета, учитывающие особенности армирования, изготовления и пространственный характер деформирования в вертикальной и горизонтальной плоскостях с учетом податливости стыков и трещинообразования на различных уровнях нагружения, при этом решения получены впервые в замкнутом виде, что очень удобно для проектирования.

Испытания ПБФ «Макс Рот» на огнестойкость показали, что при влажности 3% они хрупко разрушались менее чем за 30 минут. При эксплуатационной влажности 1,5 - 2% разрушение ПБФ носило пластический характер в результате текучести арматуры за время менее 45 минут. Поэтому требуется увеличение толщины защитного слоя бетона и проведение дополнительных испытаний ПБФ, изготавливаемых на других линиях.

На сейсмические воздействия сборные и сборно-монолитные здания и их фрагменты с конструкциями БФ не испытывались.

В последние годы смонтированы широкие (до 4 м) опрокидывающиеся стенды с переставными бортами, крепящимися на магнитах, что позволяет готовить панели стен и пустотных перекрытий разных габаритов без огромного парка форм. Сейчас в России уже смонтировано около 200 линий БФ и предполагается увеличение их количества до 500, что позволит в 2 - 3 раза сократить расход стали на наиболее массовой конструкции сборного железобетона. Причем в Томске и Чебоксарах на длинных стендах, наряду с плитами, готовят также огнестойкие сборные ригели и колонны, в том числе из лёгкого бетона. Эта технология в России в ближайшие годы должна стать основной для массового строительства многоэтажных жилых, общественных и промышленных зданий, что приблизит расход стали в каркасно-панельных строительных системах 1.020-1/83, «Сочи», РАДИУСС НПУ, Б 1.020-1/83 и «Строймаш-Вибропресс» к показателям панельных систем. По расходу конструкционного бетона каркасные системы значительно эффективнее монолитных и панельных.

Выводы.

Выходом из кризиса сборного гражданского и промышленного многоэтажного домостроения является:

– переоснащение заводов и комбинатов на длинные стенды БФ для изготовления конструкций, армированных обычной А500СП и высокопрочной Вр-2 и К-7 напрягаемой арматурой;

– применение конструктивных систем с максимальными объемно-планировочными возможностями при минимальном количестве типоразмеров конструкций и их номенклатуры;

– широкое применение более экономичных сборно-монолитных каркасно- и крупнопанельных строительных систем, в том числе с натяжением высокопрочных канатов в построечных условиях;

– повсеместный переход на малоклинкерные вяжущие и лёгкие бетоны из местных строительных материалов и техногенных экологически безопасных промышленных отходов;

– разработка сводов правил по проектированию сборно-монолитных зданий с применением конструкций БФ с гибкой (открытой) архитектурно-планировочной системой.