Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Конструкции зданий и сооружений

Конструкции гражданских зданий. Основное направление технического прогресса в жилищном строительстве — расширение возведения крупнопанельных зданий. Высокая прочность и устойчивость крупнопанельных зданий обеспечили им широкое распространение не только в обычных условиях эксплуатации, но и в сейсмических районах, на вечной мерзлоте, на просадочных грунтах и на подрабатываемых территориях.

Массовое крупнопанельное строительство осуществляется ныне при возведении жилых зданий до 12 этажей включительно. В значительном объеме выполняются бескаркасные здания большой этажности. За последние годы такие здания успешно возведены высотой в 20 и более этажей, что значительно опережает практику крупнопанельного домостроения за рубежом.

По сравнению со строительством зданий из кирпича крупнопанельное домостроение позволяет уменьшить затраты труда на строительной площадке на 35...50%, сократить сроки возведения на 40% и стоимость — на 5...7%.

Дальнейшее совершенствование крупнопанельного домостроения будет прежде всего предусматривать снижение материалоемкости и сокращение трудозатрат при возведении зданий. Задача решается путем рационализации конструктивных решений, расширения применения бетонов и арматуры повышенной прочности, предварительного напряжения, снижения объемной массы легких бетонов и т. д.

Для панелей поперечных несущих стен будут шире применяться конструкционные бетоны на легких заполнителях плотностью 1700... 1400 кг/м3, прочностью до 40,0 МПа. Наиболее перспективным направлением облегчения наружных стен и улучшения их теплотехнических свойств является применение многослойных панелей с эффективным утеплителем (полисти- рольный пенопласт и другие материалы).

Повышение заводской готовности конструкций будет осуществляться за счет укрупнения элементов и отделки лицевых поверхностей. Расширится применение панелей на две комнаты, а также объемных блоков-комнат, санитарных кабин, блоков лестничных клеток и лифтовых шахт, повысится качество поверхностей панелей; возрастут требования к внешнему виду наружной фактуры, ее прочности и долговечности, чистоте внутренних плоскостей, исключающей доделки на строительстве.

Особое внимание в развитии крупнопанельного домостроения будет обращено на совершенствование стыковых соединений. Исследования показали возможность применения вместо сварных деталей штампованных закладных деталей из тонкого стального листа, что резко снижает трудоемкость их изготовления и расход металла. Необходимо повышать качество заделки швов между панелями, плотность их заполнения и герметичность. Должно получить развитие производство специальных прокладок, обеспечивающих герметизацию швов Для кровельных конструкций и балконов должны получить применение полимербетонные и бетонополимерные (с пропиткой мономерами) конструкции, которые в практике зарубежного строительства имеют значительное распространение. Их использование позволит выполнять безрулонные кровли.

Здания каркасного типа имеют в жилищном строительстве относительно небольшое распространение. С развитием в СССР производства трехслойных навесных стеновых панелей с легкими утеплителями и железобетонных элементов каркаса (из высокопрочного бетона, с высокопрочной арматурой) эффективность каркасных зданий резко повысится и они станут конкурентноспо:обными с бескаркасными панельными домами.

Дальнейшее развитие строительства общественных зданий будет осуществляться с резким увеличением доли индустриальных полносборных конструкций.

Типовые каркасные конструкции многоэтажных зданий серии ИИ-04 являются универсальными, позволяющими возводить из них общественные здания любого назначения и даже (более 50% из общего количества) многоэтажные промышленные здания.

Однако в дальнейшем доля крупнопанельных бескаркасных зданий будет возрастать. Этому способствует возможность использования типовых конструкций крупнопанельных жилых зданий для некоторых видов зданий общественного значения. Получают распространение здания смешанного типа: крупнопанельные с включением каркасных участков.

С учетом того, что крупнопанельные здания могут иметь экономические преимущества по расходу стали и трудозатратам, намечено разработать специальные типовые крупнопанельные конструкции, приемлемые для нескольких видов общественных зданий, сходных по требованиям к планировке помещений. С учетом большого объема строительства многоэтажных каркасных зданий важной задачей ближайших лет становится совершенствование их конструкций, направленное на снижение веса и материалоемкости, а также трудозатрат и стоимости возведения.

Будет расширяться производство преднапряженных многопустотных плит перекрытий с уменьшенным поперечным армированием, в том числе плит, изготовляемых методом безопалубочного формования. Для наружных стен общественных зданий должно развиваться производство легких навесных трехслойных панелей с прочными офактуренными слоями и внутренним слоем из весьма легких пористых материалов с плотностью 15...25 кг/м3.

Для конструкций нижних этажей высотных зданий находит применение монолитный железобетонный каркас, так как большие усилия и индивидуальность планировочных решений часто не позволяют здесь применить типовые сборные железобетонные элементы. Выполнение этих конструкций в монолитном железобетоне существенно удлиняет сроки строительства зданий. С целью рационализации тяжелых конструкций каркаса нижних этажей высотных зданий будут разработаны решения, способствующие индустриализации их возведения. При этом будут предусмотрены как монолитные конструкции с применением жесткой арматуры и инвентарной опалубки, так и сборные с высокопрочной арматурой при большом проценте армирования и высокопрочным бетоном.

Особый интерес представляет применение монолитных ядер жесткости для каркасных зданий большой этажности, выполняемых в подвижной опалубке. Воспринимая горизонтальные нагрузки и обеспечивая устойчивость здания, ядра жесткости исключают устройство вертикальных диафрагм, устанавливаемых в каркасных конструкциях связевой системы и требующих большего расхода стали и трудозатрат. При наличии ядер жесткости создаются благоприятные (по эксплуатационным и экономическим соображениям) условия для размещения в них лифтов, лестниц и различных вертикальных коммуникаций.
Дальнейшее развитие в строительстве гражданских многоэтажных зданий должен получить метод подъема перекрытий или этажей. Конструкция выполняется в виде плоских железобетонных безбалочных плит и колонн. Плиты размером по площади на все здание или на его секцию бетонируются пакетом на месте подъема. На предварительно установленных колоннах закрепляются домкраты, с помощью которых производится подъем плит перекрытий. Соединение перекрытий с колоннами осуществляется с помощью сварки стальных закладных деталей и соответствующего армирования плит в опорных зонах. Наибольшее распространение этот метод возведения многоэтажных зданий получил в Армянской ССР, где с подъемом этажей построено несколько жилых домов высотой до 12 этажей. Эффективным в строительстве этих зданий явилось применение монолитных ядер жесткости с передачей на них горизонтальных сейсмических нагрузок перекрытиями через демпферное устройство.

Существенным преимуществом конструкций, осуществляемых с подъемом этажей, является наличие в них плоских потолочных поверхностей без выступающих ребер по всей площади здания, простота устройства отверстий в перекрытиях и выполнения сложных контуров плана.

В дальнейшем с целью облегчения плит поднимаемых перекрытий и снижения расхода стали предполагается использовать для их изготовления легкие бетоны и высокопрочную арматуру, натягиваемую на бетон.

В крупных зарубежных городах получило развитие строительство подземных помещений различного назначения, например гаражи бытового обслуживания, зрелищные предприятия, что повышает эффективность непользования застраиваемых площадей. В практике отечественного строительства этот резерв повышения эффективности площади застройки значительно возрастет. В ближайшие годы должны быть разработаны типовые железобетонные конструкции для такого строительства.

Конструкции промышленных зданий. Сборные железобетонные конструкции являются основными при строительстве одноэтажных производственных зданий с пролетами до 24 м включительно, а также большинства многоэтажных промышленных зданий с сетками колонн 6 X 8 и 9 X 6 м, при высоте этажей 3,6...7,2 м и временных нагрузках 10...30 кН/м2. Расширяется применение таких новых типов зданий, как двухэтажные промышленные здания с сетками колонн в верхнем этаже 18 X 6 и 18 X 12, 24 X X 6 и 24 х 12 м, а в нижнем 6 X 6м при временной нагрузке на междуэтажные перекрытия до 50 кН/м2.

Будет расширяться использование конструкционных бетонов на пористых заполнителях для несущих конструкций в районах, не имеющих твердых пород. Будет также развиваться производство и применение высокоэффективных утеплителей для ограждающих конструкций зданий. Использование в покрытиях зданий комплексных плит из конструкционного легкого бетона и эффективных плитных утеплителей без выравнивающей стяжки позволяет на 40...50% уменьшить вес ограждающей конструкции, соответственно снизить материалоемкость и трудоемкость возведения покрытия. Будут внедряться в производство трехслойные стеновые панели с наружными слоями из железобетона и внутренним слоем из высокоэффективного утеплителя, во многих случаях являющиеся более экономичными, чем однослойные легкобетонные панели.

Получат развитие железобетонные конструкции с внешним армированием и сталежелезобетонные конструкции, которые могут со значительной эффективностью применяться в гражданских и промышленных зданиях. Развитию использования принципа внешнего армирования способствует ряд его преимуществ: возможность применения внешней арматуры в качестве опалубки при монолитном способе возведения сооружений; возможность совмещении функций рабочей арматуры железобетонных конструкций с защитным ограждением от газа и воды, проникающей радиации, механических воздействий и т. д.; возможность монтажа посредством сварки стыков элементов без дополнительных закладных деталей и выступающих частей; возможность крепления различных коммуникаций и сооружения, а также их замены в период эксплуатации.

Замена опалубки гофрированным стальным оцинкованным листом и использование его в качестве арматуры повышает уровень индустриализации и сокращает сроки устройства монолитных перекрытий. Новые конструктивные решения каркасов одноэтажных зданий с диафрагмами («ядрами») жесткости позволяют снизить на 18...25% материалоемкость колонн каркаса и фундаментов под них для многопролетных зданий. Будут совершенствоваться здания с облегченными железобетонными каркасами из преднапряженных элементов с учетом пространственной работы несущих конструкций, выполняемых из высокопрочного бетона и легкими ограждениями из штампованных стальных листов и сверхлегких синтетических утеплителей.

Конструкции сельскохозяйственных производственных зданий. Намечается широкое применение в ограждающих конструкциях сельскохозяйственных производственных зданий из легких бетонов, использование предварительного напряжения арматуры в стропильных фермах, балках и плитах покрытия. В неотапливаемых зданиях складского назначения (зернохранилища, склады минеральных удобрений и др.) осваиваются армоцементные и железобетонные сводчатые конструкции.

За последние годы наряду со стоечно-балочной схемой поперечников зданий, предусматривающей наличие внутренних колонн, успешно внедряется в практику рамная схема (с двумя полурамами), пролетом 18, 21 и 24 м. Вместо шага колонн (рам) 3 м применяется шаг 6 м. Разработаны укрупненные плиты покрытий размерами 3 X 6 м.

Для покрытий зданий намечено применять сталежелезобетонные фермы пролетом 18...21 м, при использовании которых по сравнению с металлическими фермами снижается расход стали на 25%, а по сравнению с железобетонными фермами снижается на 40% расход бетона, уменьшается вес, упрощается транспортировка.

Наряду со стеновыми панелями ленточной разрезки, имеющей большое число типоразмеров, разработаны панели повышенной заводской готовности со встроенными оконными блоками длиной 6 м и высотой 2,4; 2,7 и 3 м. Применение этих панелей снижает в два раза трудоемкость монтажа. Одновременно с укрупнением конструкций «коробки» здания стали укрупняться и сборные железобетонные изделия технологического назначения (лотки, решетки и т. п.).

Экономичность железобетонных ограждающих конструкций намечено обеспечивать за счет более широкого использования легких бетонов с небольшой плотностью (керамзит, аглопорит, арболит и т. п.).

Конструкции и элементы инженерных сооружений. Сборный железобетон широко применяется и будет применяться в дальнейшем в стенах и покрытиях подземных сооружений (тоннелях, каналах, резервуарах, подвалах и др.), почти во всех наземных сооружениях (этажерках, опорах и эстакадах трубопроводов, колоннах подкрановых и разгрузочных эстакад, транспортерных галлереях, силосах для зерновых и промышленных сыпучих, вентиляторных градирнях и многих других), а также в специальных изделиях (напорных и безнапорных трубах, шпалах, опорах линий электропередачи, осветительных сетей и др.).

В дальнейшем, в соответствии с тенденцией укрупнения технологических агрегатов удаменных и сталеплавильных печей, прокатных станов, химических агрегатов, будут укрупняться и другие инженерные сооружения. Разрабатываются проекты сборных железобетонных резервуаров для нефти вместимостью 120 тыс. м3, диаметром 96 м и высотой 18 м.

Применяемые материалы и конструкции в основном сохранят свое назначение. Однако будут внедряться новые более эффективные материалы и конструкции. Так, для несущих сборных конструкций получат применение высокопрочные тяжелые и легкие конструктивные бетоны и высокопрочные стали, с переходом на более тонкостенные сечения — трубчатые, в том числе центрифугированные, двутавровые и др.

Зайцев Ю. В., Строительные конструкции заводского изготовления: Учеб. для вузов по спец. «Пр-во строит. изделий и конструкций». — М., 1987

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики