CC BY
20«Научные исследования и инновации» УДК [728.1:624.014]+72.023
Прохожев Никита Олегович Prokhozhev Nikita Olegovich
Аспирант Postgraduate student
Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering
НАПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ АРХИТЕКТУРЫ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ ИЗ ЛЁГКИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ
DIRECTIONS OF TECHNOLOGICAL IMPROVEMENT OF ARCHITECTURE OF RESIDENTIAL BUILDINGS FROM LIGHT METAL
STRUCTURES
Аннотация: В статье рассматриваются предпосылки технологического развития металлокаркасных жилых зданий. Сравнивается ряд отечественных и зарубежных подходов к совершенствованию технологической базы домостроения, которые представляют значение для архитектурного проектирования металлокаркасных жилых зданий: введение промежуточных элементов типизации, применение открытой системы стандартизации и строительства. В результате анализа приведена классификация компоновочных схем металлокаркасных жилых зданий различной этажности.
Abstract: The article considers the prerequisites for the technological development of metal-framed residential buildings. The article compares domestic and foreign approaches to improving the technological base of house building, which are important for the architectural design of metal-framed residential buildings: the use of intermediary elements of typification, the use of an open system of standardization and construction. As a result of the analysis, the classification of layout schemes of metal-framed residential buildings was given.
Ключевые слова: жилые здания, лёгкие металлические конструкции, технологичность жилых зданий.
Key words: residential buildings, light metal structures, technological effectiveness of residential buildings.
VМеждународная научно-практическая конференция Внедрение новых форм металлических конструкций и освоение
металлокаркасного домостроения требуют соответствующего уровня развития
технологической базы архитектурного проектирования и строительного
производства. В отечественной и зарубежной практике сборного домостроения
начиная со второй половины 1950-х годов совершенствование методов
стандартизации строительной продукции пошло двумя путями [0, с. 74]:
создание открытой системы стандартизации, где первичной единицей
служит не минимальный функциональный объём, а строительный элемент,
входящий в универсальный набор;
создание типовых промежуточных функционально-пространственных
единиц: секций, полусекций, блок-квартир и прочих технологически
отработанных объёмно-планировочных элементов.
В отечественной практике массового домостроения опыт применения
блок-секционного метода показал необходимость создания архитектурно-
конструктивной системы (АКС) обеспечивающей разнообразие приёмов
архитектурного формообразования жилых зданий в заданных технологических
границах строительного производства. Теоретические и практические
разработки по внедрению блок-секционного метода со второй половины 1960-х
годов велись многими научно-исследовательскими и проектными
организациями.
Начиная с 1970-х годов на базе блок-секционного метода планово внедрялись методы проектирования, направленные на унификацию и гармонизацию объёмно-планировочных параметров жилых зданий: с 1971 года - метод применения блок-квартир (ЛенНИИпроект), с 1972 года - метод применения единого каталога унифицированных изделий (МНИИТЭП). Научной основой единого каталога является общий сортамент унифицированных строительных изделий, упорядоченных в единую систему в соответствии с принципом модульной координации размеров. При составлении раздела сортамента для жилых зданий в едином каталоге был предусмотрен продольный шаг конструкций кратный укрупнённому модулю 3М и 12М и
«Научные исследования и инновации» поперечный шаг конструкций кратный 3М. Опыт применения в
крупнопанельном домостроении укрупнённых модулей 6М и 12М показал
снижение общего количества типов и марок изделий: для серий домов, с
продольным шагом конструкций кратным 6М и поперечным шагом конструкций
кратным 3М - количество марок изделий снизилось на 30-35%; для серий домов,
с продольным и поперечным шагом конструкций кратным 6М - количество
марок изделий снизилось на 30-50% [0, с. 24].
Со второй половины 1970-х годов развитие получили методы применения промежуточных элементов типизации: система компоновочных объёмно-планировочных элементов - КОПЭ (Моспроект-1, руководитель темы арх. А. Г. Рочегов), архитектурно-конструктивно-технологическая система - АКТС (ЦНИИЭП жилища, руководитель темы д-р арх. Б. Р. Рубаненко, ответственный исполнитель канд. техн. наук Д. Н. Федулов), система конструктивно-планировочных ячеек - КПЯ (руководитель темы д-р техн. наук В. А. Вольнов).
Теоретически, в проектах полносборных жилых зданий и комплексов, отвечающих требованиям открытой системы стандартизации, объектами типизации и унификации служат отдельные конструкции, конструктивные узлы, индустриальные изделия и укрупнённые конструкции. Серийный метод проектирования полносборных зданий ориентирован на рациональное сокращение номенклатуры и марок строительных изделий, образуя производную номенклатуру изделий. Следовательно, можно сделать следующий шаг -разрабатывать проекты технологической части системы для открытого каталога индустриальных изделий, составленного на базе научных и проектных разработок возможных диапазонов колебаний в их комплектации [0, с. 27]. Предполагается, что внедрение открытой системы стандартизации обеспечит переход к индивидуальному проектированию жилых зданий и комплексов, сочетая преимущества заводского производства с широким набором средств архитектурного формообразования.
В зарубежной архитектурно-строительной практике в рамках развития рационалистической линии архитектуры также формируется ряд подходов к
VМеждународная научно-практическая конференция разработке АКС жилых зданий на базе совершенствования технологической базы домостроения. Доклад департамента жилищного строительства и городского развития США (The Operation Breakthrough) [0] от 1968 года, суммирующий данные о развитии индустриального домостроения в Западной Европе и СССР и берущий курс на опережающее развитие строительного производства, показал необходимость практического освоения прогрессивных домостроительных систем.
В период с 1969 по 1974 год в США активно велась разработка архитектурно-конструктивных систем жилых зданий с применением экономичных конструкций повышенной заводской готовности. В состав разработчиков вошли около 1000 фирм-производителей домостроительных систем комплектной поставки. Было разработано 244 предложения, касающихся проектирования, испытания и методов оценки сборных жилых зданий [0]. Значительная доля предложений по разработке и внедрению полносборных домостроительных систем относится к области каркасно-панельного и каркасно-блочного домостроения из лёгких металлоконструкций.
В 1965 году начал свою деятельность исследовательский фонд SAR (Stichting Architecten Research) в Эйндховене, Нидерланды. Теоретические и методические позиции SAR опираются на концепцию «открытого строительства» [0] (Open Building concept - OB, арх. Дж. Хабракен), в качестве подхода к архитектурному проектированию жилых зданий, учитывающего адаптационную способность домостроительной системы в соответствии с социальными, технологическими и экономическими условиями.
В период с 1985 по 2000 год на базе Технологического университета Эйндховена исследовательская группа «OBOM Research Group» [0, с. 248] (руководитель темы проф. арх. Э. В. Ранден) вела активную исследовательскую и организационную деятельность по развитию концепции открытого строительства, которая включает ряд структурных узлов:
Анализ уровней принятия проектных решений (analysis of levels of decision making). Системно-уровневый метод принятия решений - центральная идея
«Научные исследования и инновации» открытого строительства, в котором различают три уровня разработки жилой
среды: ткань, поддержка и наполнение. Перечисленные уровни отличаются
темпоральным характером преобразования жилой среды.
Анализ систем и подсистем (analysis of systems and sub-systems).
Предполагается, что архитектурно-конструктивная система жилого здания
делится на опоры (наиболее постоянные элементы здания) и заполнение
(наиболее изменяемые элементы здания). Дифференциация жилого здания на
опорную часть и заполнение в концепции открытого строительства имеет
социальное, технологическое, экономическое измерение и не ограничивается
особенностями конструктивной организации жилого здания.
Анализ жизненных циклов (analysis of life-cycles). Для практического
осуществления задач открытого строительства координация уровней принятия
решений основана на комплексной стандартизации конструктивных элементов и
систем, что позволяет возводить и обслуживать здания с учётом жизненного
цикла каждой конструкции и особенностей работы строительных и
обслуживающих предприятий.
В 1996 году была создана международная платформа для обмена опытом в
области открытого строительства - рабочая комиссия CIB W104
(Международный совет по исследованиям и инновациям в строительстве).
В 2004 году в рамках деятельности рабочей комиссии CIB W104 был
выполнен исследовательский проект «Integrated pre-fabricated steel technologies
for the multi-storey sector» [0], посвящённый особенностям освоения технологии
полносборного каркасного домостроения. Предложение об исследовании было
выдвинуто крупными европейскими производителями стальных конструкций
Corus (Великобритания, Нидерланды), Finlands Rautarukki (Финляндия), Acelor
(Люксембург) и сфокусировано на двух аспектах разработки современных
конструктивных систем жилых зданий:
обеспечить гибкость в отношении организации планировочной структуры
жилого здания, эксплуатации, формирования фасадной системы;
VМеждународная научно-практическая конференция обеспечить гибкость в отношении взаимозаменяемости
металлоконструкций и обеспечения комплексной стандартизации
металлокаркасных жилых зданий.
В жилищном строительстве встречаются многие виды конструктивных
систем (каркасные, плоскостенные, ядроствольные, оболочковые,
комбинированные), однако, лёгкие металлоконструкции в качестве несущих
конструкций получили своё распространение в каркасно-панельном и каркасно-
блочном домостроении при проектировании жилых зданий малой и средней
этажности. Повышение этажности металлокаркасных жилых зданий (более 4-5
этажей) возможно при усилении тонкостенных конструкций традиционными (с
толщиной металла от 4 мм) или применении полного и неполного несущего
каркаса из конструкций с большей несущей способностью.
В каркасно-ствольных и каркасно-оболочковых системах многоэтажных
жилых зданий самонесущие сборные элементы из тонкостенных
металлоконструкций применяются в качестве заполнения основного несущего
каркаса, выполняемого из традиционных форм металлоконструкций или из иных
строительных материалов. При архитектурном проектировании жилых зданий
высотой более 4-5 этажей возникают нормативные и технические ограничения,
в том числе, с позиции применения тонкостенных металлоконструкций в
качестве несущих элементов каркаса. В данном случае, внедрение лёгких
металлоконструкций оправдано с позиции повышения технико-экономических
характеристик при совмещении традиционных и прогрессивных форм
металлоконструкций.
На основе проведённого анализа следует предложить классификацию
металлокаркасных жилых зданий основанную на поэтапном выделении несущих
и самонесущих элементов каркаса на фоне роста технологичности, а именно
учитывающую:
возможность совмещения различных строительных систем и материалов на базе модульной координации размеров;
«Научные исследования и инновации» возможность совмещения традиционных и прогрессивных форм
металлоконструкций;
степень укрупнения сборных металлоконструкций в заводских условиях;
характер функционально-конструктивной дифференциации
металлоконструкций.
Таким образом, приведём следующую классификацию лёгких каркасно-
панельных и каркасно-блочных систем жилых зданий (табл. 1) в зависимости от
несущей способности, степени укрупнения и способа сопряжения
металлических конструктивных элементов:
каркасно-панельная система со «стоечно-ригельной» (боковое
примыкание перекрытий к стеновым панелям) компоновкой вертикальных и
горизонтальных несущих конструкций каркаса;
каркасно-панельная система с «ярусной» (опирание перекрытий на
стеновые панели сверху) компоновкой вертикальных и горизонтальных несущих
конструкций каркаса;
каркасно-панельная система с установкой монтажных каркасно-обшивных
панелей в независимый каркас, воспринимающий все вертикальные и
горизонтальные нагрузки;
каркасно-панельно-блочная система с поочерёдной установкой несущих
панелей и объёмно-пространственных блоков;
каркасно-блочная система с «ярусной» установкой несущих объёмно-
пространственных блоков;
каркасно-блочная система с установкой самонесущих объёмно-
пространственных блоков в независимый каркас, воспринимающий все
вертикальные и горизонтальные нагрузки.
Перечисленные каркасные системы жилых зданий обладают различным
потенциалом с позиции вариантности и унификации конструктивных,
планировочных и композиционных решений, а именно допускают:
Возможность формирования рационально-ограниченных
домостроительных комплектов. Влияние технологичности металлоконструкций
VМеждународная научно-практическая конференция на композиционное решение жилого здания наряду с конструктивными
изменениями каркаса выражается в изменчивости состава домостроительного
комплекта. Заводское изготовление металлокаркасных жилых зданий
направлено на формирование законченных домостроительных комплектов из
утверждённого сортамента изделий. Изменение состава домостроительного
комплекта на основе приведённой классификации металлокаркасных систем
жилых зданий реализуется в различных направлениях:
освоение и совершенствование сортамента новых экономичных форм
металлических профилей;
совмещение традиционных и прогрессивных форм металлоконструкций;
изменение номенклатуры отправочных марок металлоконструкций для
укрупнительной сборки каркаса жилого здания;
изменение способа и характера сопряжений металлических конструкций.
Возможность реализации принципа «гибкой технологии». Опыт
архитектурного проектирования металлокаркасных жилых зданий из каркасно-
обшивных панелей и объёмно-пространственных блоков показывает, что
существует возможность повышения вариантности планировочных решений при
сохранении жёсткой системы несущих конструкций каркаса. В
действительности, принятая планировочная организация жилого здания
допускает различное конструктивное исполнение каркаса. Модификация состава
домостроительного комплекта определяется компоновочной схемой жилого
здания и характеризуется:
изменением структуры несущих элементов каркаса;
изменением структуры заполнения каркаса;
изменением структуры архитектурных деталей и отделки металлокаркаса. Модификации структуры несущих элементов металлокаркаса, заполнения, архитектурных деталей и отделки в различной степени отражаются на компоновочной схеме жилого здания. Гармонизация объёмно-пространственной структуры здания - одна из сторон метода архитектурной композиции, в то время как развитие открытой системы стандартизации - это технико-
«Научные исследования и инновации»
морфологическая платформа, служащая основой для расширения набора средств выразительности архитектурной формы.
Возможность реализации узлового метода проектирования. Стремление к сокращению вариантов конструктивного исполнения изделий в производственных условиях выражается в развитии узлового метода проектирования и применении принципов агрегатирования. Первостепенной задачей становится анализ сопряжений и оригинального композиционного решения компоновки конструкций в соответствии с типологическими признаками жилища. Обратимость функций и конструктивного исполнения изделий создаёт предпосылки для перехода к формообразованию на основе пространственной комбинаторики укрупнённых конструкций (модулей). Освоение комплектно-блочного метода домостроения значительно расширяет границы применения ЛМК.
Таблица 1. Классификация компоновочных схем металлокаркасных жилых зданий различной этажности
Вид каркасной системы
Каркасно-панельная система жилых зданий
Способ сопряжения вертикальных и
горизонтальных конструкций
А) с боковым примыканием КОП
Б) с опиранием КОП сверху
В) с установкой КОП и КОС в независимый несущий каркас
Схема компоновки вертикальных и
горизонтальных конструкций металлокаркаса
Схема узла примыкания вертикальных и
горизонтальных конструкций металлокаркаса
Вид каркасной системы
Каркасно-панельно-блочная система жилых зданий
Каркасно-блочная зданий
система
жилых
VМеждународная научно-практическая конференция
Вид каркасной системы
Каркасно-панельная система жилых зданий
Способ сопряжения вертикальных и
горизонтальных конструкций
А) компоновка с поочерёдной установкой КОП и ОПБ
А) компоновка с опиранием ОПБ друг на друга
Б) компоновка с установкой ОПБ в независимый несущий каркас
Схема компоновки вертикальных и
горизонтальных конструкций металлокаркаса
Схема узла примыкания вертикальных и
горизонтальных конструкций металлокаркаса
Библиографический список:
1. Иконников, А. В. Функция, форма, образ в архитектуре / А. В. Иконников. - М.: Стройиздат, 1986. - 149 с.
2. Криппа, А. И. Архитектура крупнопанельных домов в условиях заводского домостроения / А. И. Криппа. - М.: ЦНТИ по гражд. стр-ву и архитектуре, 1973. - 32 с.
3. Рубаненко, Б. Р. О дальнейших направлениях совершенствования методики типового проектирования жилища / Б. Р. Рубаненко [и др.] // Архитектура СССР. - 1978. - №8. - С. 24-28.
4. Staats, E. B. Operation Breakthrough: Lessons learned about demonstrating new technology / Department of Housing and Urban Development Report. -Washington, USA: Department of HUD, 1976. - 87 p.
5. Habraken, N. J. Supports: an Alternative to Mass Housing / N. J. Habraken; ed. by J. Teicher. - London, UK: Urban International Press, 1999. - 124 p.
6. Kendall, Sh. H., Teicher, J. Residential Open Building / Sh. H. Kendall, J. Teicher. - London, UK: Taylor and Francis, 2000. - 316 p.
«Научные исследования и инновации»
7. Integrated pre-fabricated steel technologies for the multi-storey sector / B. Döring [et al.] // Research Fund for Coal and Steel. - Luxembourg: Office for Official Publications of the European Communities, 2009. - 149 p.
8. Housing systems proposals for Operation Breakthrough / Department of Housing and Urban Development Report. - Washington, USA: Department of HUD, 1971. - 590 p.
© Н. О. Прохожев, 2021
