CC BY
22Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 692.52
С.В. НИКОЛАЕВ, д-р техн. наук, научный руководитель (nikolaev@ingil.ru)
АО «ЦНИИЭП жилища — Институт комплексного проектирования жилых и общественных зданий» (АО «ЦНИИЭП жилища»)
(127434, г. Москва, Дмитровское ш., 9, стр. 3)
Устройство балконов с помощью многопустотных плит перекрытий
Устройство балконов позволяет разнообразить фасады зданий и включать их в жилую среду квартиры. При строительстве панельных и каркасных зданий переход на применение многопустотных плит выявил техническую сложность организации балконов в многоквартирных зданиях. Сложность связана с необходимостью «подвески» каждой плиты к верхним конструкциям при сценариях обрушения нижележащей несущей конструкции. В статье приводятся примеры решений по устройству балконов, лоджий, фасадных карнизов при использовании плит перекрытий с межпустотными усилителями. Представлены возможные сценарии поведения рамной сборной конструкции после внезапной потери колонны в результате аварийного воздействия; конструкция узла опирания плит перекрытий на внутреннюю несущую плиту при сценарии устранения нижней опорной наружной панели. Даны рекомендации по выбору связующей арматуры и расположению связей относительно торцов перекрытия.
Ключевые слова: многопустотные плиты перекрытия, балконы, лоджии, фасадные карнизы, прогрессирующее обрушение, связующие стержни.
Для цитирования: Николаев С.В. Устройство балконов с помощью многопустотных плит перекрытий // Жилищное строительство. 2018. № 10. С. 17-21.
S.V. NIKOLAEV, Doctor of Sciences (Engineering), Head of Research (nikolaev@ingil.ru) JSC "TSNIIEP zhilishcha", Institute of Complex Design of Residential and Public Buildings (9, bldg.3, Dmitrovskoye Highway, Moscow, 127434, Russian Federation)
Arrangement of Balconies with the Help of Hollow Core Floor Slabs
The arrangement of balconies makes it possible to diversify facades of buildings and include them in the living environment of the apartment. During the construction of panel and frame buildings, the transition to the use of hollow-core slabs revealed the technical complexity of the organization of balconies in apartment buildings. The complexity is connected with the need for «suspension» of each plate to the upper structures in the scenarios of collapse of the underlying bearing structure. The article gives examples of solutions regarding the arrangement of balconies, loggias, facade cornices when using floor slabs with inter-hollow strengtheners. Possible scenarios of the behavior of the frame prefabricated structure after the sudden loss of the column as a result of emergency exposure are presented; the design of the node supporting floor slabs on the inner bearing plate in the scenario of elimination of the lower support of the external panel is also presented. Recommendations on the choice of binding reinforcement and the location of connections relative to the ends of the overlap are given.
Keywords: hollow core floor slabs, balconies, loggias, fasade cornices, progressive collapse, connecting rods.
For citation: 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).
Без применения внешних элементов декора, определяющих индивидуальность здания и архитектурное направление жилого комплекса, конструирование зданий и сооружений невозможно. Архитекторы на протяжении нескольких веков используют устройство балконов, лоджий, террас, веранд для разнообразия фасада и узнаваемости объекта. Увлечение плоскими фасадами при строительстве многоквартирных домов вызывает у населения отторжение. Застройщики упрощают процесс строительства и экономят средства за счет отказа от устройства балконов. Как показывают исследования [1], балконы в зданиях до пяти этажей можно использовать как средство включения жителей в активное общение друг другом и в общественную жизнь социума. Косвенно балконы, расположенные на высоте до 10-15 м, положительно влияют на безопасность проживания. Многочисленные опросы жителей в последнее время подтверждают тенденцию роста спроса на квартиры с балконами и лоджиями.
10'2018 ^^^^^^^^^^^^^
Однако даже преференции в виде включения балконов в оплачиваемую с коэффициентом 0,3 приобретаемую жилую площадь не очень привлекают инвесторов удовлетворять потребности жителей. Главным соображением для застройщиков является экономика строительства: устройство балконов достаточно трудоемко и затратно, особенно при выполнении «неприставных» балконов. Это связано с тем, что конструкция плиты балкона должна препятствовать проникновению холодного воздуха внутрь помещений и исключать наличие «мостиков холода» [2-7].
На рис. 1 представлен пример устройства балконов в зданиях из сборного железобетона, достаточно массово реализуемый во многих Скандинавских странах. Значительный расход арматуры, трудоемкость монтажа, необходимость устройства опалубки - все это делает малоэффективным решение по созданию балконов даже шириной 600 мм.
Возможность устройства балконов (лоджий, эркеров и фасадных карнизов) с помощью одной многопустотной
- 17
-ЖИЛИЩНОЕ—
Крупнопанельное домостроение
л
Научно-технический и производственный журнал
Плита
с межпустотными усилителями для панельных зданий
Рис. 1. Балконные консоли
плиты возникает при использовании плит с межпустотными усилителями [2]. Конструктивно эти плиты имеют несущие балочки (рис. 2), которые, выходя за несущую опору (внутренний слой наружной плиты) за счет конструктивного армирования, воспринимают консольные нагрузки. Так, для стандартной толщины многопустотные плиты толщиной 220 мм на длине консоли 2 м воспринимают нагрузку 11 кН/м, что достаточно не только для организации открытого пространства балкона, но и для устройства закрытой с остеклением лоджии. Важной особенностью плит с межпустотными усилителями является их универсальность - возможность использования при строительстве панельных и каркасных зданий, позволяя в последнем случае применять колонны с сечением 400x400 мм. При этом технология изготовления плит с межпустотными усилителями может быть как стендовой («опалубочной») на преднапряженных формах, так и безопалубочной на длинных стендах, оборудованных формовочными машинами со слипформерами [8-12].
Переход на применение многопустотных плит в панельном и каркасном домостроении с использованием плит для устройства балконов требует разработки узлов соединения плит перекрытия с несущими наружными и внутренними панелями со специфическими требованиями работы на прогрессирующее обрушение.
Специалисты справедливо отмечают: проектировать абсолютно безопасные здания технически сложно и эко-
Плита с межпустотными усилителями для панельно-каркасных зданий
Рис. 2. Плиты с межпустотными усилителями номически нецелесообразно. Принцип рациональности заключается в строительстве зданий из сборного железобетона с приемлемым уровнем безопасности в отношении аварийных воздействий, возникающих в результате чрезвычайных происшествий.
Чрезвычайными происшествиями считаются ситуации со взрывом газа в помещениях здания или непредвиденная нагрузка в виде удара транспортного средства или взрыва с повреждением ключевых элементов в конструкции здания. Являясь редким событием, эти повреждения тем не менее должны прогнозироваться и учитываться на стадии проектирования в виде расчетов на прогрессирующее обрушение. Речь идет о сохранности здания и безопасности людей от последствий чрезвычайных происшествий, когда исключение из работы одного элемента приводит к последовательному разрушению по принципу «домино» всего или большой части здания.
Наибольший урон построенным зданиям приносят взрывы газа. Как правило, это либо плохая эксплуатация газового оборудования и сетей в зданиях, либо взрывы газа при ремонтных работах с использованием газовых баллонов. Давление от взрыва газа зависит от формы и размера помещения, объема газа, систем вентиляции помещений, места возгорания. Максимальное давление варьируется от 30 до 100 кН/м2, а продолжительность воздействия нагрузки обычно варьируется от 50 до 100 мс.
После обрушения башни Ронан-Пайнт (Лондон) выполнено несколько исследований [13] в которых установлено, что в результате взрыва природного газа давление редко превышало 17 кН/м2. Хотя эта нагрузка значительно превышает расчетные нагрузки за счет рабочих, ветровых и снеговых нагрузок (примерно до 4,8 кН/м2), тем не менее согласно ЕN 1991-1-7 рекомендуемое значение для аварийной расчетной нагрузки составляет 34 кН/м2 и предназначено для случаев взрыва бытового газа.
При переходе на использование многопустотных плит с опиранием на несущий слой наружной стены и продольные внутренние несущие стены возникает вопрос сохранности здания с учетом аварийных воздействий. Опирание трех -пяти плит шириной 1200 мм над нижележащим пролетом комнаты (обычно предел первичного локального повреждения соответствует размеру одной комнаты) требует на момент возникновения чрезвычайного происшествия кон-
18
10'2018
Научно-технический и производственный журнал
ц м
л
Детали
перекрытия
раздвигаются
Балки перекрытия соскальзывают с опорных консольных выступов колонны
структивного решения, которое не должно позволить упасть плитам и вызвать прогрессирующее обрушение здания.
В строительной практике известны два конструктивных подхода к решению по «зависанию» сборных железобетонных конструкций при условном удалении одного опорного элемента (будь то наружная стена или колонна под ригелем).
На рис. 3 представлен возможный сценарий поведения рамной сборной конструкции после внезапной потери колонны в результате аварийного воздействия. (Руководство по передовым технологиям. Проектирование сборных железобетонных конструкций с учетом аварийных воздействий. Январь 2012 г.) Многопустотные плиты перекрытия, опирающиеся на краевые балки (рис. 4), при значительном провисании балок «соскальзывают» с опорных зон и продолжают разрушать здание. Избежать прогрессирующее обрушение позволяют связи перекрытий с помощью соединительных стержней перекрытий с краевой балкой. Удержание самих балок от полного падения осуществляется с помощью периферийных связывающих стержней, которые обеспечивают зависание краевых балок на этих стержнях с помощью арматурных хомутов, замоноличенных в балках. В представленном конструктивном варианте при пролетах колонн 7,2 м и приложении постоянной нагрузки 27 кН/м (собственный вес конструкций) и приложенной нагрузки 14,4 кН/м для офисного здания для связывающих арматурных стержней из стали С500 необходимо по расчетам использовать четыре стержня диаметром 20 мм.
Подобную схему «зависания» плит перекрытий можно рассмотреть для варианта панельных зданий. Для этого стеновые конструкции снабжаются петлями, а плиты перекрытия хомутами, через которые проходят связующие стержни (рис. 5). Это позволяет при сценарии устранения нижней опорной наружной панели рассчитывать на зависание плиты перекрытий на связующих стержнях без последующего обрушения конструкций. Подобный вариант
165
Большие разрушения по линиям AD, BE, CF
Конструктивное верхнее покрытие отделено от плит, в основном в части перекрытия возле краевых балок
Большие трещины между плитами и балками перекрытия
Большие трещины в деталях перекрытия из-за кручения
Рис. 3. Сценарий возможного поведения рамной сборной конструкции после внезапной потери колонны в результате аварийного воздействия [14]
Соединительные стержни поверх балки перекрытия, которые должны действовать в качестве системы провеса при изменении нагрузки
\
Выступающие из балки перекрытия арматурные хомуты
Поперечные связывающие стержни, соединяющие перекрытие с опорными балками
Рис. 4. Пример соединения между балкой перекрытия и периферийной связывающей арматурой [14]
можно представить как конструкцию узла опирания плит перекрытий на внутреннюю несущую плиту (рис. 6).
Все рассмотренные конструктивные решения позволяют достаточно надежно решать узлы опирания плит перекрытий для каркасных и панельных зданий без балконов. Связующая арматура во всех решениях пересекает зону выпуска несущего конструктива из плит перекрытий, что не позволяет использовать это решение при применении плит с межпустотными усилителями (рис. 2).
200
Бетон В 25
Цементно-песчаный раствор М 200
600
600
Арматурный хомут
_"Л .
, / / .
Связующие стержни
h
к
Петля
Бетон В 25
Рис. 5. Пример соединения типовых плит перекрытия с панелями наружных стен
Рис. 6. Пример соединения типовых плит перекрытий с панелями внутренних стен
Цементно-песчаный раствор М 200 Связующие
Рис. 7. Пример соединения плит перекрытий с межпустотными усилителями с панелями наружных стен
10'2018
19
Крупнопанельное домостроение
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 9. Пример выполнения фасадных карнизов: 1 — фасад с трехслойной наружной стеной; 2 — фасад с кладкой под крупные блоки; 3 — фасад под кирпич
Размещение связующей арматуры под выступающими балочками плит с межпустотными усилителями (рис. 7) позволяет создать типовое решение опирания плит перекрытий на несущие панели. Связующие стержни удерживают плиты перекрытий от падения. Усилие провисания зависит от пластичности и прочности связывающих арматурных стержней. Стяжка делается неразрезной, при этом стержни затянуты хомутами или болтовыми замковыми соединениями и надежно закреплены на концах прядей в опорной зоне. Расход металла на устройство связывающей арматуры по вариантам расчета на прогрессирующее обрушение, представленным на рис. 5 и 7, одинаковый.
Связующая арматура может быть либо в виде арматуры периодического профиля с высокой прочностью на разрыв, либо в виде витых предварительно напряженных прядей. На практике пряди предпочтительнее арматурных стержней. В рекомендациях при выборе связующей арматуры предлагается отдавать предпочтение прядям, у которых отсутствует сцепление с бетоном. Возможным вариантом предотвращения сцепления с бетоном может быть дополнительная смазка прядей или укладка в пластиковые или резиновые трубки на отрезках над опорами.
Таким образом, принципиальным отличием приведенных выше схем укладки связующей арматуры является расположение связей относительно торцов перекрытий. В решениях,
Рис. 10. Пример выполнения балкона с трехслойной панелью наружной стены
представленных на рис. 3-5, связующие стержни не позволяют выдвинуть перекрытия за пределы наружной стены и организовать балконы, лоджии, карнизы, т. е. эта схема армирования приемлема для зданий с плоским фасадом. Схема опирания плит перекрытий на связующие стержни является универсальной при использовании ее для плоских фасадов и фасадов с балконами, лоджиями, фасадными карнизами. Важной особенностью предложенной схемы опирания многопустотных плит на несущий слой панелей наружных стен является предоставление архитекторам полной свободы в выборе варианта отделки фасадов зданий.
На рис. 8, а представлен вариант однослойной панели наружной стены с последующим креплением утеплителя и устройством фасадного слоя. На рис. 8, б представлен вариант трехслойной панели полной заводской готовности с вариантами фасадного слоя от вскрытия фактуры до укладки керамической плитки и применения матричной отделки. Широкое применение в отечественной практике получила в монолитном домостроении отделка фасада под кирпич с монтажом на площадке жесткого утеплителя (газобетонные блоки) и последующей кирпичной кладки (рис. 8, в). Эффективным приемом является использование крупных газобетонных блоков в качестве утеплителя и фасадного
20
102018
Научно-технический и производственный журнал
слоя, обработанного «под фаску» (рис. 8, г). На рис. 8, д представлен вариант выполнения вентилируемого фасада. Все перечисленные варианты отделки касались плоских фасадов зданий. Это же разнообразие решений полностью применимо к фасадам с промежуточными карнизами (рис. 9) и балконами (рис. 10). Выводы.
Наблюдаемое, особенно в последнее время, в отечественной практике строительства многоквартирных жилых домов увлечение плоскими фасадами зданий и придание разнообразия в основном за счет раскраски зданий вызывает у населения известное отторжение. Застройщики связывают это с упрощением процесса строительства зданий и экономией средств на создание разного рода архитектурных «украшательств», среди которых оказались балконы и фасадные карнизы. Освоение и переход в панельно-кар-касном домостроении на применение длинномерных плит перекрытий с межпустотными усилителями позволяют вернуть незаслуженно забываемые приемы создания архитектурного разнообразия фасадов зданий.
Список литературы
1. Jan Gehl. Gities for People. Washington: Island Press, 2010. 276 р.
2. Николаев С.В. Панельные и каркасные здания нового поколения // Жилищное строительство. 2013. № 8. С. 2-9.
3. Гагарин В.Г., Пастушков П.П. Количественная оценка энергоэффективности энергосберегающих мероприятий // Строительные материалы. 2013. № 6. С. 7-9.
4. Андреев Д.А., Могутов В.А., Цирлин А.М. Выбор расположения слоев ограждающей конструкции с учетом предотвращения внутренней конденсации // Строительные материалы. 2001. № 12. С. 42-45.
5. Беляев В.С., Граник Ю.Г., Матросов Ю.А. Энергоэффективность и теплозащита зданий. М.: АСВ, 2012. 396 с.
6. Лобов О.И., Ананьев А.И. К вопросу нормирования уровня теплозащиты наружных стен зданий // Градостроительство. 2013. № 5 (27). С. 66-68.
7. Гагарин В.Г., Дмитриев К.А. Учет теплотехнических не-однородностей при оценке теплозащиты ограждающих конструкций в России и европейских странах // Строительные материалы. 2013. № 6. С. 14-16.
8. Николаев С.В., Сердюк А.И., Хаютин Ю.Г., Шрейбер А.К. О назначении нормативных характеристик композитных материалов для усиления строительных конструкций внешним армированием // Строительные материалы. 2018. № 7. С. 8-11. DOI: 10.31659/0585-430Х-2018-761-7-8-11
9. Николаев С.В. Обновление жилищного фонда страны на базе крупнопанельного домостроения // Жилищное строительство. 2018. № 3. С. 3-7.
10. Колчунов В.И., Клюева Н.В., Бухтиярова А.С. Сопротивление пространственных узлов сопряжения железобетонных каркасов многоэтажных зданий при запро-ектных воздействиях // Строительство и реконструкция. 2011. № 5. С. 21-32.
11. Николаев С.В., Шрейбер А.К., Хаютин Ю.Г. Инновационные системы каркасно-панельного домостроения // Жилищное строительство. 2014. № 5. С. 3-5.
12. Николаев С.В., Шрейбер А.К., Этенко В.П. Панельно-каркасное домостроение - новый этап развития КПД // Жилищное строительство. 2015. № 2. С. 3-7.
10'2018 ^^^^^^^^^^^^^
13. Astbury N.F. Gas Explosions in Loadbearing Brick Structures. British Ceramic Research Association. Report № 68. 1970.
14. Van Acker A. Design of precast concrete structures with regard to accidental loading. Course on the design of precast concrete structures. ICCX Master Course Sydney Academy. Belgium. 2008.
References
1. Jan Gehl. Gities for People. Washington: Island Press, 2010. 276 p.
2. Nikolaev S.V. Panel and Frame Buildings of New Generation. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2013. No. 8, pp. 2-9. (In Russian).
3. Gagarin V.G., Pastushkov P.P. Quantitative assessment of energy efficiency of energy saving measures. Stroitefnye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 6, pp. 7-9. (In Russian).
4. Andreev D.A., Mogutov V.A., Tsirlin, A.M., the Choice of layers enclosing structures subject to prevent internal condensation. Stroitefnye Materialy [Construction Materials]. 2001. No. 12, pp. 42-45. (In Russian).
5. Belyaev V.S., Granik Yu.G., Sailors Yu.A. Jenergojef-fektivnost' i teplozashhita zdanij [Energy efficiency and heat-shielding of buildings]. Moscow: ASV. 2012. 396 p.
6. Lobov O.I., Anan'ev A.I To the issue of normalizing the level of thermal protection of the external walls of buildings. Gra-dostroitel'stvo. 2013. No. 5 (27), pp. 66-68. (In Russian).
7. Gagarin V.G., Dmitriyev K.A. Accounting of heattechnical not uniformity at assessment of a heat-shielding of the protecting designs In Russia and the European countries. Stroitefnye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 6, pp. 14-16. (In Russian).
8. Nikolaev S.V., Serdyuk A.I., Khayutin Yu.G., Schreiber A.K. about appointment of standard characteristics of composite materials for strengthening of building structures by external reinforcement. Stroitefnye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 7, pp. 8-11. DOI: 10.31659/0585-430X-2018-761-7-8-11. (In Russian).
9. 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).
10. Kolchunov V.I., Klyueva N.V. Bukhtiyarova A.S. Resistance of spatial junctions of reinforced concrete frameworks of multi-storey buildings under beyond-design impacts. Stroitel'stvo i rekonstruktsiya. 2011. No. 5, pp. 21-32. (In Russian).
11. Nikolaev S.V., Schreiber A.K., Khayutin Y.G. Innovative system of frame and panel construction. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2014. No. 5, pp. 3-5. (In Russian).
12. 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).
13. Astbury N.F. Gas Explosions in Loadbearing Brick Structures. British Ceramic Research Association. Report № 68. 1970.
14. Van Acker A. Design of precast concrete structures with regard to accidental loading. Course on the design of precast concrete structures. ICCX Master Course Sydney Academy. Belgium. 2008.
- 21
