Опыт строительства с применением железобетонного каркаса
С развитием новых технологий в строительстве стало возможным возведение объектов по различным конструктивным схемам. Среди них особое место занимают каркасные несущие системы, позволяющие значительно повысить потребительские качества зданий.
Каркас снимает многие ограничения, позволяя архитектору создавать разнообразные объемно-планировочные решения и удовлетворять любое желание потребителя. Поэтому первые каркасные жилые здания превосходили по многим параметрам дома в стеновых системах и сразу попали в разряд элитных.
Каркасные несущие системы могут реализовываться в трех вариантах: со сборным, монолитным или сборно-монолитным каркасом, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Активно применяется для массового строительства сборный железобетонный связевый каркас межвидового применения по серии 1.020. Изначально он предназначался только для возведения зданий промышленного, административного, социального и культурного назначения и существовал запрет на его применение при строительстве жилья.
Преимуществами сборного железобетонного каркаса являются:
- высокий уровень индустриального изготовления конструктивных элементов каркаса;
- полное заводское изготовление всех несущих конструкций каркаса (колонн, плит, ригелей), что обеспечивает их высокое качество и надежность;
- высокая скорость возведения зданий и гарантированная прочность конструкции сразу после монтажа и заделки стыков;
- меньшая материалоемкость по сравнению с монолитным каркасом;
- при отрицательных температурах использование железобетонного каркаса не требует прогрева рабочей зоны.
С целью практического использования этих преимуществ была поставлена задача проектирования и строительства жилых домов в сборном железобетонном каркасе. Применяя существующую номенклатуру железобетонных изделий связевого каркаса 1.020, удалось добиться архитектурной выразительности при гибкой внутренней планировке.
Основной конструктивной особенностью каркаса серии 1.020, отражающейся как на характере действительной работы несущих конструкций здания, так и на выборе расчетных моделей, является малая несущая способность и жесткость узлов каркаса. Рамы практически не оказывают сопротивления горизонтальным перемещениям, поэтому его пространственная неизменяемость обеспечивается системой вертикальных элементов – диафрагмами жесткости.
При расчете каркаса используется расчетная схема с жесткими связями сдвига, а податливость соединений учитывается с помощью коэффициентов условий работы, принятых по серии 1.020–1/83.0–4.
Комплексным критерием, который оценивает правильность расстановки диафрагм жесткости и учитывает обеспеченность конструкций здания по второй группе предельных состояний, является перемещение вершины здания. Горизонтальные перемещения, испытывая временные нормативные нагрузки, происходящие от изгиба конструкции и деформации основания, не должны превышать одной тысячной высоты здания каждое.
Серьезной задачей, которую необходимо было решить при проектировании многоэтажных жилых домов, являлась недостаточная несущая способность типовых колонн сечением 40х40 см. Колонны каркаса 1.020 рассчитаны на нагрузки до 500 т при максимальном усилии в стыке колонн 350 т, что обеспечивает восприятие усилий не более чем от 10 этажей.
Для 17–18‑этажных жилых домов и при шаге колонн 6 м нагрузка в уровне обреза фундамента достигает 900–1000 т. При этом изменение сечения колонны нежелательно в целях использования существующей опалубки конструкции и сохранения номенклатуры примыкающих элементов.
Увеличение несущей способности колонн под тяжелые нагрузки многоэтажных жилых домов при сохранении поперечного сечения 40х40 см было достигнуто за счет увеличения класса бетона и процента армирования и введения косвенного армирования, максимальный процент которого – 12%.
Так же был разработан индивидуальный стыковой узел, рассчитанный на большие нагрузки. В стыках колонн применены стальные торцевые листы, к которым привариваются продольные стержни арматуры.
Для создания жесткого диска перекрытия предусматривается установка в одном направлении приваренных ригелей, в другом – связевых или пристенных плит перекрытия по всем рядам колонн.
Особенностью данного каркаса является жестко фиксированная сетка колонн и наличие внутри помещений выступающих полок ригелей, на которые опираются перекрытия. Это обязательно необходимо учитывать архитекторам при разработке планировочных решений.
Развитие каркасных технологий в строительстве зданий неразрывно связано с прогрессом в развитии систем наружного стенового ограждения.
В Республике Беларусь доминирующее положение среди стеновых строительных материалов занял ячеистый бетон автоклавного твердения, обеспечивая высокое качество, отличную тепло- и шумозащиту.
Система наружного стенового ограждения каркасных зданий решается с применением однослойной кладки из ячеистобетонных блоков, которыми заполняется пространство между перекрытиями и колоннами или поперечными железобетонными стенами. Данное решение позволяет обеспечить необходимую пластичность и разнообразие фасадов – организацию западов, сдвигов, поворотов, перепадов по высоте.
Наружные стены поэтажно опираются на плиты перекрытия или ригели каркаса. Этажность здания с такими стенами не ограничена. При расчете железобетонного каркаса кладка наружных стен принимается с нулевой жесткостью и рассматривается только как инерционная масса.
Наружные стены, выполненные из мелких блоков, по типу кладки могут быть однослойными – толщиной в один или два блока, или многослойными (с облицовкой). Нельзя допускать, чтобы элементы каркаса, в том числе и плиты перекрытий, опирались на ячеистобетонную кладку.
Выбор толщины стен определяется их теплоизоляционными характеристиками. В качестве ограждающих конструкций жилых домов приняты навесные стены из ячеистобетонных блоков с кладкой на клею толщиной 500 мм класса по прочности В2.5, объемным весом Y=500 кг/м3, марки по морозостойкости не менее F25. Все наружные стены опираются на железобетонные ригели.
Ячеистобетонные блоки применяются и для возведения внутренних стен и перегородок между квартирами, комнатами, между квартирами и лестничными клетками, коридорами, вестибюлями. Перегородки в каркасных зданиях проектируются поэтажно самонесущими, с опиранием на междуэтажные перекрытия. Выбор толщины стен и перегородок определяется их звукоизоляционными характеристиками, которые зависят от марки по плотности блоков и видов кладки на клею или на растворе. Для улучшения звукоизоляции стен кладку блоков рекомендуется выполнять на тяжелом растворе и использовать блоки, имеющие большую марку по плотности.
Нормируемыми параметрами звукоизоляции внутренних ограждающих конструкций (стен, межкомнатных и межквартирных перегородок) жилых зданий является индекс изоляции воздушного шума Rw, дБ. Нормативные значения индексов изоляции воздушного шума внутренними ограждающими конструкциями Rw приведены в таблице 9.2 ТКП 45–2.04–154–2009 «Защита от шума».
Перегородки устанавливаются на перекрытия по выравнивающему слою раствора. По окончании кладки под вышележащим перекрытием оставляется зазор 20–25 мм, который заполняется минеральной ватой или строительной пеной, в зависимости от требуемого предела огнестойкости.
Соединение перегородок с наружной стеной производится с помощью соединительных элементов, устанавливаемых в трех-четырех местах на этаж по мере кладки стены, или пристреливаются к железобетонным элементам.
Перемычки над дверными проемами предусматриваются самонесущими, рассчитанными на вес нескольких рядов кладки до перекрытия. Перемычки могут быть ячеисто- или железобетонные. Глубина опирания перемычек на стены и перегородки составляет не менее 200 мм.
При устройстве перегородок между квартирами, а также между помещениями квартиры и лестничными клетками, коридорами, вестибюлями необходимо обеспечить их звукоизоляционные характеристики до нормативных значений, равных Rw ≥ 50 дБ.
Для получения таких показателей рекомендуется применять трехслойные конструкции стен толщиной 280 мм, состоящие из двух наружных слоев толщиной 120 мм, выполненных из ячеистобетонных блоков Y = 600 кг/м3 (кладка на растворе), и внутреннего промежутка толщиной 40 мм, заполненного минплитой плотностью 80–100 кг/м3. Такая конструкция стен имеет индекс изоляции воздушного шума Rw = 52 дБ при толщине известково‑цементной штукатурки 2х15 мм.
Межкомнатные перегородки без дверей должны обеспечивать звукоизоляционные характеристики Rw ≥ 43 дБ. Рекомендуется применять перегородку толщиной 120 мм, выполненную из ячеистобетонных блоков Y = 600 кг/м3 (кладка на растворе), при толщине известково‑цементной штукатурки 2х15 мм.
Для обеспечения нормируемого параметра индекса изоляции воздушного шума, толщина ячеистобетонной перегородки должна быть не мене 300 мм, что не всегда бывает приемлемо. Чаще применяют кирпичную перегородку б = 120 мм.
Блоки из ячеистого бетона предназначены для кладки наружных и внутренних стен зданий с относительной влажностью воздуха помещений не более 75% при неагрессивной среде. Применение блоков из ячеистых бетонов для кладки стен с мокрым режимом помещений, а также в местах, где возможно усиленное увлажнение бетона или наличие агрессивных сред, без специальной защиты не допускается. Поэтому в ванных комнатах на внутреннюю поверхность стен и перегородок необходимо нанести парогидроизоляционное покрытие. Кроме этого, ячеистые бетоны относятся к несгораемым строительным материалам.
По проектам института Минскгражданпроект в данной конструктивной схеме построено и успешно эксплуатируется три многоэтажных жилых дома высотой 16–19 этажей, расположенных по пр-ту Победителей, в пер. Калининградском, по ул. Полевой. В настоящее время проектируется еще два многоэтажных жилых дома со сборным железобетонным каркасом по серии 1.020.
Опыт строительства каркасных зданий с поэтажно опертыми стенами показывает, что строители не всегда выполняют указание проекта о необходимости наличия деформационных швов при устройстве наружной штукатурки. Часто можно наблюдать заштукатуренные швы, впоследствии растрескавшиеся, что снижает герметичность и долговечность стеновых конструкций.
Низкое качество сухих смесей для наружной отделки также приводит к образованию дефектов в защитно-декоративных покрытиях наружных стен.
При отпускной влажности блоков с завода более 35% приступать к отделочным работам необходимо только после естественной сушки изделия и достижения ячеистым бетоном влажности менее 25%. При нарушении этого требования после сдачи дома в первый год эксплуатации поступают многочисленные жалобы на повышенную влажность в жилых помещениях, грибок и отслоившуюся штукатурку.
Часто при строительстве не выполняются указания проекта о необходимости вести кладку перегородок на растворе, а не на клею, применяются ячеистобетонные блоки более низкой плотности, уменьшается проектная толщина штукатурки. Все это значительно уменьшает шумозащитные характеристики перегородок.
Широкий ассортимент и высокое качество изделий из автоклавного ячеистого бетона позволяют быстро и эффективно возводить стены многоэтажных зданий, заметно упрощают процесс проектирования и строительства, повышают потребительские качества готовых жилых зданий.
С. А. Силенков, главный конструктор ОАО «Институт Минскгражданпроект»,
А. И. Дыдышко, главный архитектор проекта