Строительные системы зданий и их применение.

Строительная система – комплексная характеристика конструктивного решения зданий по материалу и технологии возведения основных несущих конструкций. Схема классификации строительных систем дана на рис. 3.8.

По материалу конструкций:

- камень;

- бетон;

- дерево и пластмассы;

- металл.

Таблица 3.1.

Области применения конструктивных систем и схем

Строительные системы зданий с несущими стенами из кирпича и мелких блоков из керамики, легкого бетона или естественного камня бывают традиционные и полносборные.

Тради­ционная система основана на возведении стен в технике ручной кладки, полносборная — на механизированном монтаже стен из крупных блоков или панелей, выполненных в заводских условиях из кирпича, каменных или керамиче­ских блоков. При этом крупноблочная система почти повсеместно уступает место панельной.

Рис. 3.8. Схема классификации строительных систем.

Традиционная система обладает существен­ными архитектурными преимуществами. Бла­годаря малым размерам основного конструк­тивного элемента стены (кирпича, камня) эта система позволяет проектировать здания лю­бой формы с различными высотами этажей и разнообразными по размерам и форме прое­мами. Применение традиционной системы осо­бенно целесообразно для зданий, доминирую­щих в застройке. Конструкции зданий со сте­нами ручной кладки надежны в эксплуатации: они огнестойки, долговечны и теплоустойчивы.

Наряду с архитектурными и эксплуатаци­онными преимуществами ручная кладка стен является причиной основных технических и экономических недостатков каменных зданий: трудоемкости возведения, и нестабильности прочностных характеристик кладки, подвер­женных влиянию сезона возведения и квали­фикации каменщика.

Повышению экономичности и индустриаль­ности конструкций зданий с каменными стена­ми способствуют применение камня или кир­пича высоких марок, замена ручной кладки монтажом кирпичных (камен­ных) панелей заводского изготовления.

Панели несущих стен изготовляют высотой в этаж и длиной в один-два конструктивно-планировочных шага (одно-, двухмодульные панели). Объединения отдельных камней, мелких блоков естественного камня, керами­ческих блоков или кирпича в панель достигают их предварительной укладкой на цементном растворе в стальные формы с вибрированием (виброкирпичные и виброкаменные панели) либо без вибрирования, но со специальными синтетическими добавками в раствор, повыша­ющими сопротивление кладки растяжению (кирпичные и каменные панели).

Полносборные здания с несущими конст­рукциями из бетонных и железобетонных эле­ментоввозводят на основе крупноблочной, па­нельной, каркасно-панельной и объемно-блоч­ной строительных систем.

Крупноблочная строительная системапри­меняется для возведения жилых зданий высо­той до 22 этажей. Масса сборных элементов составляет 3-5 т. Установку крупных блоков осуществляют по основному принципу возве­дения каменных стен — горизонтальными ря­дами, на растворе, с взаимной перевязкой швов.

Преимуществами крупноблочной строи­тельной системы являются: простота техники возведения, обусловленная самоустойчивостыо блоков при монтаже, возможность широкого применения системы в условиях различной сырьевой базы, гибкость номенклатуры бло­ков, позволяющая при ограниченном числе типоразмеров изделий возводить различные типы жилых домов и массовых общественных зданий; ограниченные по сравнению с панель­ным и объемно-блочным домостроением капи­таловложения в производственную базу из-за простоты и меньшей металлоемкости формо­вочного оборудования; ограниченная масса сборных изделий, позволяющая использовать распространенное монтажное оборудование и применять крупноблочные конструкции в го­родском и сельском строительстве.

Создание крупноблочной строительной си­стемы — первый этап массовой индустриали­зации конструкций зданий с бетонными стена­ми. Крупноблочная система по сравнению с традиционной каменной дала снижение затрат труда на 10 % и сроков строительства на 15—20 %. По мере внедрения более индустри­альной панельной системы постепенно умень­шается объем применения крупноблочной..

Панельная строительная система применя­ется при проектировании зданий высотой до 30 этажей в обычных грунтовых условиях и до 14 этажей в сейсмических районах.

Стены таких зданий монтируют из бетон­ных панелей высотой в этаж, массой до 10 т и длиной в 1—3 конструктивно-планировочных шага. Конструкции панелей несамоустойчивы: при возведении их устойчивость обеспечивают монтажные приспособления, а в эксплуата­ции — специальные конструкции стыков и свя­зей. Панели несущих стен устанавливают на цементном растворе, без взаимной перевяз­ки швов.

Внедрение панельной системы в жилищное строительство было начато в конце 1940-х го­дов одновременно в СССР и во Франции.

По сравнению с традиционной систе­мой с каменными стенами она позволяет сни­зить стоимость строительства на 6-7 %, мас­су конструкций на 30-40 % и затраты труда на 40%.

Техническим преимуществом панельных конструкций является их значительно боль­шая по сравнению с традиционными прочность и жесткость. Это определило широкое приме­нение панельных конструкций для зданий по­вышенной этажности в сложных грунтовых ус­ловиях (на просадочных и вечномерзлых грунтах, над горными выработками).

Панельные конструкции сейсмостойки.

Панельные конструкции применяют пре­имущественно для возведения жилых зданий различного типа, гостиниц, пансионатов, спальных корпусов домов отдыха и санатори­ев, а также для ряда массовых общественных зданий (детские ясли-сады, школы и др.).

Каркасно-панелъная строительная система с несущим сборным железобетонным каркасом и наружными стенами из бетонных или небе-тонных панелей применяется в строительстве зданий высотой до 30 этажей. Внедрена наряду с панельной в конце 1940-х го­дов. Применяется в строительстве общественных зданий. В жилищном строительстве систему применя­ют в ограниченном объеме, поскольку она уступает панельной по технико-экономическим показателям.

Объемно-блочные здания возводят из крупных объемно-пространственных железо­бетонных элементов массой до 25 т, заклю­чающих в себе жилую комнату или другой фрагмент здания. Объемные блоки, как пра­вило, устанавливают друг на друга без пере­вязки швов.

Из-за сложности технологического оборудования капиталовложения при созда­нии заводов объемно-блочного домостроения больше по сравнению с заводами па­нельного домостроения.

Монолитная и сборно-монолитная строительные системы применяются преимущественно для возведения зданий повышенной этажности. К системе монолитного домостроения относят здания, все несущие конструкции ко­торых выполняют из монолитного бетона, к сборно-монолитной — здания, в которых не­сущие конструкции выполняют частично сбор­ными, частично монолитными. Монолитные здания, как правило, проектируют бескаркас­ными, сборно-монолитные — каркасными или бескаркасными.

Качественно новый этап в монолитном до­мостроении начался с середины 1960-х годов и был связан с индустриализацией методов воз­ведения: созданием новых опалубочных кон­струкций и способов транспортирования бе­тонной смеси.

На архитектурно-планировочное и конст­руктивное решение монолитных и сборно-монолитных зданий оказывает существенное влияние применяемый метод бетонирования несущих конструкций. В отечественном моно­литном домостроении наибольшее распростра­нение получили при возведении бескаркасных зданий методы бетонирования в скользящей, объемно-переставной и крупноразмерной щи­товой опалубке, при возведении каркасных — методы подъема перекрытий (МПП) и подъема этажей (МПЭ).

Метод скользящей опалубки предусматри­вает непрерывное бетонирование несущих стен в системе синхронно перемещаемых по верти­кали опалубочных щитов, установленных по контуру всех несущих стен здания или секции-захватки,

Метод объемно-переставной опалубки осно­ван на цикличном (поэтажном) бетонировании стен и перекрытий с последующим перемеще­нием элементов Г- или П-образной (объемной) опалубки, объединяющей вертикальные и го­ризонтальные щиты опалубки на отметку верхнего этажа.

Метод крупноразмерной щитовой (крупно­щитовой) опалубки заключается в цикличном (поэтажном) бетонировании несущих стен в поэтажно устанавливаемых крупных (разме­ром на конструктивно-планировочную ячейку) плоских опалубочных щитах.

Метод подъема перекрытий сводится к бе­тонированию плит междуэтажных перекрытий и покрытия размером на всю площадь здания на нулевой отметке в инвентарной бортовой опалубке с последующим перемещением этих плит по вертикальным несущим конструкциям (колоннам и объемно-пространственным бе­тонным шахтам — стволам жесткости) и креплением к этим конструкциям на проект­ных этажных отметках.

Различие между методами подъема пере­крытий и подъема этажей сводится к месту монтажа вертикальных ограждающих конструкций. При МПП их устанавливают после за­крепления перекрытий на проектных отметках. При МПЭ ограждающие конструкции каждого этажа (преимущественно полносборные) мон­тируют на нулевой отметке и перемещают на проектную отметку вместе с плитой между­этажного перекрытия.

Наиболее распространенной из числа сбор­но-монолитных становится система с верти­кальными монолитными элементами жестко­сти, возводимыми в скользящей опалубке, в сочетании со сборными панельными или каркасно-панельными конструкциями. Эта комби­нированная строительная система позволяет повысить прочность несущих конструкций, а, следовательно, и этажность зданий по

срав­нению с этажностью полносборного здания из тех же конструктивных элементов.

Монолитные и сборно-монолитные здания по жесткости одинаковы, а иногда и превосхо­дят панельные. Поэтому их применение осо­бенно целесообразно в сложных грунтовых ус­ловиях и в условиях сейсмики.

Монолитные и сборно-монолитные конст­рукции применяют для зданий до 25 этажей в обычных условиях строительства и до 20 эта­жей при строительстве в районах с расчетной сейсмичностью 7—8 баллов.

Характерные планы зданий различных строительных систем представлены на рис.3.9.

Строительные системы зданий с несущими конструкциями из дерева и пластмассприме­няют для возведения жилых и общественных зданий высотой в 1—2 этажа. Несущая спо­собность деревянных конструкций, как пока­зывают расчеты, испытания и опыт отечественного строительства многоярусных высотных культовых и крепостных сооружений, позволя­ет возводить здания большей высоты. Однако современное строительное законодательство не допускает применения вертикальных дере­вянных несущих конструкций для зданий средней и повышенной этажности, так как они не отвечают требованиям долговечности и ог­нестойкости. По мере разработки и массового внедрения технологических и дешевых способов повышения био- и

огнестойкости древесины предельная этажность зданий с деревянными несущими конструкциями будет повышаться. В настоящее время в зданиях выше двух эта­жей допустимо только выборочное применение деревянных элементов. Например, для внутри-квартирных перекрытий и лестниц в зданиях с квартирами, помещения которых размещены в двух уровнях, или для каркаса панелей на­ружных ненесущих стен с обшивками из лис­товых материалов.

Существует несколько строительных сис­тем зданий с несущими стенами или каркасом из дерева. Традиционная — с несущими рубле­ными стенами из уложенных по периметру стен горизонтальных рядов («венцов») бревен. Ряд индустриальных систем: брусчатая — с несу­щими стенами из брусьев квадратного или прямоугольного сечения, каркасная

- с запол­нением пространства между стойками утепли­телем и обшивками па постройке (каркасно-обшивная) или щитами заводского производства (каркасно-щитовая), бескаркасные — щитовая и панельная.

Традиционная система имеет ограниченное применение. Ее используют только в богатых лесом районах. Брусчатая, каркасно-обшивная, каркасно-щитовая, щитовая и панельная системы представляют собой последователь­ные этапы индустриализации массового дере­вянного домостроения.

Рис. 3.9. Планы зданий различных систем:

а – панельные здания, скомпонованные из различных блок-секций;

б – то же, с блокированными вставками; в, г – компоновка ризолитов в

поперечно- и продольно-стеновых зданиях; д, г – примеры компоновки

планов объемно-блочных зданий; ж, и – вариантное расположение открытых

помещений в каркасных зданиях; к – то же, монолитного здания, возводимого

в скользящей опалубке; л – то же, возводимого методом подъема перекрытий.

На современном этапе развития строительной техники они уступили место экономически эффективным и индустриальным панельным клеефанерным конструк­циям. Панели высотой в этаж и длиной от 2,4 до 6 м имеют деревянный каркас, обшивки из водостойкой фанеры (снаружи), древесно­стружечных плит (изнутри) и эффективный утеплитель.

Затраты пиломатериалов на строительство панельных зданий в 2,6 раза ниже, чем из брусчатые дома. Сроки возведения одноэтаж­ного одноквартирного панельного дома состав­ляют всего 2,5—2 рабочих смены. Эксплуата­ционные качества наружных ограждений панельных зданий значительно выше, чем каркасно-обшивных или щитовых, благодаря ма­лой протяженности стыков сборных элементов и практической воздухонепроницаемости об­шивок.

Применение панельного деревянного домо­строения в малоэтажной сельской застройке технически целесообразно и экономично так­же по сравнению с индустриальными строи­тельными системами, использующими капи­тальные конструкции из несгораемых мате­риалов.