Использование эффективных сечений и рациональных схем в создании архитектурных композиций
С каждым годом увеличивается количество зданий, построенных индустриальными методами из сборного, монолитного и сборно-монолитного железобетона, уменьшаются затраты труда и сокращаются сроки строительства.
Повышаются требования к архитектуре зданий гражданского и промышленного назначения. Задача создания наиболее интересных объемно-пространственных композиций, определяющих облик района, села, города, становится первостепенной.
Не менее важную роль играет вопрос снижения веса сооружений за счет уменьшения его материалоемкости. В мировой практике строительства все больше применяются объемные композиции из тонкостенных железобетонных элементов, обеспечивающих наилучшую организацию пространства, учитывающую рельеф местности, гармонично сочетающие работу различных материалов. Архитектурная практика ищет выход из однообразия застройки городов, чз традиционных прямоугольных сооружений, из элементов, работающих по простейшей схеме балок на двухшарнирных опорах.
Для уменьшения расхода материалов работы ведутся в двух направлениях. Там, где это целесообразно, выпускаются настилы, балки, фермы и другие конструкции из преднапряжениого железобетона, увеличиваются пролеты, снижается вес изделий. Преимущества пространственных конструкций подкрепляются и развитием методов производства работ, особенно при заводском изготовлении элементов в жестких металлических фермах или при использовании паропрогрева, вакуумирования, инвентарных опалубок и других методов. Но, несмотря на это, повсеместно продолжают возводиться здания из тяжелых неэффективных элементов, требующих большого расхода материала и затрат труда на их изготовление, монтаж и отделку.
Взаимосвязь между формой сечения и пространственной схемой сборных железобетонных конструкций может быть проиллюстрирована на примере построенных на Южном берегу Крыма тонкостенных грибовидных перекрытий, сборные элементы которых были изготовлены на заводе треста Ялтаетрой в Гаспре (рис. 1). Используя пространственную работу конструкции, удалось добиться минимальных сечений грибовидного шестигранника и получить легкую ажурную конструкцию, которая легко транспортируется по горным дорогам. Конструкцию монтируют из пространственных «грибов», которые собирают из треугольных секций н устанавливают на пустотелых стойках, защемленных в сборные круглые фундаменты. Чашу рассчитывали на аварийное затопление водой в случае засорения ствола или приемной водосточной воронки. На это загружение и подобраны растянутые контуры ребра шестигранника. Внецентренно- сжатые грани «гриба» работают как подкосы и балки, нагруженные трапецеидальной нагрузкой. Элемент Т-1 представляет треугольную плиту, защемленную по контуру (рис. 2). Наружные ребра имеют незначительные деформации, это позволило упростить расчетную схему (рис. 3). Диагональные грани Д рассчитывались как балки подкосной системы, загруженные трапецеидальной нагрузкой, защемленные на опоре стойки и шарнирно-опертые на противоположном конце. Перерезывающие силы на опоре воспринимаются утолщением бетонного сечения и арматурой ребер. Правильность выбранной схемы была проверена при испытании образца, разрушенного после полного загружения щебнем, увеличивающего соответственно эксплуатационные усилия. При проектировании, испытании и опытном строительстве удалось получить ажурную конструкцию с минимальными сечениями контурных ребер размерам 9X10 см, сжато-изогнутых диагональных ребер 6Х10 см и 3-сантиметровой плиты сборного треугольника. Соединение элементов Т-1 производили болтами и сваркой закладных деталей. Стойка гриба, запроектированная пустотелой с конусным сечением для уменьшения веса и отвода воды, воспринимает вертикальные и горизонтальные нагрузки от ветра и сейсмических усилий. Она рассчитана по невыгодной схеме (один шестигранник смонтирован отдельно стоящим), при этом максимальный момент в стойке не превышает 1 т-м. В тело стойки закладывались детали для присоединения к ливневой канализации и прочистки ствола. Все элементы грибовидного перекрытия изготовляются в жестких инвентарных формах. Сборка секций производится на металлодеревянном стенде — шаблоне. Сборный гриб монтируется автокраном грузоподъемностью 5—10 т со специальной траверсой для подъема шестигранника. После последовательной установки секций и монтажных наладок, устройства гидроизоляции устанавливали чугунные воронки. Аналогичные решения могут осуществляться для разнообразных композиционных схем ресторанов, магазинов, столовых, тоневых навесов и других сооружений. Применяя эффективные утеплители и увеличивая размеры «гриба», такие конструкции могут использоваться в различных районах страны, в промышленном строительстве, в том числе и для цехов, требующих хорошего освещения.
Экономичность, возможность перекрывать сразу большую площадь (до 36 м2), простота водоотвода и отделки, большое разнообразие архитектурных форм подтверждают правильность выбранной схемы покрытия.
Примером использования железобетона для получения выразительной архитектурной композиции, связанной с применением индустриального метода строительства при оптимальном расходе материалов, могут служить несколько круглых в плане зданий, основным конструктивным элементом которых служит преднапряженная конуссивая оболочка. Предложенное решение клуба-столовой «Круг» в курортном городке «Донбасс» в Массандре и столовой пионерлагеря «Прибрежный» в Артеке наиболее целесообразно для сейсмических районов (рис. 4). Залы с минимальным количеством опор позволяют разместить до 1000 человек. Перекрытие первого этажа клуба-столовой представляет собой диск из сборных трапецеидальных плит, уложенных по радиальным конусным балкам, опирающимся на колонны и кольцевую опору. Шарнирное описание ригелей со стойками наружного ряда уменьшает сейсмические силы. Центральный обеденный зал второго этажа диаметром по наружному контуру 36 м и внутреннему кольцу 6 м перекрыт сборно-монолитной предналряженной конической оболочкой толщиной 60 мм, которая опирается через сборное жесткое кольцо на наружный ряд колонн. Это кольцо выполнено, как и перекрытие первого этажа, из сборных элементов. Внутреннее кольцо конической оболочки выполнено из двух обетонированных швеллеров и подтянуто на радиальных арматурных стержнях к сжатому наружному сборно,му диску. Преднапряжение радиальных стержней производили путем равномерной подвески грузов весом 600— 800 кг/тот. м к внутреннему контуру. Благодаря этому сведены к минимуму растягивающие усилия в бетоне (отсутствие трещин после снятия опалубки и в процессе эксплуатации).
Описанные сооружения построены в сжатые сроки. Как и грибовидные перекрытия в сочетании с эффективным утеплителем, оболочки могут с успехом использоваться для общественных зданий различного назначения в различных климатических зонах. При этом для освещения по внутреннему кольцу может быть устроен фонарь.
По эффективной схеме сооружено покрытие летнего катка стадиона имени Ленина в Лужниках, легкоатлетического манежа Института физкультуры в Измайлове и галереи Морского возкала в Пицунде (рис. 5).
Сборные оболочки одного типа, выполненные для нижнего и верхнего рядов и изготовленные в жестких металлических формах, после замоноличивания стыка с металлическими поясами в -опорном сечении служат раскосами ферм с параллельными поясами. Эта конструкция создает выразительную композицию. В связи с ростом строительства и стремлением улучшить качество и снизить его стоимость рациональные схемы сооружений из железобетона служат созданию наиболее прогрессивных и экономичных архитектурно-планировочных решений отдельных зданий и комплексов.