CC BY
28Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 69.056.52
DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-3-3-10
С.В. НИКОЛАЕВ, д-р техн. наук, научный руководитель ([email protected])
АО «ЦНИИЭП жилища — Институт комплексного проектирования жилых и общественных зданий» (АО «ЦНИИЭП жилища»)
(127434, г. Москва, Дмитровское ш., 9, стр. 3)
Инновационная замена КПД на панельно-монолитное домостроение (ПМД)
Обеспеченность жильем остается одной из важных социальных проблем для населения страны. Индустриальная база крупнопанельного домостроения уже более шестидесяти лет остается локомотивом решения этой проблемы. Модернизация и строительство новых домостроительных предприятий и заводов ЖБИ, произошедшая в начале 2000-х гг., позволяет на основе гибкой технологии производства обозначить новые задачи КПД - вариативность планировочных решений панельных домов; увеличение надежности и живучести строящихся зданий; снижение стоимости жилья. В статье на основе анализа существующих систем строительства многоквартирных жилых домов крупнопанельного, монолитного и каркасного предложен новый тип дома - па-нельно-монолитный дом, который, по мнению автора статьи, должен стать основой модернизации жилищного фонда страны и участвовать в реализации стратегии по достижению объема строительства жилья в Российской Федерации 120 млн м2 к 2024 г.
Ключевые слова: живучесть зданий, панельно-монолитный дом, плита с межпустотными усилителями, петлевые соединения, сборно-монолитные соединения, крупнопанельное домостроение.
Для цитирования: Николаев С.В. Инновационная замена КПД на панельно-монолитное домостроение (ПМД) // Жилищное строительство. 2019. № 3. С. 3-10. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-3-3-10
S.V. NIKOLAEV, Doctor of Sciences (Engineering), Head of Research ([email protected]) JSC "TSNIIEP zhilishcha" — Institute for Complex Design of Residential and Public Buildings
Innovative Replacement of Large-Panel Housing Construction by Panel-Monolithic Housing Construction (PMHC)
The provision of housing remains an important social problem for the country population.The industrial base of large-panel housing construction for more than sixty years of existence remains the locomotive of the solution of this problem. Modernization and construction of new house-building enterprises and factories of reinforced concrete products, which occurred in early 2000s, makes it possible on the basis of flexible production technology to identify new tasks of large-panel housing construction - flexibility of planning solutions of panel houses, increasing the reliability and survivability of buildings under construction, reducing the cost of housing. On the basis of the analysis of existing systems of construction of large-panel, monolithic, and frame multi-apartment houses the article proposes a new type of the house - a panel-monolithic example of the house which according to the author should become the basis for modernization of the country housing stock and participate in the implementation of the strategy aimed at achieving the volume of housing construction in the Russian Federation equal to 120 million m2 by 2024.
Keywords: survivability of buildings, panel-monolithic house, plate with interstitial strengtheners, loop joint, prefabricated-monolithic joints, large-panel housing construction.
For citation: S.V. Nikolaev. Innovative Replacement of Large-Panel Housing Construction by Panel-Monolithic Housing Construction (PMHC). Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2019. No. 3, pp. 3-10. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-3-3-10 (In Russian).
Аббревиатура КПД известна с 1960-х гг. На то время крупнопанельное жилье имело полный набор удобств, в него людей переселяли из землянок, бараков, коммуналок. К 1985 г. в СССР действовало около 600 ДСК и более 2 тыс. заводов железобетонных конструкций, в том числе только в Российской Федерации 400 ДСК. В 1987 г. в Российской Федерации строилось 78,2 млн м2, т. е. больше, чем построено в 2018 г. Из общего объема строящегося в то время жилья более 70% были домами крупнопанельных серий [1-6].
3'2019 ^^^^^^^^^^^^^
В настоящее время домостроителей тех лет принято упрекать за то, что крупнопанельные дома не лучшего качества, похожие на спичечные коробки, с плохой звукоизоляцией квартир, без лифтов, без балконов, с совмещенными санузлами, с протекающими и промерзающими стыками и т. д. [7-10].
Однако важен социальный результат. В 1987 г. обеспеченность жильем в России достигала 16 м2 на человека вместо 6-7 м2 в 1960 г. Это ли не итог индустриализации домостроения? Далее последовал провал - в 2000 г. было построено 30,3 млн м2. За
- 3
Крупнопанельное домостроение
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 1. Визуализация панельно-монолитного дома
годы перестройки около 200 домостроительных предприятий (половина действовавших) прекратили свое существование [11-14].
Что стало причиной негативного отношения к КПД в начале 2000-х гг.? К этому времени износ оборудования ДСК составлял более 70%, возможности строить дома хотя бы с небольшими изменениями планировки отсутствовали: формы на один типоразмер изделия не позволяли вносить даже небольшие изменения в проекты домов. Все это было результатом отсутствия гибкой технологии производства, несмотря на то что научная основа «гибкой» технологии была разработана в России в стенах института ЦНИИЭП жилища. При этом зарубежные фирмы Франции, Финляндии, Германии, Испании очень расчетливо оценили, с одной стороны, возможности крупнопанельного домостроения, с другой - предложили российскому рынку гибкую технологию крупнопанельного домостроения с формами-паллетами размером 4x12 м и более, с магнитным креплением оснастки, позволяющим на паллете производить практически любые изделия, от внутренней стены и перекрытия до утепленной наружной стены. И не только производить, но и выпускать изделия в автоматическом режиме без использования труда рабочих. В настоящее время действуют заводы, на которых нет рабочих, а есть операторы, наблюдающие за работой конвейерных линий, производящих домостроительную продукцию.
В период относительного благополучия с 2000 по 2007 г. многие российские бизнесмены ознакомились с возможностями индустриального домостроения за рубежом, и не только ознакомились, но и приобрели оборудование для реконструкции старых предприятий и строительства новых. Эффект был очевидным. Только за 2007 г. прирост объемов строительства жилья составил 10,6 млн м2. Но главное - произошло
качественное обновление крупнопанельного жилья! Многие россияне думают, что живут в кирпичных домах. Однако это крупнопанельные дома с наружными железобетонными панелями, отформованными всего-навсего на матрицах с рифлением под кирпич и затем покрашенных под цвет кирпича.
Обеспеченность жильем в настоящее время достигла в среднем 23 м2 на человека. При этом задача обеспеченности жильем существенно изменилась. Требуется жилье нового качества - внешне красивое, внутренне комфортное.
Что не соответствует современным требованиям в созданной системе проектирования и возведения панельных домов? Попробуем разобраться.
Первое - категорически необходимо забыть малый и широкий шаг в панельных домах. Гибкость планировки дома прежде всего. Предлагать покупателю однокомнатные квартиры, которые невозможно при необходимости превратить в двухкомнатные или трехкомнатные, нельзя. Многоквартирный дом должен быть многофункциональным, причем многофункциональным не только на первом этаже, но и на всех других. Срок службы домов более 100 лет. В течение этого времени в соседней квартире может начать работать семейный врач, юрист, бюро и др. Это распространенная практика во всем мире. Сегодняшний студент со временем может открыть свое дело прямо в собственной квартире.
Второе - фасад дома. Монолитный или каркасный тип дома не имеет вертикальных швов с первого до верхнего этажа. Конструктивные особенности панельного домостроения подразумевают выполнение вертикальных и горизонтальных швов панельных зданий на сварке и не имеют монолитных бетонных соединений. Все швы имеют специальные профили с герметизирующими соединениями, которые гарантируют только защиту от протеканий. Открытые и закрытые стыки должны остаться в прошлом крупнопанельного домостроения. Монолитное домостроение дает пример простого решения этой проблемы и одновременно проблемы разрушения панельных зданий при экстремальных ситуациях [3-5]. Первые панельные дома имели так называемые одномодульные панели, т. е. длину панелей до 3-3,6 м. В настоящее время технология позволяет выпускать изделия двухмодуль-ные длиной до 6-7,2 м. В отечественной практике панельного домостроения двухмодульные панели получили наибольшее распространение и применение. Вопрос - почему мы продолжаем строить эти здания без перевязки панелей по типу кирпичной кладки?
4
32019
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 2. План первого этажа с размещением помещений для выполнения общественных функций
При перевязке панелей по типу кирпичной кладки снимается множество недостатков крупнопанельного домостроения - пропадает традиционный «панельный» вид зданий, упрощается соединение, увеличивается их живучесть. Соединение панелей по вертикали друг с другом в двух точках на сварке не может быть надежным по определению. Чем можно заменить это ненадежное соединение? Как часто
в жизни мы пропускаем простые решения! Настенный ежегодный календарь - это ли не решение вертикальных швов панельных домов! Металлические петли, соединенные металлическим ригелем. А если через эти петли, выходящие из панелей, пропустить арматурный стержень и весь этот узел затем за-монолитить бетонным раствором? Может этот узел конкурировать по надежности со сваркой? Никогда!
О »
Рис. 3. Схема монтажа плит перекрытий при продольной системе несущих стен
Крупнопанельное домостроение
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
мостроения. Следует из трех основных существующих типов домостроения - панельного, монолитного, каркасного - взять (на основе системного анализа) лучшее. От панельного взять индустриальное производство изделий с гарантией качества, от монолитного - только надежную заделку швов панелей на строительной площадке, от каркасного - свободную планировку первых и подземных этажей: т. е. вывести на рынок строительства жилья новый тип дома, панельно-монолитный дом (ПМД) с каркасом на первом и подземных этажах.
Третье, что не устраивает в панельном, и не только в панельном домостроении. Население уже негативно оценило «сглаживание» фасадов за счет максимального исключения из архитектуры зданий балконов, лоджий, эркеров, фасадных карнизов. Простая раскраска фасадов вызывает отторжение и восприятие таких жилых кварталов как больничных или общежитских комплексов. К большим пролетам помещений до 7 м привыкли, а вот прибавить к этим пролетам длину того же балкона 1,5-2 м сложно. Поэтому вводятся в основном плоские здания с раскраской фасадов. Этот прием нашел применение сначала в Москве; в настоящее время, к сожалению, на всю страну распространилось это «новшество».
Рис. 5. Система раскладки панелей с перевязкой
Рис. 4. Организация балконов и лоджий по всему контуру здания
Не стоит при этом забывать про декларируемую эко-логичность строительства, а именно массовое строительство без применения сварки.
Итак, можно ли уйти от панельного вида зданий и при этом увеличить их живучесть? Это стало остро актуальной проблемой, особенно после трагедий в Магнитогорске и Шахтах (Ростовская обл.). Для этого следует изменить концепцию крупнопанельного до-
6
3'2019
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 6. Пример монтажа панельно-каркасного дома без сварки с раскладкой панелей наружных стен по принципу кирпичной кладки
Для преодоления этой негативной тенденции необходимо, чтобы это длиннопролетное изделие в виде многопустотной плиты перекрытия работало не только как балка, но и как консоль. Использование такого изделия в панельно-монолитных домах позволяет создать новое поколение жилых домов повышенной живучести с гибкой планировкой квартир - жилья комфорт-класса и стандартного жилья, жилья для программ реновации и расселения из аварийного фонда. Тем самым за счет подключения недоиспользованной и незадействованной в настоящее время на полную мощность базы индустриального домостроения решается проблема со строительством жилья к 2024 г. в объеме 120 млн м2.
Приведем ряд наглядных иллюстраций панель-но-монолитного типа дома.
На рис. 1 представлена визуализация панельно-монолитного дома:
- отсутствует «панельный» вид здания, нет привязки расположения окон к узкому или широкому шагу здания, окна размещены в соответствии с планировкой квартир на этажах;
- в здании множество балконов с широкими оконными проемами, также не привязанных к шагам;
- эффектно выглядят квартиры с угловым остеклением и балконами;
- первые этажи имеют выход на придомовые участки;
- крыши низкоэтажных зданий используются для личных и общественных функций.
Гибкость планировочных решений ПМД иллюстрируют рис. 2-4. В панельно-монолитных зданиях применена система продольных несущих стен (рис. 2, 3), что позволяет создавать большепролетные помеще-
Рис. 7. Гибкая планировка многоквартирного дома
Крупнопанельное домостроение
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
ПУСТОТНАЯ ПЛИТА С МЕЖПУСТОТНЫМИ УСИЛИТЕЛЯМИ С ТЕРМОВКЛАДЫШАМИ е ПАНЕЛЬНОМ ЗДАНИИ
ПУСТОТНАЯ ПЛИТА С МЕЖПУСТОТНЫМИ УСИЛИТЕЛЯМИ С ТЕРМОВКЛАДЫШАМИ В КАРКАСНОМ ЗДАНИИ
УСТРОЙСТВО ФАСАДНЫХ КАРНИЗОВ
Рис. 8. Конструкция плиты с межпустотными усилителями
ния для общественных функций (рис. 2) и гибкую планировку на типовых этажах (рис. 3) с возможностью организовывать балконы, лоджии и фасадные карнизы по всему контуру здания (рис. 4).
Живучесть здания иллюстрирует рис. 5, где показана система расстановки панелей по принципу кирпичной кладки с перевязкой. Все вертикальные стыки зданий выполнены в виде петлевых сборно-монолитных узлов. Остальные соединения чередуются по высоте: арматурный стержень в петлевом
сборно-монолитном узле соединен с арматурным стержнем, который проходит через середину выше-или нижележащей панели и заключен в них. Предотвращение обрушений плит перекрытий при чрезвычайных обстоятельствах (позиции 1-111) происходит за счет зависания плит на арматурных стержнях, расположенных выше.
На рис. 6 приведен пример раскладки панелей в рядовой блок-секции. В качестве арматурных стержней, проходящих через петли, применена система
8
32019
Научно-технический и производственный журнал
для сращивания арматуры, например, система Peikko MODIX SM и ЕМ. Вертикальные швы с системой для сращивания арматуры не только образуют сборно-монолитное соединение между горизонтально расположенными панелями, но и позволяют подвешивать нижележащие панели. Это позволяет создавать в зданиях угловые окна и увеличенные оконные проемы за счет подвешивания надоконных балок к панелям верхних этажей. Связь этой системы с расположенными выше конструкциями позволяет учитывать эффект подвешивания [6] при расчетах на прогрессирующее обрушение. Без этого решения каждую многопустотную плиту перекрытия необходимо было бы закрепить с верхней панелью наружной стены как минимум в двух точках с помощью сварки, что практически свело до минимума достоинства использования многопустотных плит перекрытия. Проемы могут заполняться частично или полностью в зависимости от планировочных поэтажных решений.
Применение плит перекрытий с межпустотными усилителями для организации балконов, лоджий, эркеров и фасадных карнизов позволяет придать домам эксклюзивную индивидуальность с гибкими решениями по оформлению фасадов.
Строительство квартир с глубиной комнат более 6 м и площадью более 70 м2 с гибким зонированием среды на этой площади возможно только за счет применения многопустотных плит перекрытий. Это касается всех видов жилых зданий: панельных, каркасных, монолитных.
Переход от конструктивной системы зданий с узким и широким шагом поперечных стен к гибкой планировочной системе с продольными несущими стенами подразумевает полный отказ от применения сплошных плит перекрытий и переход на использование предварительно напряженных длинномерных пустотных плит.
На рис. 7 представлены возможности гибкой планировки многоквартирных домов и отхода от понятий узкий или широкий шаг, реализованные в Ростове-на-Дону проектировщиками АО «Южный региональный НИиПИ градостроительства» и домостроительным предприятием АО «ККПД» (Ростов-на-Дону). Для устройства балконов и лоджий в построенном доме специалисты предложили использовать специальные балки, на которые устанавливаются балконые плиты.
Избежать устройства приставных балконов позволяют плиты с межпустотными усилителями (рис. 8). Инновационной особенностью этих плит является использование армированных балок тела плиты в зоне работы плит на консольную нагрузку до 10 кН на п. м на вылете до 2 м.
3'2019 ^^^^^^^^^^^^^^
Универсальность таких плит заключается в возможности их применения как в панельных, так и в каркасных зданиях, включая организацию выступающих конструкций (балконов, карнизов и т. п.) без изготовления дополнительных изделий.
Последнее является предпосылкой создания на базе проектов зданий социального (детские сады и школы) и общественного назначения, где консольные выступы могут достигать 3-4 м за счет увеличения толщины плит до 400-500 мм и перекрывать пролеты до 18 м.
Эффективность строительства панельно-моно-литных зданий обеспечивается получением новых качественных характеристик: увеличение живучести и надежности зданий; гибкость планировочных решений; более высокое качество архитектурных, конструктивных и инженерных решений; технологичность и простота строительства; более низкие трудозатраты при строительстве; качество жилья, гарантированное заводским производством.
Технико-экономические показатели трех основных видов домостроения - крупнопанельного, каркасного и монолитного - на протяжении многих лет в процентном соотношении стабильно характеризуются следующими цифрами:
- по себестоимости примем КПД за 100%; каркасное - 115-120%; монолитное - 125-130%;
- по продолжительности строительства примем КПД за 100%; каркасное - 150-170%; монолитное -200-250%.
Использование в панельно-монолитных домах преимуществ заводского производства изделий и отказ от сварочных работ при монтаже зданий за счет замоноличивания всех стыковых соединений позволяет упростить технологию возведения зданий и сократить сроки их строительства даже по отношению к панельным зданиям, не говоря о преимуществах перед каркасными и монолитными зданиями. Следует ожидать, что стоимость жилья в панельно-монолитных домах будет ниже крупнопанельных не менее чем на 15-20%.
Выводы
Предлагается новое поколение многоквартирных жилых домов на основе архитектурно-градостроительной системы панельно-каркасного домостроения [1, 6-7] с новым типом дома - дома панельно-моно-литной конструкции повышенной живучести. Система зданий предназначена для обновления жилого фонда РФ на базе гибкой планировки квартир, квартальной высокоплотной жилой застройки и использования отечественной базы индустриального домостроения.
- 9
—------ ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Крупнопанельное домостроение
Ц M .1
Научно-технический и производственный журнал
Список литературы
1. Николаев С.В., Шрейбер А.К., Хаютин Ю.Г. Инновационные системы каркасно-панельного домостроения // Жилищное строительство. 2014. № 5. С.3-5.
2. Шмелев С.Е. Мифы и правда о монолитном и сборном домостроении // Жилищное строительство. 2016. № 3. С. 40-42.
3. Николаев С.В., Шрейбер А.К., Этенко В.П. Па-нельно-каркасное домостроение - новый этап развития КПД // Жилищное строительство. 2015. № 2. С. 3-7.
4. Манухина О.А., Рыбко В.С., Романов Н.Р. Монолитное строительство: проблемы и перспективы // Экономика и предпринимательство. 2018. № 4 (93). C. 15-18.
5. Николаев С.В. Панельные и каркасные здания нового поколения // Жилищное строительство. 2013. № 8. С. 2-9.
6. Николаев С.В. Устройство балконов с помощью многопустотных плит перекрытий // Жилищное строительство. 2018. № 10. С. 17-21.
7. Николаев С.В. Обновление жилищного фонда страны на базе крупнопанельного домостроения // Жилищное строительство. 2018. № 3. С. 3-7.
8. Мельникова И.Б. Новые средства выразительности многоэтажных многосекционных жилых зданий // Научное обозрение. 2015. № 20. С. 86-89.
9. Коршунов А.Н. Крупнопанельные дома нового поколения // Жилищное строительство. 2018. № 3. С.44-46.
10. Лекарев И.Н., Сидоров А.Г., Мошка И.Н. Серия домов АБД-9000: внедрение BIM-технологий на современном производстве // Строительные материалы. 2016. № 3. С. 22-24.
11. Давидюк А.Н., Несветаев Г.В. Крупнопанельное домостроение - важный резерв для решения жилищной проблемы в России // Строительные материалы. 2013. № 3. С. 24-26.
12. Косилов И.А., Морозова Т.Ф., Джунусов Б.А., Сванов Т.С. Рациональный подход к организации монолитных работ по возведению типового этажа // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2015. № 5 (32). С. 95-111.
13. Коровяков В.Ф. Роль научно-технического сопровождения строительства в повышении качества монолитного строительства // Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 5. С. 34-36.
14. Шембаков В.А. Инновационные технологии в домостроении, освоенные ГК «Рекон-СМК» за 20 лет работы на рынке РФ и СНГ // Жилищное строительство. 2018. № 3. С. 36-43.
iol —
References
1. Nikolaev S.V., Schreiber A.K., Khayutin Y.G. Innovative system of frame and panel construction. Zhil-ishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2014. No. 5, pp. 3-5. (In Russian).
2. Shmelev S.E. Myths and Truth about Monolithic and Precast Housing Construction. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2016. No. 3, pp. 40-42. (In Russian).
3. Nikolaev S.V., Schreiber A.K., Etenko V.P. Panel-frame house-building-a new stage in the development of efficiency. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2015. No. 2, pp. 3-7. (In Russian).
4. Manukhina O.A., Rybko V.S., Romanov N.R. Monolithic construction: problems and prospects. Ekonomi-ka ipredprinimatel'stvo. 2018. No. 4 (93). (In Russian).
5. Nikolaev S.V. Panel and Frame Buildings of New Generation. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2013. No. 8, pp. 2-9. (In Russian).
6. Nikolaev S.V. Arrangement of balconies with the help of hollow core floor slabs. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2018. No. 10, pp. 17-21. (In Russian).
7. Nikolaev S.V. Renovation of housing stock of the country on the basis of large-panel housing construction. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2018. No. 3, pp. 3-7. (In Russian).
8. Melnikova I.B. New means of expressiveness of mul-tistoried multisection residential buildings. Nauchnoe obozrenie. 2015. No. 20, pp. 86-89. (In Russian).
9. Korshunov A.N. Large-panel houses of a new generation. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2018. No. 3, pp. 44-46. (In Russian).
10. Lekarev I.N., Sidorov A.G., Moshka I.N. Series of ABD Houses - 9000: Introduction of BIM-Technologies at Modern Production. Stroitel'nye Materialy [Consrtruc-tion Materials]. 2016. No. 3, pp. 22-24. (In Russian).
11. Davidyuk A.N., Nesvetaev G.V. Large-panel housing construction - an important provision for solving the housing problem In Russia. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 3, pp. 24-26. (In Russian).
12. Kosilov I.A., Morozova T.F., Dzhunusov B.A., Sva-nov T.S. Rational approach to the organization of monolithic works on construction of the standard floor. Stroitel'stvo unikal'nyh zdanij i sooruzhenij. 2015. No. 5 (32), pp. 95-111. (In Russian).
13. Korovyakov V.F. A role of scientific and technical maintenance of construction in improvement of quality of monolithic construction. Promyshlennoe igrazhdan-skoe stroitel'stvo. 2014. No. 5, pp. 34-36. (In Russian).
14. Shembakov V.A. Innovation technologies in housing construction mastered by GC "Rekon-SMK" during 20 years of work at markets of RF and CIS. Zhilishchnoe Stroitetstvo [Housing Construction]. 2018. No. 3, pp. 36-43. (In Russian).
^^^^^^^^^^^^^^ |3'2019
