Изложены основные требования к разработке конструкций гражданских зданий. Приведены указания по выбору конструктивной и строительной системы проектируемого здания и даны основные принципы типизации объемно-планировочных и конструктивных решений, принятых в гражданском строительстве; рассмотрены конструкции, предусмотренные общероссийскими и отдельными территориальными каталогами унифицированных индустриальных изделий.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Политические, социальные и экономические преобразования конца XX века в России оказали большое влияние на объемы - практику и методику проектирования и строительства гражданских зданий.

Решающее влияние имеет новое законодательство и в первую очередь "Закон Российской Федерации об основах федеральной жилищной политики" от 24 декабря 1994г. и формирование в стране новой многоукладной экономики. При этом государственные инвестиции в массовое строительство существенно сократилось, а другие источники инвестиций еще не задействованы в должном объеме. Это привело к временному уменьшению объемов строительства, особенно, в социальной сфере. Наряду с этим значительно растет разнообразие возводимых гражданских зданий и их конструктивных решений. Последнее частично связано с широким импортом зарубежных технологий, строительных конструкций, материалов и изделий, происходящим на фоне реорганизации предприятий отечественной строительной индустрии с сопутствующим реорганизации снижением производительности. Резкое снижение государственного финансирования, направляемого на массовые социально значимые отрасли (жилище, учебно-воспитательные, лечебные, лечебно-профилактические и др. объекты социальной сферы) привело к сокращению типового проектирования - основного стимула к развитию индустриальных методов и строительной индустрии.

Наряду с этим активно развиваются процессы реконструкции и перепрофилирования существующих зданий в связи с динамичным изменением их функций. Одновременно происходит кардинальный пересмотр норм проектирования, затрагивающий все отрасли: от градостроительных проблем (например, норм естественной инсоляции помещений и норм плотности застройки), норм проектирования массовых типов зданий и их конструкций до норм энергосбережения. Практически все эти изменения сказываются на проектировании конструкций.

Такие радикальные изменения в практике проектирования и строительства потребовали от авторов при подготовке настоящего издания книги кардинального пересмотра содержания ее первого издания, вышедшего в свет в 1986 году.

Изменена структура учебника, введены новые главы, посвященные монолитным и сборно-монолитным зданиям, зданиям смешанных строительных систем, легким металлическим зданиям комплектной поставки, наружным ограждающим конструкциям повышенной утепленности, светопрозрачным конструкциям и пр.

Введен новый раздел, посвященный реконструкции гражданских зданий исторической застройки и домов массового строительства 1950-1960-х годов. Возможность быстрой ориентации в столь обширном материале, как надеются авторы, даст единая методическая система представления материала книги, привязанного к классификации наиболее широко применяемых строительных систем зданий.

Учебник ориентирован на рассмотрение конструкций, наиболее широко применяемых в строительстве или имеющих перспективы широкого применения в ближайшем будущем. Уникальные конструкции рассмотрены в ранее опубликованных учебниках I.

Авторы благодарят коллективы ведущих научно-проектных институтов Моспроекта-1, ЦНИЭП жилища, МНИИТЭП, МосжилНИИпроект за содействие в сборе материалов для данного учебника, а также рецензентов - кафедру "Архитектурные конструкции" МАрхИ (зав каф. профессора, почетного члена Международной Академии Архитектуры (Московское отделение) Ю.А Дыховичного и профессора З.А. Казбек-Казиева.

Авторы с признательностью примут замечания и предложения читателей по улучшению структуры и содержания книги.

Предисловие, введение, главы 1,2,4, 5, 10, 15-17 и заключение написаны Т.Г.Маклаковой, главы 3,6-9 и 11-14 - С.М.Нанасовой.

ВВЕДЕНИЕ

Научно-методические и инженерно-технические основы проектирования конструкций гражданских зданий массового строительства

1. Методика проектирования в жилищном строительстве

Специфической особенностью гражданского строительства во второй половине XX века стала его беспрецедентная массовость, вызванная урбанизацией большинства развитых стран. Массовость определила необходимость ускорения темпов строительства, снижения его стоимости и трудоемкости. В свою очередь эти требования определили необходимость индустриализации строительства - механизации строительно-технологических процессов и максимального объема применения конструкций заводского изготовления.

Индустриализация осуществляется двумя путями - предельной механизацией всех процессов на стройке (механизированное транспортирование бетонных смесей, применение многократно оборачиваемой инвентарной опалубки, заводских заготовок арматурных конструкций и т.п.) или вынесением большинства операций по изготовлению конструкций в заводские условия с максимальным сокращением объема работ на строительной площадке - полносборное строительство. В бывшем СССР, как и в большинстве стран Северной Европы, за основу был вполне обоснованно принят второй путь.

Он обеспечивал проектные параметры конструкций (при их систематическом лабораторном заводском контроле), что трудно достижимо на строительной площадке (особенно зимой), резкое сокращение трудозатрат и сроков строительства при снижении его стоимости.

Индустриальное полносборное строительство стало высшей отметкой технического прогресса в капитальном домостроении второй половины XX века. При этом (под влиянием полносборного строительства) резко повысился уровень индустриальности традиционного строительства. Так, например, в кирпичных домах собственно традиционной осталась лишь ручная кладка стен. Все остальные конструкции - фундаменты, перекрытия, лестницы и пр. в кирпичных домах чаще всего монтируют из полносборных изделий заводского изготовления.

Ускоряя технологические процессы на стройке, снижая их трудоемкость и повышая качество конструкций, заводское домостроение накладывает определенные ограничения на архитектурно-планировочные решения. Возможность индустриального заводского производства базируется на ограничении и типизации величин геометрических параметров зданий: высот этажей, пролетов и шагов вертикальных несущих конструкций.

Типизация геометрических параметров основана на модульной координации размеров в строительстве: их кратности единому модулю - М A00 мм), но гораздо чаще - укрепленным модулям - ЗМ C00 мм), 6М F00 мм), 12М, 15М, 30М, 60М. Чем крупнее модуль, заложенный в разработку проекта, тем меньше номенклатура изделий, необходимых для его воплощения, но тем больше "плата за унификацию" - увеличение объема здания из-за необходимости увеличения размеров помещений, так как их габариты превышают функционально необходимый минимум из-за необходимости привязки к модулированным величинам.

Взаимное согласование функциональных и производственно-заводских требований к габаритам помещений проводится в соответствии с типами зданий. Для жилищного строительства в соответствии с мелкоячеистой объемно-планировочной структурой жилых домов наибольший экономический эффект дает ориентация на самый мелкий из укрупненных модулей - ЗМ (хотя имеются серии типовых проектов, ориентированные на укрупненный модуль 6М, и даже 12М).

Проектирование массовых общественных зданий ориентировано на применение укрупненных модулей 6М или 15М, а промышленных - на модули ЗОМ и 60М. Соответственно на эти модули ориентирована домостроительная промышленность и промышленность сборного железобетона.

Требования модульной координации размеров распространяются на проектирование зданий с различными конструкциями (кирпичными, сборно-монолитными и др.), так как в каждом из них в большем и меньшем объеме применяются сборные элементы. Процесс типизации конструкций взаимосвязан с процессом типизации зданий или их фрагментов, но осуществляется на основе различных методов. Метод "открытой системы типизации" основан на принципе "детского конструктора" и подчинен только системе укрупненных модулированных основных конструктивных размеров зданий - высот этажей, пролетов и шагов несущих конструкций. Во взаимосвязи с этими основными габаритными размерами проектируют сборные изделия и разнообразные по функциональному назначению и объемно-планировочному решению здания.

Метод "закрытой" системы типизации построен принципиально иначе. Он базируется на разрезке запроектированного в модульной системе здания на сборные элементы.

Естественно, он требует на порядок меньшей номенклатуры для сборных элементов, чем открытая система типизации, но пригоден лишь для "обратной сборки" первоначально расчлененного на сборные элементы здания. Закрытая система возникла во второй половине XX века при становлении домостроительной промышленности, как единственно возможная в тот период по объему номенклатуры изделий F0-80 типоразмеров) по сравнению с открытой, требовавшей номенклатуры в 600-1000 типоразмеров.

В последующие десятилетия предпринимались многочисленные попытки вывести панельное домостроение на открытую систему типизации, на которой базируются другие строительные полносборные системы, - каркасно-панельная, крупноблочная и др.

Эти попытки базировались как на совершенствовании заводской технологии (введение элементов "гибкой технологии" производства изделий), так и на изменении принципов типизации самих зданий. Главным препятствием для внедрения полностью открытой системы типизации в жилищное строительство является принятый в нем принцип разрезки здания - на сборные элементы - "панель на комнату" в отличие от разрезки изделий размеров "на пролет", принятой в других видах полносборного домостроения.

Разрезка "панель на комнату" чрезвычайно привлекательна в функциональном и технико-экономическом отношении: все поверхности стен и перекрытий решаются без видимых в интерьере стыков, что обеспечивает минимум трудозатрат на отделку. В то же время "разрезка на комнату" слишком тесно связана с планировкой, конструкциями и технологией: любые изменения планировки влекут за собой изменения размеров панелей и стальных форм для их изготовления и приводят к увеличению номенклатуры изделий.

Обеспечить свободу планировочных решений в панельном домостроении может лишь отказ от принципа "панель на комнату". Эффективность такого подхода была доказана в начале восьмидесятых годов при создании по открытой системе типизации серии панельных конструкций 1.090.1-1 "Сборные железобетонные конструкции межвидового применения для крупнопанельных общественных зданий и вспомогательных зданий промышленных предприятий с высотой этажа 3.0 и 3.3 м.

При сохранении в качестве ведущего принципа конструирования панельных зданий разрезки "на комнату" возможен и третий компромиссный путь типизации. Он не наносит такой ущерб эстетическим качествам, как чисто закрытый метод, уменьшает ограниченность функциональных решений зданий, и в то же время не требует такой чрезвычайно обширной номенклатуры, как открытая типизация.

Третий путь был выявлен путем анализа номенклатуры изделий при закрытом методе учеными Института строительной техники (бывшая Академия архитектуры СССР) еще в пятидесятые годы. Анализ показал, что номенклатура делится на много- и малотиражные изделия. Ее большая часть (преимущественно изделия для внутренних несущих конструкций) при варьировании объемно-планировочных решений остается почти стабильной: меняется лишь 10-15% ее состава (преимущественно фасадные изделия). Соответственно предлагалось высокомеханизированное производство стабильной части номенклатуры - многотиражных изделий, с вынесением производства изменяемых (малотиражных) на самостоятельные технологические линии. Последние должны быть оснащены необходимым технологическим оборудованием для гибкого изменения габаритов изделий и их отделки.

В начальный период становления домостроительной промышленности этот путь типизации реализовать не удалось. В 80-е годы, когда в стране сложилась мощная домостроительная промышленность, он стал вполне реалистичным. ЦНИИЭП жилища в этих целях были проведены дополнительные исследования и создана обширная всесторонняя комплексная архитектурно-конструктивно-технологическая проектная документация для перехода на гибкую систему панельного домостроения - ГСПД. Однако, радикальные политические и экономические преобразования в стране затормозили внедрение ГСПД в практику.

Реальная практика проектирования домов массового строительства на протяжении последней четверти века базируется на компромиссном блок-секционном методе. При нем в качестве первичной единицы типизации служит не здание, а его законченный фрагмент - блок-секция. Оставаясь по существу "закрытым", блок-секционный метод позволяет достаточно успешно решать функциональные и композиционные задачи - обеспечивая разнообразный набор квартир, разнообразие застройки и форм составляющих ее зданий.

Типовое проектирование домов по блок-секционному методу осуществляется серийно в виде взаимоувязанного комплекта проектов домов - представителей серии и набора блок-секций для конкретного города или природно-климатического региона (табл.1).

Дом-представитель - секционное здание простой формы, секции которого содержат квартиры, наиболее широко требуемые. Блок-секции дополняют набор квартир и служат средством получения при их блокировке сложных композиционных форм зданий - угловых (с тупым или прямым углом), П-, G-, Z-образной и др. формы в плане. Блок-секция представляет собой законченный фрагмент здания и состоит из одной-двух планировочных секций. Дом-представитель и блок секции одной серии имеют единую конструктивную систему. Разработка проектов серии базируется на требованиях гл. СНиП "Жилые здания". С 90-х годов наряду с общегосударственными нормативами получила развитие разработка местных территориальных норм проектирования. Базируясь на требованиях государственных норм, они позволяют более точно учесть особенности местных условий строительства. Такова, например, серия документов МГСН - Московских городских строительных норм.

Серия проектов домов-представителей и блок-секций при ее применении в условиях конкретного жилого образования обеспечивает рациональное расселение семей различного состава и архитектурно-композиционную целостность застройки.

Проведенные ЦНИИЭП жилища исследования рационального ограничения набора блок-секций позволили определить минимально необходимый по градостроительным требованиям и по составу квартир набор блок-секций. В него вошли рядовые секции: широтные и меридиональные (с обычными квартирами и квартирами для малосемейных), торцевые (левая и правая), универсальная по условиям ориентации трехквартирная угловая. Малоповторяемые блок-секции (поворотная под углом 135° и с проездом) могут быть заменены соответствующими блок-вставками (см. табл. 1). Для конкретных условий строительства минимальный набор серии дополняют разработанными на основе ее унифицированных конструктивно-планировочных параметров шумозащищенными секциями для застройки северной и южной сторон магистралей, рядовыми-торцевыми, для строительства на рельефе, проектами односекционных зданий и т.п.

Наряду с блок-секционной в панельном домостроении освоены и другие методики типизации, являющиеся дочерними модификациями блок-секционной. Так в Петербурге, на основе серии проектов 137 был опробован и внедрен в строительство с 70-х годов метод серийного проектирования на базе более мелких, чем блок-секции, элементов типизации - блок-квартир и лестнично-лифтовых блоков (ЛЛБ), свободно блокируемых в здания различной конфигурации, протяженности и этажности (рис.2, 3). Метод ориентирован на проектирование зданий секционного типа, и окончательная проектная продукция выпускается в виде серии проектов - блок-секций.

Аналогичная задача успешно решена и для Москвы Моспроектом - с созданием серии КОПЭ (конструктивно-объемно-планировочных элементов) и МНИИТЭПом в его серии ОКФ - объемно-конструктивных фрагментов и блок-секций в 80-е годы. Серия ОКФ включает три разновидности узлов вертикальных коммуникаций - для безлифтовых зданий, с одним и двумя лифтами, с которыми свободно блокируются полу-блок-секции с квартирами различной структуры и комнатости