CC BY
52Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Large-panel housing construction
УДК 69.056.52
С.В. НИКОЛАЕВ, д-р техн. наук, А.К. ШРЕЙБЕР, д-р техн. наук, Ю.Г. ХАЮТИН, д-р техн. наук
ОАО «Центральный научно-исследовательский и проектный институт» (127434, Москва, Дмитровское ш., 9, стр. 3)
Инновационность системы панельно-каркасного домостроения
Описаны две инновации системы панельно-каркасного домостроения (СПКД) - универсальный «стол на ножках» для возведения над ним панельного или панельно-каркасного здания и «лежачий» лестнично-лифтовой узел как инженерно-коммуникационная система здания, а также преимущества использования плит перекрытия с многопустотными усилителями, например в качестве опор для устройства карнизов.
Ключевые слова: система панельно-каркасного домостроения, многопустотная плита безопалубочного формования, лестнично-лифтовой узел, многопустотные усилители, панельного домостроение, каркасное домостроение, монолитное домостроение.
S.V. NIKOLAEV, Doctor of Sciences (Engineering), A.K. ShREJBER, Doctor of Sciences (Engineering), Ju.G. HAJuTIN, Doctor of Sciences (Engineering) Central Research and Designing Institute for Residential and Public Buildings (OAO TSNIIEP zhilishcha) (9, structure 3, Dmitrovskoye Hwy, 127434,
Moscow, Russian Federation)
Innovativeness of Panel-Frame House Building System
Two innovations of the panel-frame house building system are described: universal "table on legs" for construction of a panel or panel-frame building over it and "lying" staircase and elevator section as an engineering-communication system of the building; advantages of using floor slabs with hollow core strengtheners as supports for installing cornices, for example, are also described.
Keywords: panel-frame house building system, hollow core slab of off-shuttering molding, staircase and elevator section, hollow core strengtheners, panel house building, frame house building, cast-in-place house building.
ЦНИИЭП жилища, продолжая выполнять ведущую роль в создании систем индустриального домостроения, разработал инновационную систему панельно-каркасного домостроения (СПКД) [1]. В настоящей статье раскрыты концептуальные возможности СПКД с позиций «направлений изменения», что полностью соответствует латинскому innovatio - инновация.
Сборный железобетон и домостроение
Использование в строительстве жилых, гражданских и общественных зданий сборного железобетона, его неоспоримые преимущества перед другими видами строительства, включая монолитное, не только не вызывают сомнений, но, напротив, мировая и отечественная практика фиксирует рост объемов использования сборного железобетона при строительстве практически любых объектов, от зданий до мостов, тоннелей, портовых сооружений. Железобетонные конструкции становятся крупнее и массивнее.
Ежегодное производство бетона и железобетона в мире превышает 3 млрд м3. В России производится около 21 млн м3 сборного железобетона, в Германии - 32 млн м3, Италии - 40 млн м3. Нет другого продукта производственной деятельности, который бы выпускался в таком объеме. В денежном эквиваленте на сборное строительство расходуется в 2,5 раза больше средств, чем на монолитное. По данным В1ВМ - Международной организации по сборному железобетону, европейская промышленность сборного железобетона включает 8,5 тыс. заводов и насчитывает около 250 тыс. работников, ее годовой оборот составляет около 40 млрд евро.
В массовом жилищном строительстве России применение сборного железобетона сдерживается технологическими и психологическими факторами.
5'2014 ^^^^^^^^^^^^^
Панельные и блочные здания типовой застройки 19601980-х гг. решали задачу удовлетворения минимальной обеспеченности населения жильем. Однако они создали образ скучной, однообразной жилой застройки с минимальной отделкой фасадов, в лучшем случае керамической плиткой. Замазанные толстым слоем раствора швы между панелями - суровый приговор этому виду строительства. И не потому ли рынок индустриального домостроения в 1990-е гг. в России «просел», что сложилось общегражданское мнение о бесперспективности крупнопанельного домостроения в строительстве жилья? Стали на правительственном уровне создаваться программы «Жилище», в которых, надо признать, слов «крупнопанельное домостроение» старались избегать. Деревянное домостроение, дома по канадской технологии, низкоплотная застройка, ипотека - вот что предлагалось для решения жилищной проблемы. При этом забывали, что к низкому качеству панельного жилья к 1990-м гг. привело, с одной стороны, то, что это жилье строилось и раздавалось гражданам бесплатно, а поэтому должно было быть без излишеств. С другой стороны, через 30-40 лет работы любое предприятие приходило к морально и физически устаревшему оборудованию, что приводило к снижению качества строительства. Основными системными дефектами стали протечки, плохая звукоизоляция, значительная потеря тепла, отсутствие необходимых зон для комфортного проживания.
Рыночные отношения существенно изменили вектор направленности строительства жилья. Резко сократилась доля бесплатного жилья, жилье стало товаром с характеристикой цена-качество, а главное, появилась возможность знакомиться с западными системами строительства, привлекать новые технологии, строительные материалы в российскую практику.
— |з
Крупнопанельное домостроение
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
Панельные здания Панельно-каркасные здания
Рис. 1. Первые нежилые этажи зданий
Объединение панели с каркасом
Рассматривая крупнопанельную и каркасную системы зданий как строительство из сборного железобетона с преимуществом качественного изготовления конструкций хотя бы только за счет производства в заводских условиях, нельзя не заметить ряд недостатков.
Соглашаясь с установившимся мнением, что крупнопанельное строительство зданий выигрывает по стоимости относительно каркасного и монолитного более чем на 15-20%, а по срокам - в разы, тем не менее следует признать, что гибкость планировочных решений здания в панельном исполнении существенно уступает другим строительным системам.
Многое уже писалось о комнатах, размеры которых невозможно изменять во времени. «Клеточная» структура несущих панелей в крупнопанельных зданиях с подвального этажа до крыши явится в перспективе главным фактором, сдерживающим этот вид строительства жилья. Понятно, что сегодняшняя низкая обеспеченность жильем, материальные ограничения по приобретению действительно комфортного жилья, отсутствие на рынке жилья квартир с долговременными потребительскими свойствами приводят к тому, что люди покупают квартиры в крупнопанельном доме. В настоящее время это самый дешевый и доступный вид жилья. Так будет продолжаться еще некоторое время.
Отсутствие гибкости планировочных решений панельных зданий скажется и проявится в недалекой перспективе - через 10-15 лет. В первую очередь потребители обратят внимание на первые и подвальные этажи зданий. Уже в настоящее время заказчики требуют проектировать первые этажи жилых зданий нежилыми и без конкретной технологии, что сводит на нет конструктивную систему панельных зданий. Как паллиатив на практике стали возникать решения с монолитным столом или стилобатом, на котором возводятся крупнопанельные здания.
Таким образом, можно утверждать, что в панельном домостроении уже существует проблема создания первых этажей с гибкой планировкой. Если к этому добавить использо-
* Название «панельно-каркасное здание» возникает по определению, поскольку в СПКД каркас заполняется снаружи панелями - трехслойными навесными, вентилируемыми, витражными и т. п.
вание подвальных этажей в качестве технических помещений или гаражей, то проблема «негибкости» в крупнопанельной системе касается и подвальных помещений. И здесь на первое место по функциональности конструктивного решения первых этажей выходит каркасная система. Даже не заглядывая далеко вперед, возникает предложение рационально объединить в жилом здании две системы - панельную и каркасную. В каркасном здании в чистом виде нет в настоящее время системного решения ограждающих конструкций. Наиболее часто применяются трехслойные панели наружных стен или вентфасады. Предложенное решение [1] строительства каркасных зданий с многопустотными плитами в виде двух-балочных несущих элементов работает на более отдаленную перспективу, снимая вопросы конструктивного оформления ограждений каркасных зданий. При этом не все заказчики хотят видеть «верхушку» зданий в каркасном исполнении. «Панель» оставляет за собой преимущество в скорости монтажа здания и экономичности. Предложенная ЦНИИЭП жилища система панельно-каркасного домостроения (СПКД) позволяет эффективно сочетать преимущества двух систем - панельной и каркасной, особенно на первых и подвальных этажах. Речь идет о создании над первым этажом конструктивного скелета здания (назовем его «столом на ножках»), позволяющего возводить над ним либо панельное, либо панельно-каркасное здание* (рис. 1). Этот стол должен быть достаточно жестким для возведения зданий минимум до 18 этажей и обеспечивать свободную планировку первого этажа.
На первом этаже в жилом здании функционально необходим только лестнично-лифтовой узел (ЛЛУ) с помещениями для размещения консъержки, почты, хранения велосипедов, колясок и т. п. Остальные помещения первого этажа могут быть изолированы от жилого ЛЛУ и иметь возможность трансформирования со временем либо под нужды жильцов (расположить игровую комнату для детей или помещение, оборудованное для приема гостей, например в Израиле это распространенная практика), либо под общественные нужды - сдачу помещений в аренду.
52014
4
5'2014
5
Крупнопанельное домостроение
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
В качестве примера такого решения в СПКД для 12-19-этажного здания в широтном исполнении в плане 30X13,2 м с квартирами эконом-класса 2-1-1-1-2 (рис. 2) ЦНИИЭП жилища разработал универсальный «стол на ножках», позволяющий возводить над ним панельное или панельно-каркасное здание. За основу принято наиболее сложное решение - расположить под крупнопанельным домом гараж в трех подземных уровнях. При этом на одном уровне размещается 13 легковых машин, обеспечивая машино-местами жителей на 2,6 этажа, что позволяет в трех уровнях размещать машины для жителей семи этажей. Для того чтобы принять всю полезную нагрузку 18-этажного здания весом более 200 т в шаге 6,7 м (колонны 0,6X0,6 м плюс проезд для машин 6,1 м) все машино-места разместили между колонн в шаге 3,6 или 4,2 м (рис. 3). Для расположения двух машин требуется пролет минимум 5,8 м. Однако увеличение шага между колонн до 5,8 м (для размещения двух машин) дает прибавку в одном уровне одного-двух машино-мест, создавая для «стола на ножках» значительные нагрузки, а главное, ухудшает возможности планировочных решений для вышележащих этажей.
Конструктивно «стол на ножках» (рис. 4) позволяет в продольных шагах 6,5 и 6,7 м, выбранных для примера, возводить панельные здания до 19 этажей с установкой межквартирных и межкомнатных стен в любом месте. Для панельно-каркасных зданий допускается возможность за счет увеличения жесткости каркасной системы подвального этажа смещение колонн по продольным осям зданий от осей нижних колонн до 1 м, что опять-таки важно для придания гибкости планировочным решениям возводимого здания.
«Лежачий» лестнично-лифтовой узел
Ежедневное пользование лифтами и редкие, но надолго запоминающиеся походы на десятый и выше этаж - вот поверхностный взгляд обывателя на лестнично-лифтовый узел. В блок-секционных домах лестница, как правило, напрямую соседствует с лифтовыми шахтами, пожарными переходами, что позволяет объединить их при проектировании в единый лестнично-лифтовой узел (ЛЛУ).
Вместо привычного расположения лестниц и лестничных площадок поперек продольных осей в блок-секционных зданиях в СПКД предложено расположить ЛЛУ вдоль продольных осей (рис. 2, 4). Решение обосновывается несколькими доводами.
Первый, самый главный довод, - это то, что поперечное расположение лестнично-лифтового узла создает сложность «гладкого» фасада здания, причем не только со стороны входа в здание, но и с противоположной стороны. В панельном исполнении образование выступов в виде балконов, лоджий, противопожарных переходов требует дополнительных изделий, выходящих либо торцами на фасад зданий, что само по себе уродует фасады, либо увеличивает почти вдвое номенклатуру наружных панелей. В каркасной системе неплоский фасад просто неисполним.
Следующий довод о целесообразности перехода на «лежачий» ЛЛУ. Известна проблема с инсоляцией жилых домов с широтным расположением блок-секций. Короткий фронт лестнично-лифтового узла при поперечном его расположении в зданиях не позволяет разместить на южном фасаде здания большого числа квартир, и это негативно сказывается при размещении «однушек» эконом-класса. Широтное расположение лестнично-лифтового узла в широтных домах позволяет за счет «лежачего» расположения
б| -
увеличить длину этого узла до 13 и более метров, создав тем самым на противоположной стороне здания большие возможности для размещения «однушек», доведя их число до 3-4. Это одна сторона преимущества «лежачего» ЛЛУ.
Второе, не менее важное преимущество «лежачего» ЛЛУ заключается в создании на его базе, с одной стороны, ядра жесткости здания, с другой - объединение вокруг него всех инженерных коммуникаций. Недаром практически весь коридор в здании прилегает к ЛЛУ и просится объединиться в единую инженерно-коммуникационную систему, включая всю инженерию зданий, от подвода воды и электричества до воздухо- и дымоудаления. Одно это позволяет создавать унифицированное решение лестнично-лифтовых узлов для разной этажности блок-секционных домов: с одним лифтом для этажности от 2 до 9, с двумя лифтами для этажности 10-19 этажей и тремя - 20-25 этажей.
Продолжением еще одного преимущества «лежачего» ЛЛУ является использование его для организации свободного пространства на первых этажах зданий. Только объединение всех трубных разводок с лестнично-лифтовым узлом позволяет в полной мере считать выполненной поставленную при создании СПКД задачу - получить систему с гибкой планировкой помещений на всех этажах зданий. Для этого коридоры блок-секционных домов должны быть объединены в единую инженерно-коммуникационную систему с лестнично-лифтовым узлом.
Гибкая планировка помещений
Гибкая планировка помещений - это возможность на стадии проектирования здания, а в дальнейшем при его эксплуатации формировать по желанию жителя планировку квартиры, размеры помещений, вплоть до объединения с соседней, и чтобы все это можно было осуществлять в течение всего срока жизни здания. Исходя из того что сегодняшние европейские нормы обеспеченности уже достигли 50-70 м2 на человека и предвидя, что в недалеком будущем мы подойдем близко к такой обеспеченности (по крайней мере дома, которые сейчас строятся, должны увидеть это), надо рассчитывать, что наступит время, когда для проживания двух человек потребуется пространство от 60 до 100 м2 и более. Другими словами, гибкой жилой ячейкой для зданий с долговременными потребительскими свойствами, которыми должны обладать строящиеся здания, можно считать ячейки с площадью 60-80 м2, чему примерно соответствуют по площадям ячейки 8,4X8,4 и 9X9 м. Технически перекрыть пролеты более 7 м монолитными конструкциями возможно, но абсолютно не экономично. Поэтому практически во всем мире используют для этих целей многопустотные плиты перекрытия безопалубочного формования.
В нашей стране в конце 1970-х гг. финской фирмой «Элематик» было поставлено на заводы в Москве, Екатеринбурге и ряде других городов несколько технологических линий по производству пустотных плит перекрытия. Сразу возникли технические вопросы по использованию этих плит в массовом жилищном строительстве, основным из которых являлось отсутствие привычных для российских строителей закладных деталей. Следует отметить, что сварка является основным видом соединений сборных железобетонных конструкций, применяемым в России.
В настоящее время возводятся монолитные здания, появилось множество сборно-монолитных конструкций и соединений с замоноличиванием узлов. Бетонные растворы и технологии позволяют вести эти работы при -10-15°С.
^^^^^^^^^^^^^^ 52014
Научно-технический и производственный журнал
Large-panel housing construction
План 3-го этажа на отм. -9.450 План 2-го этажа на отм. -6.000
План 1-го этажа на отм. -2.950
Рис. 3. План гаража под блок-секцией 2-1-1-1-2 52014 ^^^^^^^^
Крупнопанельное домостроение
Ц M .1
Научно-технический и производственный журнал
бЭПКОП
Карниз
Рис. 4. Универсальный «стол на ножках» над гаражом
Отметим, что многие сборно-монолитные узлы по прочности и восприятию воздействий на прогрессирующее разрушение существенно прочнее и надежнее сварных узлов и соединений. Достаточно привести пример замоноличива-ния стыков с помощью петлевых соединений финской фирмы Peikko, в которых один или несколько арматурных стержней создают прочное петлевое соединение даже при некачественно выполненном заполнении шва бетонным раствором.
Так что недалеко то время, когда отечественные строители жилья окончательно перейдут на технологии замоно-личивания швов - сначала при строительстве каркасных зданий, затем панельных, заменив экологически грязную технологию сварки. При этом технология производства многопустотных плит перекрытия существенно изменилась, появилось множество технических решений соединения плит с другими элементами зданий. Это позволяет реально переходить на проектирование зданий с гибкой планировкой и создавать жилые ячейки с долговременными потребительскими свойствами. И не только в блок-секционных домах, но и в домах башенного типа до 25 этажей.
Наличие на строительном рынке многопустотных плит перекрытия безопалубочного формования позволяет перекрывать пролеты зданий до 15-18 м. В ближайшей перспективе для жилых ячеек зданий выше 9 этажей предпочтение получат пролеты до 9 м, для малоэтажных зданий и социальных объектов (школы, детские сады) - от 6 до 12 м.
Многопустотные панели (обычные и с многопустотными усилителями) гармонично формируют большепролетные ячейки низкоэтажной застройки (до 3-4 этажей) жилыми домами с гибкой планировкой внутреннего пространства с пролетами 7-12 м и более. При этом несущим скелетом зданий являются либо элементы каркаса, либо панельные конструкции. При продольном расположении несущих стен нарезка жилых ячеек может не ограничиваться определенным шагом и создавать ячейки без несущих стен с пролетом до 30 м и более.
Следует признать, что универсальные возможности многопустотных плит безопалубочного формования еще далеко не изучены и во многом не использованы. Конструктивное применение балконов, лоджий, эркеров с помощью плит с многопустотными усилителями без дополнительных балконных элементов описано в [1]. В то же время специа-
Рис. 5. Устройство карнизов на
панельных и панельно-каркасных зданиях
листам известны сложности устройства карнизов на зданиях. В настоящее время большинство карнизов выполняются в виде листовых конструкций из алюминия, фибробето-на, пластика или оштукатуренного пенополистирола, очень редко из натурального камня. Крепление этих элементов у проектировщиков и строителей вызывает большие сложности, а жители зданий с карнизами из листовых материалов страдают от шума при незначительном ветре.
Плита с многопустотными усилителями конструктивно просто решает вопрос крепления карнизов любой формы, веса и вылета (рис. 5). При этом снимаются вопросы промерзания через тело плиты, так как при изготовлении плит перекрытия с многопустотными усилителями в заводских условиях укладывается утеплитель. Проведенные теплотехнические расчеты и испытания узлов утепленных плит перекрытий, проходящих через наружные стены, показали простоту и надежность конструктивного решения организации карнизов на фасадах панельных и панельно-каркасных зданий с применением натуральных материалов.
Заключение
В статье достаточно подробно описаны две инновации СПКД - универсальный «стол на ножках» для возведения над ним панельного или панельно-каркасного здания и «лежачий» лестнично-лифтовой узел как инженерно-коммуникационная система здания. Продолжено изложение преимуществ использования плит перекрытия с многопустотными усилителями, например в качестве опор для устройства карнизов.
Более детально вопросы инновационности СПКД изложены в буклете «Новое поколение крупнопанельных и панельно-каркасных зданий» на сайте ЦНИИЭП жилища: ЦНИИЭП жилища.рф.
Список литературы
1. Николаев С.В. Панельные и каркасные здания нового поколения // Жилищное строительство. 2013. № 8. С. 1-8.
References
1. NIKOLAEV S.V. Panel and frame buildings of new génération.
Zhilishchnoe Stroiter stvo [Housing Construction]. 2013.
No. 8, рр. 1-8.
8
52014
