Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Коклюгина Людмила Алексеевна, Коклюгин Алексей Викторович, Гимранов Линур Рафаэльевич, Никифоров Григорий Анатольевич
Постановка задачи. Цель исследования выявить возможность строительства многоэтажных жилых домов с применением современных деревянных конструкций, как высокотехнологичных строительных материалов , с учетом внесения изменений в действующее законодательство. Результаты.
Основные результаты исследования состоят в использовании современных приемов и методов возведения многоэтажных жилых домов с применением инновационных конструктивных решений. Отмечено, что дома из деревянных конструкций благоприятно влияют на состояние здоровья людей, живущих в экологически чистых домах. Проанализированы причины небольшого процента использования дерева в массовом строительстве в стране, являющейся одним из лидеров по запасам леса. Рассмотрены элементы организационно-технологических мероприятий при производстве работ с использованием деревянных конструкций. Выводы. Значимость полученных результатов для строительной отрасли состоит в возможности реализации на производстве и поиске направления исследований по разработке отечественных технологических процессов, совершенствованию законодательной базы , возможности финансирования и осуществления инвестиционных строительных проектов многоэтажных деревянных домов .
Железобетонные конструкции многоэтажного дома с подземным паркингом
Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Коклюгина Людмила Алексеевна, Коклюгин Алексей Викторович, Гимранов Линур Рафаэльевич, Никифоров Григорий Анатольевич
Modern technology of construction of multi-storey wooden houses
Problem statement. The aim of the study is to identify the possibility of construction of multi-storey residential buildings with the use of modern wooden structures as high-tech building materials , taking into account possible introduction of changes in the current legislation Results. The main results of a research consist of modern receptions and methods of multistoried construction houses with use of innovative constructive solutions. It is noted that the houses made of wooden structures have a positive impact on the health of people living in environmentally friendly homes.
The reasons for a small percentage of the use of wood in mass construction in the country, which is one of the leaders in forest reserves, are analyzed. The elements of organizational and technological measures in the production of works using wooden structures. Conclusions. The significance of the results for the construction industry is the possibility of implementation in the production and search for the direction of research on the development of domestic technological processes, improvement of the legislative framework , the possibility of financing and implementation of investment construction projects of multi-storey wooden houses .
Текст научной работы на тему «Современные технологии возведения многоэтажных деревянных домов»
Коклюгина Людмила Алексеевна
Новая технология строительства ПАНЕЛЬНЫЙ МОНОЛИТ . Металтек .
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Адрес организации: 420043, Россия, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1 Никифоров Григорий Анатольевич
Институт механики и машиностроения Казанского научного центра РАН
Адрес организации: 420111, Россия, г. Казань, ул. Лобачевского, д. 2/31
Современные технологии возведения многоэтажных деревянных домов Аннотация
Постановка задачи. Цель исследования — выявить возможность строительства многоэтажных жилых домов с применением современных деревянных конструкций, как высокотехнологичных строительных материалов, с учетом внесения изменений в действующее законодательство.
Результаты. Основные результаты исследования состоят в использовании современных приемов и методов возведения многоэтажных жилых домов с применением инновационных конструктивных решений. Отмечено, что дома из деревянных конструкций благоприятно влияют на состояние здоровья людей, живущих в экологически чистых домах. Проанализированы причины небольшого процента использования дерева в массовом строительстве в стране, являющейся одним из лидеров по запасам леса. Рассмотрены элементы организационно-технологических мероприятий при производстве работ с использованием деревянных конструкций.
Выводы. Значимость полученных результатов для строительной отрасли состоит в возможности реализации на производстве и поиске направления исследований по разработке отечественных технологических процессов, совершенствованию законодательной базы, возможности финансирования и осуществления инвестиционных строительных проектов многоэтажных деревянных домов.
Ключевые слова: многоэтажные деревянные дома, высокотехнологичные строительные материалы, законодательная база.
Известно, что каждому периоду времени соответствует определенный уровень развития архитектурных, конструктивных форм и технологий их возведения, заключающийся как в количественном выражении их вариантов, так и в качественном наборе их показателей. Возникает вопрос — каковы причины, побуждающие процесс их развития? Основной движущей силой является неудовлетворенность в качественных показателях существующих архитектурных, конструктивных форм на период реализации планируемого проекта. Данные причины можно отнести к внешним факторам развития.
Однако можно отметить также и возможность улучшения конструктивных решений за счет внутренней потребности в их развитии, как постоянном стремлении к повышению их совершенства.
Внешние и внутренние факторы развития, иначе источники развития или противоречия, можно разделить в целом на три группы:
• противоречия между потребностями и возможностями производства, которые определяют точки приложения и интенсивность движущих сил развития;
• противоречия между потребностями производства и существующей техникой, т.е. потребность в выпуске конструкций стимулирует развитие технологии их изготовления;
• противоречия между потребностью повышения совершенства конструкций и их структурно-функциональными возможностями, разрешение которых идет по пути применения новых схем, материалов, способов соединения и т.п. [1-3].
Опыт строительства моногоэтажных деревянных домов за рубежом
В свое время строились экономичные пятиэтажные жилые дома с упрощенными объемно-планировочными решениями, с максимальным использованием сборных конструкций, поставляемых домостроительными комбинатами. Сейчас повсеместно возводятся монолитные дома.
Однако в настоящее время все большую популярность в развитых странах Запада приобретает использование деревянных конструкций для строительства жилых многоэтажных домов. Это связано с неблагоприятной экологической обстановкой, особенно в крупных городах и промышленных центах.
Интенсивное использование строительных деревянных конструкций в многоэтажном строительстве возможно только в случае, когда будут обеспечены, с одной стороны, потребности производства, а с другой — преимущества дерева, как конструкционного материала. При этом развитие современных деревянных конструкций, как высокотехнологичных строительных материалов, следует понимать как процесс перехода на новый более качественный уровень.
В настоящее время деревянные дома строятся как в городах, так и в сельской местности. Сейчас активно воплощаются в жизнь идеи строительства высотных домов из древесины, в основном, в странах Евросоюза, Канаде, Великобритании, т.е. в странах, обладающих природными ресурсами, мощностями и передовыми технологиями
В Европейском Союзе (ЕС) реализуется программа «Деревянная Европа», целью которой является повышение доли жилой недвижимости до 80 % с применением инновационных конструкций из дерева. Этот проект финансируют государства ЕС. Уже сейчас доля деревянных домов достигает в Финляндии 40 %, в Австрии — 30 %, в Германии — 20 %. Кроме того разрабатываются современные технологии строительства высотных деревянных домов (табл.).
Строительство домов с применением деревянных конструкций за рубежом
Город Название объектов Год возведения Высота здания Кол-во этажей Кол-во квартир Стоимость, млн. евро
Лондон STADHAUS 2009 29,75 м 9 29 —
Лондон BRIDPORT 2011 15,24 м 5-8 41 8,0
Мельбурн FORTE 2012 32,17 м 10 23 8,3
Милан VIA CENNI 2013 27,95 м 9 124 17,0
Берген TREET 2015 49,00 м 14 62 27,5
Проведем обзор объектов, построенных в последнее время с использованием деревянных клееных конструкций. Наиболее часто встречаются такие объекты на севере Западной Европы.
Одним из первых строений такого типа был 9-этажный жилой дом в Лондоне Stadthaus (Великобритания). Строительство осуществлялось в течение 27 дней без отклонений от проектной документации. Дом полностью построен из деревянных конструкций, включая лестницы и лифтовые шахты, с применением CLT-панелей и LVL-бруса.
В городе Берген (Норвегия) введено в эксплуатацию здание 14-ти этажного жилого дома «Treet». Здание отличает тот факт, что все несущие и ограждающие конструкции, согласно проекту, выполнены из клееных деревянных конструкций — вертикальные фермы, колонны (сечение 495^495 мм и 405^650 мм, раскосы — 406×405 мм), лестничные марши и площадки, лифтовые шахты, стены и перекрытия. Использовались LVL-брус и CLT-панели. Следует обратить внимание на огнестойкость этих конструкций. Период огнестойкости основной несущей системы (фермы) составляет 90 мин., а вторичной (CLT-панелей) — 60 мин.
В городе Милан (Италия) построено 9-этажное здание ViaCenni. Основой конструктивного решения является различная толщина стен от 200 мм на первом этаже до 120 на девятом; соответственно толщина перекрытия варьируется от 200 мм до 250 мм в зависимости от длины пролета. Используя подобные технологические решения, построен 18-ти этажный жилой дом в Ванкувере.
Инновационные разработки композитных балок HESS TIMBER позволяют использовать LVL-брус большого сечения, имеющего технологические отверстия для пропуска различных инженерных систем (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, автоматизированные системы обеспечения безопасности). При этом контур отверстия в LVL-брусе не нуждается в усилении.
Во всем мире разрабатываются проекты строительства высотных домов из дерева. Самое высокое здание в 10 этажей (Forte Building) построено в Австралии. Это стало возможным благодаря появлению новых эффективных материалов на основе древесины.
Основными конструктивами являются CTL-панели (Cross Laminated Timber), которые представляют из себя панели, изготовленные путем перекрестного склеивания дощатых щитов толщиной от 60 до 400 мм. Характеристики: легкость, прочность, пожаробезопасность, тепло- и звукоизоляция. LVL-брус — конструкционная балка из шпона, являющаяся композитным материалом, не подвержена деформации, устойчива к химической агрессии. Размер балок из LVL-бруса достигает 36 м [4-6, 9-11].
Строительство деревянных домов в России
Примеры многоэтажного деревянного домостроения существуют и в России, но все они относятся к разряду «экспериментальных». Для того, чтобы не было противоречия существующим технологическим нормам, использовалась схема комбинирования конструкций из дерева, металла и железобетона.
Россия владеет огромными запасами леса, но строительство домов из древесины было ограничено строгим регламентом — не выше трех этажей и не более 500 м2. Попытки решения проблемы предпринимались Ассоциацией Деревянного Домостроения. Были реализованы проекты строительства пятиэтажных жилых домов, выполненных домостроительным комбинатом (ДСК) «Славянский» в 2014 году, который прошел многочисленные согласования проектов, провел испытания материалов и получил разрешение на строительство. После окончания строительства, ДСК «Славянский» прекратил свое существование, т.к. работать в сложившихся условиях стало невозможно по экономическим причинам.
При отсутствии законодательной базы многоэтажное деревянное строительство в России экономически нецелесообразно, т.к. не существует стандартных решений согласования проектной документации, прохождения экспертизы и получения разрешения на строительство. Но следует заметить, что на сегодня уже разработано огромное количество проектов, которые ждут своего часа.
Все эти вопросы решаются в индивидуальном порядке и требуют нестандартных путей согласования, что существенно увеличивает сроки осуществления инвестиционного строительного проекта. При этом в результатах проекта заинтересованы все участники: производители, проектные организации, подрядчики, инвесторы, эксплуатирующие организации и муниципальные власти.
Справедливости ради следует отметить, что правительство Российской Федерации рассматривает предложения по стимулированию деревянного домостроения, в частности возможности предоставления субсидий из федерального бюджета (подготовка проекта постановления № 259 с изменениями).
Преимущества деревянного домостроения
Дерево — возобновляемый природный ресурс. При производстве деревянных конструкций может использоваться низкосортная древесина и отходы производства. Обработка и монтаж конструкций значительно дешевле аналогов.
Технические характеристики деревянных конструкций выгодно отличаются от бетона и кирпича, широко используемых в настоящее время. Деревянные конструкции гибко
реагируют на сезонные и климатические изменения температуры и влажности воздуха. Древесина не только пропускает воздух, но и выполняет функции естественного фильтра.
Показатели теплопроводности дерева значительно отличаются от кирпича в лучшую сторону, что позволяет при проектировании наружных стен существенно уменьшить их толщину и массу конструкций, обеспечивая меньшие нагрузки на фундамент.
Здания из деревянных конструкций могут возводиться в сейсмически активных районах и в районах с просадочными грунтами. Деревянные конструкции сохраняют устойчивость к воздействию огня и температуры в течение 45 минут (металл — 15 мин.) в незащищенном состоянии. При обработке антипиренами горючесть сводится к минимуму. Энергосберегающие показатели: дома из СТЬ-панелей и ЬУЬ-бруса потребляют 65 кВт на 1 м2 в год в отличие от монолитного железобетона (190 кВт).
Рассматривая систематику критериев развития конструкций, таких как: функциональные критерии (надежность, безотказность, долговечность, ремонтопригодность, точность, прочность); технологические критерии (трудоемкость изготовления, членение технического объекта на элементы); экономические критерии (затраты материалов, энергии, габаритные размеры); антропологические (социальные) критерии (эргономичность, красота, безопасность, экологичность), — можно сделать вывод, что, при всей противоречивости данных критериев, современные деревянные конструкции занимают достойное место.
Показатели, характеризующие многоэтажные деревянные здания из клееной древесины
ЬУЬ-брус и СЬТ-панели значительно превосходят по прочности традиционные строительные материалы, что засвидетельствовано в различных научных исследованиях. Проверка испытания на сейсмические нагрузки также показала отличные результаты. Поэтому использование этих материалов в многоэтажном строительстве лишь вопрос времени, которое потребуется на согласование и утверждение нормативных документов.
Показатель горючести и степень огнестойкости являются совершенно разнотипными характеристиками. При воздействии высокой температуры сталь «отжигается», т.е. переходит из упруго-пластической в пластическую, и конструкции из стали теряют несущую способность. Потеря несущей способности обычно происходит при 500 оС, но при этом очень сложно, практически невозможно, определить место, где произойдет обрушение.
Проведенные исследования деревянных конструкций, подвергаемых воздействию высокой температуры, показывают, что они при температуре 500 оС воспламеняются, но скорость горения составляет 0,5 мм/мин, таким образом, потеря несущей способности происходит постепенно и зависит только от геометрических размеров в отличие от металлических конструкций. К тому же характеристики этого процесса можно заранее рассчитать и предвидеть поведение деревянных конструкций во время пожара, т.е. возможно рассчитать различные варианты возникновения пожара и его ликвидации (предсказуемость поведения конструктивных элементов).
Все эти факторы позволяют запроектировать как пассивные технологии защиты от воздействия огня и температуры (антипиренты), так и активные технологии (спринклерные системы)
Древесина — экологический ресурс, который быстро возобновляется и медленно расходуется. Уничтожение древесины происходит только при горении, гниении или разложении. При этом выделяется углекислый газ, который поглощается самими же деревьями. По сравнению с железобетоном, металлом, кирпичом (самые энергозатратные материалы) древесина даже в конце технологической цепочки эксплуатации (дрова, щепа, компост) не оказывает пагубного влияния на окружающую среду.
Учитывая особенности многовекового опыта строительства из древесины человечеством, можно сделать следующие выводы:
• деревянные дома комфортны для проживания;
• достаточные качества несущих и ограждающих конструкции;
• возможность комбинирования конструкций из древесины для достижения требуемых параметров с помощью современных технологий;
• простота в обработке и возможность простых технологических решений стыков и крепления;
• наличие современных антипиреновых и биозащитных составов значительно упрощает эксплуатацию деревянных зданий;
• развитие международного экологического туризма приводит к большому спросу по осуществлению инвестиционных проектов строительства. В некоторых случаях возможно строить в экологически чистых зонах (заказниках, национальных парках) [7, 8].
При всех достоинствах дерева следует учитывать, что организация строительной площадки для деревянного домостроения имеет свои особенности и требует детальной проработки. Необходимо подготовить открытые и закрытые склады для разгрузки и хранения комплектующих, исключающие замачивание. Хранение деревянных строительных материалов требует более внимательного отношения по сравнению с бетоном и кирпичом. Однако при монтаже конструкций не требуется мощных грузоподъемных механизмов. Основным достоинством дерева при возведении дома является простота монтажа, крепления, небольшой вес конструкций (рис.).
Рис. Типовое решение внутренних и наружных несущих стен многоэтажных зданий из древесины (иллюстрация авторов)
Одной из особенностей монтажа деревянных конструкций является удачное технологическое решение установки крепежных элементов, позволяющих получить высокую точность (2 мм) по сравнению с монтажом ж/б конструкций (10 мм). Учитывая небольшой вес конструкций и простоту монтажных операций, не требующих специальных механизмов и оборудования, нужно отметить достижение высокой производительности труда и обеспечение безопасности производства работ.
Следует также помнить, что антипиреновая защита наносится на заводе-изготовителе, а, значит, конструкции требуют особой осторожности при хранении и производстве работ.
Причины, ограничивающие развитие высотного деревянного домостроения
Причинами, ограничивающими развитие высотного деревянного домостроения в России, являются:
• отсутствие технического регламента для деревянного домостроения выше 3-х этажей;
• элементарная нехватка кадров проектировщиков и строителей;
• отсутствие специальных сортаментов на деревянные конструкции, в связи с чем проектировщики должны производить индивидуальные расчеты для каждого элемента;
• существующие в России предприятия по выпуску CTL-панелей и LVL-бруса до 90 % продукции поставляют в страны ЕС и даже в Австралию в связи с низким спросом в РФ;
• низкая заинтересованность возможных заказчиков, отсутствие должной рекламы. Существующие отдельные примеры удачного завершения проектов деревянного
домостроения лишь подчеркивают актуальность проблемы. Сложившаяся сейчас практика строительства монолитного железобетонного жилья давно решила все вопросы, возникающие при введении новых технологий. К тому же для строительства из монолитного железобетона требуется гораздо меньше земельных участков для многоэтажек. Появившиеся успешные примеры строительства многоэтажных деревянных домов в России и странах ЕС неизменно свидетельствуют о резком повышении интереса потенциальных потребителей.
Существующие в настоящее время проблемы, ограничивающие развитие многоэтажного деревянного домостроения в России, не являются критическими. Поэтапное решение задач, поставленных в майских указах президента России, таких как: улучшение жилищных условий 5 млн семей ежегодно, обеспечение семьи со средним уровнем достатка доступным жильем, увеличение объема жилищного строительства до 120 млн м2/год, несомненно приведет к широкому распространению инновационных методов деревянного многоэтажного домостроения, особенно в регионах, богатых лесом.
Устранение пробелов в законодательной базе даст мощный толчок к разработке новых решений деревянных конструкций, увеличит шансы переналадке отечественного производства.
Список библиографических ссылок
1. Кузнецов И. Л., Коклюгина Л. А. Проблема выбора оптимального конструктивного решения : мат. международной научно-технической конференции. Волгоград, 1998. С. 59-61.
2. Имайкин Д. Г., Ибрагимов Р. А. Исследование факторов, влияющих на срок службы тентовых строительных материалов // Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. № 14. С. 120-123.
3. Мельников Н. П. Металлические конструкции. Современное состояние и перспективы развития. М. : Стройиздат, 1983. 542 с.
4. Khumpaisal S., Chen Z. Risk assessment in real estate development: an application of analytic network process // Journal of Architectural/Planning Research and Studies. 2010. № 7 (1). P. 103-116.
5. Murray S. L., Grantham K. Development of a Generic Risk Matrix to Manage Project Risks // Journal of Industrial and Systems Engineering. 2011. № 5 (1). P. 35-51.
6. Сормунен П. Энергоэффективность зданий. Ситуация в Финляндии // Инженерно-строительный журнал. 2010. № 1. С. 7-8.
7. Повышение эффективности строительного производства в монолитном домостроении на основе оценки организационно-технологических решений //
www.DisserCat.com : Научная библиотека диссертаций и авторефератов. 2004. URL: http://www.dissercat.com/content/povyshenie-effektivnosti-stroitelnogo-proizvodstva-v-monolitnom-domostroenii-na-osnove-otsen#ixzz5VLE2ST1O (дата обращения: 06.10.2018).
8. Перспективы развития многоэтажного деревянного домостроения в России // https: //scienceforum.ru : Студенческий научный форум. 2018 URL: https://scienceforum.ru/ 2018/article/2018006156 (дата обращения: 10.10.2018).
9. Malo K. A., Abrahamsen R. B., Bjertn^s M. A. Europe Journal of Wood and Wood Production. 2016. Vol. 74. Iss.
3. P. 407-424.
10. Chapman John, Reynolds Thomas, Harris Richard. A 30 Level Cross Laminated Timber Building System And Analysis Of The Eurocode Dynamic Wind Loads // World Conference on Timber Engineering 15-19 july 2012, Aucklamd New Zeland. P. 49-57.
11. Van J. W. G., DeKuilen, Ceccottib A., Zhouyan Xia, Minjuan He. Very Tall Wooden Buildings with Cross Laminated Timber // Procedia Engineering. 2011. Vol. 14.
P. 1621-1628.
Koklyugina Lyudmila Alekseyevna
Gimranov Linur Rafael’yevich
candidate of technical sciences, associate professor
Kazan State University of Architecture and Engineering
The organization address: 420043, Russia, Kazan, Zelenaya st., 1 Nikiforov Grigoriy Anatol’yevich
Institute of Mechanics and Engineering, Kazan Science Center, RAS The organization address: 420111, Russia, Kazan, Lobachevsky st., 2/31
Modern technology of construction of multi-storey wooden houses Abstract
Problem statement. The aim of the study is to identify the possibility of construction of multi-storey residential buildings with the use of modern wooden structures as high-tech building materials, taking into account possible introduction of changes in the current legislation Results. The main results of a research consist of modern receptions and methods of multistoried construction houses with use of innovative constructive solutions. It is noted that the houses made of wooden structures have a positive impact on the health of people living in environmentally friendly homes.
The reasons for a small percentage of the use of wood in mass construction in the country, which is one of the leaders in forest reserves, are analyzed. The elements of organizational and technological measures in the production of works using wooden structures.
Conclusions. The significance of the results for the construction industry is the possibility of implementation in the production and search for the direction of research on the development of domestic technological processes, improvement of the legislative framework, the possibility of financing and implementation of investment construction projects of multi-storey wooden houses. Keywords: multi-storey wooden houses, high-tech building materials, legislative framework.
1. Kuznetsov I. L., Kokliugina L. A. The Problem of choosing the optimal constructive solution : mat. of international scientific and technical conference. Volgograd, 1998. P.59-61.
2. Imaikin D. G., Ibragimov R. A. Study of factors influencing the service life of the awning of building materials // Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2015. Vol. 18. № 14. P.120-123.
3. Melnikov N. P. Metal structures. Current state and development prospects. M. : Stroyizdat, 1983. 542 p.
4. Khumpaisal S., Chen Z. Risk assessment in real estate development: an application of analytic network process // Journal of Architectural/Planning Research and Studies. 2010. № 7 (1). P. 103-116.
5. Murray S. L., Grantham K. Development of a Generic Risk Matrix to Manage Project Risks // Journal of Industrial and Systems Engineering. 2011. № 5 (1). P. 35-51.
6. Sormunen P. Energy efficiency of buildings. The situation in Finland // Inzhenerno-stroitel’nyy zhurnal. 2010. № 1. P. 7-8.
7. Improving the efficiency of construction production in monolithic housing construction based on the assessment of organizational and technological solutions // www.DisserCat.com : Scientific library of dissertations and abstracts. 2004. URL: http://www.dissercat.com/content/povyshenie-effektivnosti-stroitelnogo-proizvodstva-v-monolitnom-domostroenii-na-osnove-otsen#ixzz5VLE2ST1O (reference date: 06.10.2018).
8. Prospects of development of multi-storey wooden house building in Russia // https: //scienceforum.ru: Student Scientific Forum. 2018 URL: https://scienceforum.ru/2018/article/2018006156 (reference date: 10.10.2018).
9. Malo K. A., Abrahamsen R. B., Bjertnœs M. A. Europe Journal of Wood and Wood Production. 2016. Vol. 74. Iss.
3. P. 407-424.
10. Chapman John, Reynolds Thomas, Harris Richard. A 30 Level Cross Laminated Timber Building System And Analysis Of The Eurocode Dynamic Wind Loads // World Conference on Timber Engineering 15-19 july 2012, Aucklamd New Zeland. P. 49-57.
11. Van J. W. G., DeKuilen, Ceccottib A., Zhouyan Xia, Minjuan He. Very Tall Wooden Buildings with Cross Laminated Timber // Procedia Engineering. 2011. Vol. 14.
P. 1621-1628.
Источник: cyberleninka.ru
Жилые здания
[[Категория:Жилые здания]] Зарождение стального строительства неразрывно связано с появлением первых высотных зданий. Первый 10-этажный «небоскреб» на основе стального каркаса собрали в Чикаго в конце 19 века. Затем строить высотные здания начали в Нью-Йорке и других крупных городах США. Выбор технологии был обусловлен простым фактором – земля была дорогая, а потребности в квадратных метрах год от года неуклонно росли. Кроме того, многоэтажные здания привлекали застройщиков многофункциональностью: часть этажей можно было отдать под жилье, часть – под офисы, магазины и другие коммерческие помещения.
Российская инженерно-конструкторская школа внесла весомый вклад в развитие мирового стального строительства. В первую очередь стоит отметить советского архитектора и изобретателя Владимира Шухова, который всю жизнь посвятил поиску новых способов применения металлических конструкций в гражданском строительстве.
Его изобретения – это стеклянные потолочные перекрытия, сетчатые башни, оболочки-мембраны и многое другое. Мало кто знает, но именно он проектировал всем известные купольные потолки ГУМа, Киевского вокзала, здания московского Почтамта. По его чертежам в 1922 году была построена знаменитая сетчатая телебашня на Шаболовской, а спустя полвека эта технология нашла свое отражение в небоскребах по всему миру: это и башня Кобэ в Японии, и Сиднейская башня в Австралии, и Торнадо-тауэр в Катаре, и 600-метровая телебашня Гуанчжоу в Китае. Это лишь некоторые примеры.
Также, когда мы говорим об отечественном стальном строительстве, нельзя не упомянуть знаменитые сталинские высотки – без них невозможно представить современный облик Москвы, а плановые обследования конструкций доказывают, что здания находятся в хорошем состоянии, несмотря на то, что были построены более полувека назад. Есть и другие примеры зданий, построенных по данной технологии в нашей стране: Центр международной торговли (Москва), Московский международный Дом музыки (Москва), Крокус Сити (Москва), Дом Зингера (Санкт-Петербург), Дальневосточный федеральный университет (Владивосток) и другие.
В России технология строительства с применением стального каркаса в основном применяется для возведения зданий нежилого назначения: складских комплексов, торговых центров, спортивных объектов, промышленных и сельскохозяйственных зданий. Особое распространение имеют полнокомплектные быстровозводимые здания из металла различного назначения.
В гражданском секторе ситуация отличается: для девелоперов наиболее привычными технологиями являются панельное и монолитное строительство, поэтому немногие застройщики готовы отойти от знакомых материалов и попробовать новую технологию. Но, так как большую долю нового строительства занимают жилые здания (по данным Росстата в 2015 г. показатель ввода зданий жилого назначения составил 79% от общего объема), интересен опыт применения металлоконструкций именно в этом сегменте.
Преимущества многоэтажного строительства с применением стального каркаса
Самый больной вопрос в любом городе любой страны мира, конечно, квартирный. Проанализировав пятилетнюю статистику, преимущественный объем ввода зданий приходится на жилой сегмент — порядка 72% от общего объема. Эксперты строительной отрасли имеют все предпосылки предполагать, что данная тенденция сохранится и в ближайшем будущем. Что касается технического прогресса в жилищном строительстве, то на данном этапе развития отрасли он состоит в дальнейшей его индустриализации и переходе на монтаж из более крупных конструкций и деталей заводского изготовления с применением эффективных материалов.
Сегодня технология строительства с применением стального каркаса используется при строительстве высотных зданий, жилых комплексов средней и низкой этажности, многофункциональных комплексов, инфраструктурных объектов (паркинги, ФОКи) и социальных объектов (школы, детские сады, медицинские центры), коммерческой недвижимости. Основными преимуществами данной технологии являются: скорость, конкурентная себестоимость, гибкость и функциональных планировочных решений, возможность «типового» строительства и экономическая эффективность.
Скорость
Сегодня считается нормальным покупать жилье на этапе котлована и от момента внесения первого взноса до момента заезда в новое жилье ждать по 2-3 года. Так, если сборка 10-этажного 7-ми подъездного панельного дома в среднем занимает 5-6 месяцев, монолита 10-11 месяцев, то «коробка» из стального каркаса будет готова за 4 (при использовании навесных панелей). Это возможно благодаря отсутствию так называемого «цикла мокрых работ» в процессе монтажа, который серьезно замедляет возведение монолитных зданий. Здесь проявляется еще один плюс стальных конструкций: их производят непосредственно на заводе, а на стройплощадку доставляются уже фактически готовые элементы, которые остается просто смонтировать по принципу конструктора «лего». Кроме того, отсутствие «мокрых процессов» дает возможность всесезонного строительства в различных регионах РФ без дополнительных затрат на применение новейших технологий и материалов для зимнего строительства.
Для увеличения темпов применяется поточный метод строительства, при котором возведение несущих конструкций на более высоких отметках здания ведется параллельно устройству ограждающих конструкций на уровнях ниже. Данный метод работает при многоэтажном строительстве, так как металлокаркас имеет возможность возведения укрупненными элементами высотой 12 и более метров. При возведении 3-х и 4-х этажных зданий совмещение этапов не требуется, так как интенсивность использования рабочих в данном случае будет снижаться. Скорость строительства стального каркаса соизмерима с панельным домостроением, который основан на использовании предварительно изготовленных крупных железобетонных панелей и плит заводского производства.
Важно отметить, что существенное влияние на темп строительства оказывает календарное планирование работ. В том случае, если девелопер/заказчик нацелен на высокие темпы ввода площадей в эксплуатацию, то, выбирая технологию строительства с применением стального каркаса, он обладает всеми возможностями по оптимизации сроков строительства. В данном случае, риск замедления сроков реализации, простаивания производственных мощностей и низкая эффективность рабочей силы лежат на генеральном подрядчике строительства и не являются недостатком выбранной технологии строительства.
Конкурентная себестоимость
Технология возведения домов сводится к сухой всесезонной «сборке» заготовок заводского качества при использовании только кранов на автомобильном шасси. Экономия на спец. технике и уменьшение требуемого количества специалистов высокой квалификации (по сравнению со стандартными технологиями) позволяет снизить себестоимость строительства 1 кв. м продаваемой площади. Это дает возможность реализовать доступное жилье, решить проблему очередников, малообеспеченных и молодых семей практически во всех самых отдаленных уголках нашей страны и в любом климате.
Гибкость и функциональность планировочных решений
Существует мнение, что гибкость и функциональность планировок всегда на стороне монолита, а планировочные решения в домах из металлокаркаса являются заложником конструктивной системы, как и у панельных домов.
Но, в действительности применение стального каркаса в здании означает отсутствие несущих стен, что дает конечному пользователю (покупателю) полную свободу для воплощения своих дизайнерских идей, а заказчику увеличивать продаваемую площадь здания до 10%.
Создавать оригинальные планировки помогает компактность вертикальных несущих конструкций (колонн). Вместо несущих бетонных стен и пилонов в здании со стальным каркасом появляется небольшая колонна. Для здания высотой 20 этажей ее размер не будет превышать 40х40 см. Для сравнения, аналогичная по несущей способности бетонная стена будет иметь размер 20х150 см.
Коммуникации в случае стального каркаса размещаются в шахтах (подобных лифтовым) и имеют сравнительно компактные размеры. Для девелопера такая технология строительства позволяет реализовать наиболее конкурентоспособную нарезку квартир.
В случае строительства социального жилья, где выгоднее реализовывать квартиры, соответствующие точному количеству квадратных метров, определенные по социальным нормативам, вопрос гибкости планировочных решений встает наиболее остро. Кроме того, благодаря стальным конструкциям назначение использования здания и его внутренние планировки могут со временем изменяться, как это, например, произошло с гостиницей «Украина» или Центром международной торговли. Шаг колонн ригелей и балок задается в зависимости от планировок потенциального объекта и влияет на расход стали. Мнение, что «у зданий из сборных стоечно-ригельных конструкций, шаг колон важнее эргономичности планировок и оптимизации размера помещений» является ошибочным, так как узлы конструируются инженером после подбора сечений колонн и балок, а не наоборот.
Таким образом, свободная квартирография и неограниченная возможность перепланировки и эргономичность планировочных решений – неоспоримые плюсы технологии строительства с применением стального каркаса.
По качественным характеристикам (теплоизоляции, звукоизоляции, огнестойкости и пр.) здания, реализованные на стальном каркасе, не уступают характеристикам зданий, построенных по классическим технологиям.
Конструктив зданий
В современной мировой строительной практике на сегодняшний день наиболее востребованы сталежелезобетонные конструкции и конструкции из тонкостенных оцинкованных элементов. Сталежелезобетонные конструкции представляют собой гибрид стального каркаса и монолитного железобетона. Такой гибрид двух различных конструктивных решений позволяет получить достоинства обеих систем в одной конструкции: обеспечиваются компактные сечения и большие пролеты, защита от коррозии и огнезащита конструкций. В российской строительной практике такие технологии тоже используют, но в гораздо меньших объемах из-за отсутствия нормативной базы, которую с введением нового свода правил по проектированию сталежелезобетонных конструкций удастся улучшить.
Легкие стальные тонкостенные конструкции из оцинкованного проката используются как для устройства ограждающих конструкций (наружные стены, перекрытия), так и для возведения всего каркаса в целом. Главное преимущество технологии – малый вес конструктивных элементов. В малоэтажном строительстве из ЛСТК выполняют весь каркас здания, а затем получившийся «скелет» утепляют и облицовывают. В многоэтажном строительстве ЛСТК используют в основном в качестве модулей заводской готовности, которые интегрируются в каркас из черного проката, либо для устройства наружных стен и перекрытий.
«Типовое» строительство
Строительство проектов по технологии с применением стального каркаса может применяться при реализации проектов разного класса и позиционирования. Но, важно помнить, что покупатели квартир в комплексах «бизнес» и «элит» классов проявляют повышенные требования к качеству строительства, планировкам, местам общего пользования и даже к фасадным решениям. Типовое строительство можно реализовывать только тогда, когда такие требования минимальны, а значит в комплексах «комфорт» и «эконом» классов.
Сегодня типовое строительство — это панельное домостроение. Типовая застройка по технологии «стального каркаса» возможна. В настоящее время реализуется ряд проектов, которые, мы надеемся, станут «типовыми» и смогут быть востребованы в рамках реализации федеральных программ.
Потенциальным и рекомендуемым направлением для развития стального строительства является сектор гражданского строительства в регионах, а именно реализация программ: «Жилье для российской семьи», «Обеспечение жильем отдельных категорий граждан», «Арендное жилье» и пр. В настоящее время такие проекты уже реализуются. Например, ЖК «Новомарусино» (г.
Новосибирск), ЖК «Милоновский парк» (г. Уфа) и пр. участвуют в реализации государственной программы «Жилье для российской семьи». Жилые проекты в г. Гаджиево, в г. Красноармейск, на Курильских островах, в Нижегородской области реализуются по программам: «Жилье для военнослужащих» и «Переселение из ветхого и аварийного жилья». Так, например, за все время существования программ переселения граждан из аварийного жилого фонда было расселено порядка 5,7 млн. кв. м жилья, а к осени 2017 г. планируется расселить еще 5,6 млн. кв. м жилищного фонда. Эта задача должна быть реализована за период чуть больше 1 года, поэтому, только по данной программе во всех регионах России, участвующих в программе, должно вводиться ежемесячно порядка 400 тыс. кв. м.
Экономическая эффективность технологии
Поиск путей повышения конкурентоспособности девелоперских проектов всегда является актуальным, а особенно в кризисный период. В таких условиях увеличение темпов реализации жилых проектов и снижения затрат на строительство – самые важные задачи для строительных компаний.
Производители металлопроката, входящие в АРСС, в настоящее время активно поддерживают строительную отрасль и готовы предложить специальные условия в рамках программы поддержки пилотных проектов. Кризис для девелоперов, в данном случае, дает уникальные возможности перехода на передовые конкурентоспособные технологии строительства. Кроме того, технология строительства на металлокаркасе может способствовать оживлению строительной отрасли в целом в условиях падения цен на металлопрокат на мировых рынках.
Для покупателя: на рынке жилой недвижимости основными факторами, влияющими на ценообразовании квартир, являются: местоположение объекта, его позиционирование и стадия готовности. В данном случае, технология строительства – второстепенный фактор. При этом, если с панельным строительством у покупателей ассоциируется жилье «эконом» и «комфорт» класса, с монолитом – жилье повышенной комфортности («бизнес», «элит»), то комплексы, построенные на металлокаркасе, могут позиционироваться в любых ценовых сегментах в зависимости от планировок и вариантов отделки. Это благоприятный фактор для девелоперов, позволяющий возводить здания разные по позиционированию по одной технологии. Если речь идет о строительстве жилья «эконом» класса, то типовые фасадные решения (панели НСП) позволяют минимизировать затраты на возведение «коробки» зданий на металлокаркасе, что, в свою очередь, будет влиять на цену квадратного метра.
Для девелопера: из-за отсутствия «массовой» застройки с использованием подобной технологии именно в России пока сложно уверенно называть какие-либо цифры, касающиеся себестоимости. Это зависит от множества региональных факторов, этажности, требуемых объемно-планировочных решений. Расчеты нашего инженерного центра АРСС показывают, что для типовых жилых объектов эффективно спроектированный металлокаркас по стоимости будет на 5-10% дешевле монолитного аналога. Исследования наших британских коллег из Института стальных конструкций (SCI) также показали, что стоимость возведения жилого дома сокращается на 6% по сравнению с традиционной монолитной технологией (на примере 6-этажного дома).
Барьеры
Активному применению технологии «стального каркаса» в жилищном секторе препятствуют стереотипы, которые сложились вокруг данной темы («ненадежность технологии», «длительные сроки согласования», «отсутствие квалифицированного рабочего персонала» и т.д.). Если сравнивать все технологии для реализации объектов жилого назначения, то мы увидим, что конкурентные преимущества стального строительства имеют гораздо большую значимость для девелоперов, нежели те опасения и стереотипы, которые легко можно нивелировать в процессе «наработки» практики.
Перспективы
Мы считаем, что в России есть все предпосылки для успешного использования данной технологии не только в промышленном сегменте, но и в гражданском строительстве. Во-первых, у нас существует избыток производственных мощностей по стальному прокату, существует множество производителей стальных конструкций, а также монтажных организаций. Во-вторых, АРСС активно занимается системной работой по повышению возможностей проектировщиков, совместно с ведущими научными институтами ведет разработку новых строительных норм, пособий по проектированию с применением стальных конструкций. Поэтому, при благоприятном развитии событий (внесении необходимых изменений в нормативную базу, успешной реализации пилотных проектов в гражданском строительстве, которыми сейчас занимается Ассоциация, повышении уровня знаний проектировщиков) доля строительства многоэтажных зданий на стальном каркасе увеличится до 20% в 2020 году.
Особенности проектирования многоэтажных жилых зданий со стальным каркасом
При проектировании многоэтажных жилых зданий разрабатывается проектная документация в объёме, указанном в Постановлении Правительства РФ N87 от 16 февраля 2008 года “О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию”. Требования, предъявляемые к проектированию конструкций, указаны в разделе 4 “Конструктивные и объемно-планировочные решения”, и не различаются в зависимости от применяемых материалов (сталь, железобетон, кирпич).
В РФ разработана нормативная документация, позволяющая в достаточном объёме использовать стальные конструкции в качестве каркаса для многоэтажных зданий. Требования к проектированию стальных конструкций отражены в своде правил СП 16.13330.2011 “Стальные конструкции”.
Особенностью использования стальных конструкций является необходимость дополнительно защищать их от огневого воздействия при возможном пожаре. В монолитных железобетонных конструкциях подобная защита обеспечивается наружным слоем бетона элемента конструкции (защитным слоем бетона). Основным способом огнезащиты стальных конструкций является применение специальных сертифицированных огнезащитных материалов. Конструктивные особенности каркаса позволяют также скрыть элементы конструкций в объёме внутренних и наружных стен, тем самым обеспечивая необходимую защиту от огня.
- СП 54.13330.2011 Здания жилые многоквартирные
- СП 16.13330.2011 Стальные конструкции
- СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия
- СП 70.13330.2012 Несущие и ограждающие конструкции
- СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения
- ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения
- СП 266.1325800.2016 Конструкции сталежелезобетонные. Правила проектирования
- СП 2.13130.2012 Обеспечение огнестойкости объектов защиты
- СП 4.13130.2013 Ограничение распространения пожара на объектах защиты
Ключевые вопросы при проектировании зданий на стальном каркасе
Ограждающие конструкции
Каркасные стены с внутренним утеплителем применяются в конструкциях из стали или бетона и предназначены для крепления ограждающих конструкций, а также для восприятия ветровых нагрузок. Они могут быть изготавливаться в заводских условиях или на строительной площадке. Аналогичная технология может применяться для внутренних разделительных стен и перегородок.
Преимуществом использования навесных стеновых панелей является возможность снизить металлоемкость каркаса и увеличить внутреннее пространство помещений. При использовании панелей возрастает скорость наружной отделки здания по сравнению с классическими способами отделки. Навесные панели часто монтируются к наружным колоннам без опирания на перекрытия, что позволяет снизить расход металла наружных балок каркаса перекрытий (в среднем на 10-20% от веса всего каркаса перекрытия, в зависимости от типа перекрытия). При этом наружные балки каркаса оказываются в объёме внутреннего помещения, и их необходимо защищать от огня. На выбор огнезащитных материалов для таких конструкций влияют также условия эксплуатации помещений, поэтому в квартирах целесообразно применять “антивандальные” покрытия – цементную штукатурку, бетон.
Рис.1 Пример каркасной наружной термопанели
Вес одного квадратного метра стены из каркасных панелей, как правило, не превышает 80 кг, что приблизительно в 2 раза меньше, чем вес утеплённой блочной стены. Этот фактор также позволяет сэкономить на расходе строительных материалов конструкций каркаса и фундамента.
| Наружные стены | Толщина | Трудоемкость | Монтаж |
| Навесная панель | < 25 см | < 2 чел/час | Сухая сборка |
| Блочная стена с утеплителем |
> 30 см | > 5 чел/час | «Мокрые процессы» |
Табл.1 Сравнение типов ограждающих конструкций
Традиционным решением наружной стены в многоэтажном жилом здании является блочная стена с наружным утеплителем и фасадной системой. Внутренняя часть стены выполняется из лёгких бетонных блоков плотностью 600-700 кг/м³, толщиной 200-300 мм. Снаружи монтируется эффективный утеплитель из минеральной ваты или пенополистирола, толщиной до 200 мм. Варианты фасада при этом могут быть самыми разнообразными – фасадная штукатурка, отделочный кирпич, вентилируемый фасад по подсистеме и пр.
В сравнении с навесными термопанелями блочная наружная стена проигрывает по скорости монтажа, собственному весу и габаритам (толщине). Однако, в общем случае этот вариант наружного ограждения позволяет применить более широкий спектр вариантов фасада. При использовании в здании со стальным каркасом подобное решение позволяет скрыть в объеме наружной стены колонны и крайние балки каркаса перекрытия, обеспечив тем самым и огнестойкость конструкций. Рис. 2 Пример наружной стены из блоков с наружной теплоизоляцией
| Показатели | Навесная термопанель |
Блочная стена |
| Металлоемкость каркаса | ниже | выше |
| Необходимость доп. огнезащиты каркаса |
да | нет |
| Разнообразие фасадных решений |
нет | да |
| Скорость монтажа | выше | ниже |
Табл.2 Сравнение типов ограждающих конструкций
Внутренние стены и перегородки
В жилых зданиях вертикальные внутренние ограждения образуют несущие стены, вентиляционные и дымовентиляционные блоки и шахты, перегородки, стены лифтовых шахт и санитарно-технических кабин. Стоимость всех этих конструкций составляет 15-18%, а затраты труда до 25% общей стоимости строительства.
Основным показателем эффективности внутренних вертикальных конструкций является звукоизоляция от воздушного шума. Требуемый индекс звукоизоляции Rw зависит от назначения здания и расположения ограждения в его плане, а также от категории здания по уровню комфортности. Для обеспечения требований звукоизоляции применяют акустически однородные и акустически неоднородные конструкции. В качестве акустически однородных используют массивные однослойные ограждения, в качестве неоднородных — двойные стены и перегородки, стены с гибким экраном, многослойные легкие перегородки.
Выбор способа обеспечения требований звукоизоляции осуществляется с учетом необходимости удовлетворения конструкцией других функциональных требований и свойств используемых материалов.
| Пазогребневые гипсовые плиты | Стена из лёгких бетонных блоков |
Рис.3 Варианты внутренних стен
В монолитных железобетонных зданиях со стеновой конструктивной схемой каркаса, а также в панельных домах, несущие стены выполняют также функцию разделительных (межквартирных) ограждающих конструкций, что затрудняет возможность варьировать планировки помещений. В зданиях со стальным каркасом возможность свободной планировки квартир создаётся за счёт малых габаритов сечений вертикальных конструкций (колонн), что позволяет разнообразить квартирографию и увеличить продаваемую площадь здания.
Ниже приведён пример различных вариантов квартирографии на одном этаже.
| 24 квартиры: 1-к.: 31 – 33 м2 = 12 шт 2-к.: 53 – 55 м2 = 12 шт |
| 48 квартир: Студии: 16 м2 = 36 шт 1-к.: 32 – 42 м2 = 12 шт |
| 30 квартир: 1-к.: 31 – 33 м2 = 12 шт 2-к.: 53 – 55 м2 = 6 шт |
Рис.4 Примеры сочетаний квартир в жилом трёхэтажном здании
Несущий каркас
Основные элементы каркаса многоэтажного здания – колонны и балки образуют систему, воспринимающую горизонтальные и вертикальные нагрузки и передающую их воздействия на фундамент. Кроме того, система должна иметь необходимую жёсткость в горизонтальном направлении, чтобы перемещения здания от ветровых нагрузок не превышали допустимых нормами. Это может быть обеспечено дополнительными связями (рамно-связевой каркас) или монолитным ядром жёсткости (бессвязевый каркас).
Рис.5 Пример схемы рамно-связевого каркаса со сборной шахтой лифта
Рис.6 Пример схемы бессвязевого каркаса с монолитным лестнично-лифтовым узлом
Пространственная устойчивость каркаса. Конструкции ЛЛУ
При проектировании многоэтажных каркасных зданий особое внимание уделяется оценке устойчивости каркаса.
Общая устойчивость зданий на стальном каркасе достигается следующими способами:
— установкой связей (крестовых, портальных),
— установкой диафрагм жесткости,
— устройством ядер жесткости (лестничные клетки, лифтовые шахты и пр.),
— устройством рам (жестких узлов сопряжения балок с колоннами и колонн с фундаментом). Наиболее эффективным и простым способом обеспечения устойчивости является устройство так называемого связевого каркаса, горизонтальные перемещения которого ограничены работой диагональных связей, имеющих протяжённость на всю высоту здания.
Рис.7 Примеры связевого каркаса
В жилом здании подобные связевые блоки необходимо скрывать в объёме внутренних и наружных стен, что достигается при простых планировочных решениях в зданиях коридорного (галерейного) типа. В таких случаях отсутствует необходимость устройства дополнительных вертикальных элементов жёсткости (железобетонных ядер жёсткости), и допускается возможность максимального использования элементов заводской готовности, в том числе для конструкций ЛЛУ. Каркас лестничных клеток может быть выполнен из стальных конструкций, а лифтовая шахта из сборных железобетонных.
Рис.8 Пример компоновки ЛЛУ со сборной железобетонной шахтой лифта (фрагмент из рабочего чертежа)
Для устройства связей в конструкции стены может быть применено следующее решение:
Рис.9 Устройство связей в межквартирных стенах
В этом решении применены пазогребневые гипсовые блоки толщиной 80 мм. Кладка выполняется с обеих сторон от крестовых связей, полости заполняются минеральной ватой.
Альтернативным решением ЛЛУ является устройство монолитных железобетонных стен лестничной клетки и лифтовой шахты. Этот способ повышения устойчивости здания позволяет полностью исключить, либо минимизировать количество связевых блоков, тем самым решая проблему скрытия связей в наружных/внутренних стенах. Особенно это актуально при сложных архитектурных планировках квартир, когда нерегулярность стен в плане не позволяет совместить стены со связями каркаса.
Рис.10 Пример многоэтажного стального каркаса с монолитным железобетонным ядром
Эффект использования различных типов конструкций ЛЛУ:
| Показатели | Стальной каркас ЛЛУ и сборная ж.б. лифтовая шахта |
Монолитный ж.б. каркас ЛЛУ |
| Дополнительные связи каркаса, либо рамные узлы |
да | нет |
| Металлоёмкость каркаса | выше | ниже |
| Расход железобетонных конструкций |
ниже | выше |
| Скорость монтажа каркаса | выше | ниже |
Табл.3 Сравнение типов конструкций ЛЛУ Конструкции междуэтажных перекрытий В жилых зданиях объёмно-планировочные решения разрабатываются с учётом расположения вертикальных несущих конструкций в плане с размерами ячеек от 3000 мм до 9000 мм. Стальные каркасы рационально проектировать с размещением колонн в углах стандартных ячеек, конструкции перекрытий в таком случае имеют пролёт, равный размерам ячейки.
При выборе сборной конструкции перекрытия следует учитывать номенклатуру изделий, выпускаемых на предприятиях стройиндустрии, возможность применения современных железобетонных конструкций непрерывного бетонирования с последующей разрезкой на отдельные плиты. Сборная конструкция позволяет свести работу на строительной площадке преимущественно к монтажу готовых элементов. Перекрытия, выполняемые на строительной площадке в виде монолитных плит, устраивают с применением профнастила в качестве несъёмной опалубки или с использованием инвентарных опалубок, фиксируемых на проектной отметке перед укладкой бетона.
В отличие от промышленного строительства, при проектировании стального каркаса жилого здания необходимо учитывать требование максимально скрыть элементы конструкций в объёме внутренних и наружных стен. Несомненным преимуществом стальных конструкций является способность перекрывать большие, по сравнению с железобетонными конструкциями, пролёты.
Однако, при увеличении пролёта габариты сечения несущей балки каркаса перекрытия могут достигнуть значительных размеров. Поэтому одной из задач проектировщика является определение оптимального соотношения между величиной перекрываемого пролёта и приемлемыми размерами сечений балок. То же относится и к колоннам. При большом шаге колонн значительно увеличиваются их сечения, и “спрятать” эти конструкции в стенах становится сложнее. Для снижения габаритов сечений колонн рекомендуется увеличивать класс прочности стали для колонн.
Ниже приведены часто применяемые размеры ячеек каркаса перекрытий при различных типах перекрытий.
| Тип перекрытия со стальным каркасом |
Сетка колонн | Средние габариты сечений колонн |
Средняя высота сечения балок |
| Монолитные ж.-б. плиты по профнастилу |
3м х 7,5м | 200-250мм | 300-350мм |
| Сборные ж.-б. плиты | 6м х 6м | 250-300мм | 250-300мм |
Табл.4 Сравнение различных типов перекрытий
Виды междуэтажных перекрытий со стальным каркасом
Стальные балки, комбинированные с монолитной железобетонной плитой
Рис.11 Стальные балки, комбинированные с монолитной железобетонной плитой
а) стальная балка и плита объединены при помощи анкерных упоров; б) стальная балка частично обетонирована и объединена с плитой при помощи анкерных упоров; в) стальная балка и плита с вутами объединены при помощи анкерных упоров; г) стальная балка частично обетонирована, сборные железобетонные плиты опираются на нижний пояс балки через лист; д) опирание плиты по профилированному настилу на стальную балку (промежуточная опора настила), е) опирание плиты по профилированному настилу на частично обетонированную стальную балку (крайняя опора настила); ж) полное обетонирование стальной балки.
Рис.12 Стальные балки со сборными железобетонными перекрытиями
Монолитная железобетонная плита по нижнему поясу балок каркаса
Рис.13 Общий вид узла плиты перекрытия, выполненной в уровне нижнего пояса балки
Данное решение перекрытия реализовано на пилотном проекте АРСС, здании общественного-делового центра по адресу: г. Москва, ул. Речников, вл.7.
Особенностью конструктивного решения является возможность скрыть каркас в объёме перекрытия, тем самым обеспечив ровную поверхность потолка, и исключить необходимость дополнительных средств огнезащиты каркаса.
| Рис.14 Натурный фрагмент | Рис.15 Состав перекрытия перекрытия |
Примеры несущих каркасов
1.Стальной каркас здания с монолитными перекрытиями
Рис.16 Пример архитектурно-планировочного решения типового этажа многоэтажного жилого здания
| Общая площадь этажа | 550 кв.м |
| Площадь квартир | 440 кв.м |
| Площадь МОП | 65 кв.м |
Табл.5 Основные показатели планировки типового этажа
Внутренние и наружные стены
Стены “квартира-коридор” – керамзитобетонные блоки 190мм по ГОСТ 6133-99;
Межквартирные стены – пазогребневые плиты 2х80мм с промежуточным слоем звукоизоляции 40мм;
Межкомнатные перегородки — пазогребневые плиты 80мм;
Наружные стены – ячеистые блоки 250мм по ГОСТ 21520-89, минераловатный утеплитель 150мм, фасадная штукатурка.
Рис.17 План расположения вертикальных конструкций
Рис.18 План расположения элементов каркаса перекрытия типового этажа
— плоская плита толщиной 180-200мм
— плита по несъёмной опалубке (тип 1), либо плоская по нижнему поясу балок толщиной 125мм (тип 2)
Рис.19 Схема расположения участков плиты перекрытия
| Тип 1 | Тип 2 |
Рис.20 Варианты конструирования плитной части перекрытий
Варианты отделки каркаса
Рис.21 Узлы отделки каркаса перекрытий
| Конструкции | Тип 1 | Тип 2 |
| Стальной каркас | 35-40 кг/кв.м | 45-50 кг/кв.м |
| Железобетонные плиты | 87 куб.м | 76 куб.м |
| Ц.-п. стяжка | 23 куб.м | 23 куб.м |
| Керамзитовый гравий | — | 80 куб.м |
| Натяжной потолок | 500 кв.м | — |
| Огнезащитный материал “Knauf FB” | 250 кв.м | 40 кв.м |
Табл.6 Показатели расхода материалов конструкций каркаса типового этажа для двух типов перекрытий
В табл.6 приведены показатели, необходимые для сравнения стального каркаса с альтернативными технологиями, например, с монолитным каркасом. Подобное сравнение справедливо, если затраты на устройство плоской монолитной железобетонной плиты противопоставляются затратам на устройство конструкций перекрытия со стальным каркасом с учётом огнезащиты, натяжного потолка (если перекрытие выполняется по типу 1), керамзита и стяжки (если перекрытие выполняется по типу 2).
2.Стальной каркас здания со сборными перекрытиями
Рис.22 Пример архитектурно-планировочного решения типового этажа многоэтажного жилого здания
| Общая площадь этажа | 640 кв.м |
| Площадь квартир | 450 кв.м |
| Площадь МОП | 90 кв.м |
Табл.7 Основные показатели планировки типового этажа
Внутренние и наружные стены
Стены “квартира-коридор” – керамзитобетонные блоки 190мм по ГОСТ 6133-99;
Межквартирные стены – пазогребневые плиты 2х80мм с промежуточным слоем звукоизоляции 40мм;
Межкомнатные перегородки — пазогребневые плиты 80мм;
Наружные стены – ячеистые блоки 250мм по ГОСТ 21520-89, минераловатный утеплитель 150мм, фасадная штукатурка.
Рис.23 Схема расположения элементов каркаса перекрытия
-монолитные участки перекрытия
Рис.24 Схема расположения сборных железобетонных плит перекрытия
Варианты отделки каркаса
Рис.25 Узлы отделки каркаса перекрытий
| Конструкции | Удельный расход |
| Стальной каркас | 35-40 кг/кв.м |
| Железобетонные плиты | 53 куб.м |
| Ц.-п. стяжка | 27 куб.м |
| Огнезащитный материал “Knauf FB” | 180 кв.м |
Табл.8 Показатели расхода материалов конструкций каркаса типового этажа.
В таблице приведены показатели, необходимые для сравнения стального каркаса с альтернативными технологиями, например, с монолитным каркасом. Подобное сравнение справедливо, если затраты на устройство плоской монолитной железобетонной плиты противопоставляются затратам на устройство конструкций перекрытия со стальным каркасом с учётом огнезащиты элементов стального каркаса.
Огнезащита
Огнезащита стальных конструкций – один из наиболее часто встречающихся вопросов, когда речь заходит о проектировании зданий на основе стального каркаса.
Основные требования пожарной безопасности в части огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций для многоквартирных жилых зданий изложены в СП 2.13130.2012 “Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты”.
Огнестойкость конструкции – это время огневого воздействия на конструкцию в минутах, в течение которого конструкция сохраняет несущую способность. Пределы огнестойкости назначаются из возможности тушения пожара до обрушения несущих конструкций.
Высота жилого здания и площадь этажей в пределах пожарного отсека определяют характеристику здания, от которой зависят требования по защите строительных конструкций от воздействия огня при пожаре, — степень огнестойкости здания (от I до V). В зависимости от степени огнестойкости здания назначается предел огнестойкости элементам конструкций по следующей таблице (из Федерального закона №123):
Табл.9 Пределы огнестойкости строительных конструкций
Многоэтажные жилые здания, как правило, имеют степень огнестойкости не ниже III, что означает необходимость обеспечивать защиту конструкций от воздействия огня при пожаре продолжительностью не менее 45 минут.
Сталь является негорючим материалом, но, как и все материалы, используемые в строительстве, не может в течение длительного времени выдерживать воздействие высокой температуры, возникающей внутри здания при пожаре. Поскольку собственный (фактический) предел огнестойкости стальных строительных конструкций, как правило, не превышает 15 минут, то для приведения в соответствие с требуемым пределом огнестойкости предусматривают их огнезащиту.
В настоящее время классификация способов огнезащиты следующая:
| Способы огнезащиты | |
| Конструктивный способ: облицовка конструкций огнезащиты плитными материалами, установка огнезащитных экранов, нанесение различных штукатурок и т.п. |
Нанесение на поверхность конструкций огнезащитных красок и т.п., вспучивающихся при нагреве |
| Комбинированный способ, представляющий собой рациональное сочетание различных способов огнезащиты |
|
Табл.10 Способы огнезащиты
Конструктивная огнезащита может представлять собой облицовку, обетонировку или оштукатуривание. Такая огнезащита может выполняться традиционными строительными материалами (кирпич, цементно-песчаный раствор, бетон) и материалами, получившими широкое распространение в последние два десятилетия (например, листы гипсокартона, минераловатные плиты, разного рода пасты, штукатурки и другие). На сегодняшний день на рынке строительных материалов широко представлены материалы, предназначенные непосредственно для огнезащиты конструкций, прошедшие испытания и сертифицированные.
Тонкослойные огнезащитные покрытия представляют собой вспучивающиеся краски, эмали и лаки. Вспучивающиеся покрытия при высокотемпературном воздействии значительно увеличиваются в объеме (в 20-40 раз). Такие покрытия имеют свои преимущества: малый вес, меньшая трудоемкость по сравнению со штукатурными и облицовочными работами, не существенное влияние на габариты конструкции. Также такое покрытие легко восстановить после повреждения, и оно более дешевое (стоимость варьируется в зависимости от производителя) по сравнению с конструктивной огнезащитой — стоимость устройства тонкослойной огнезащиты составляет 2-3 % от стоимости квадратного метра.
Среди вспучивающихся покрытий стоит выделить краски на эпоксидной основе, образующие после высыхания очень твердую износоустойчивую поверхность.
Для конструкций из стали без огнезащиты, предел огнестойкости, как правило, не превышает 15 минут. С помощью современных огнезащитных тонкослойных покрытий можно увеличить предел огнестойкости конструкции до 90 минут и более, при этом толщина покрытия составит 4-5 мм. Для сравнения, чтобы достичь такого предела огнестойкости, необходимо облицевать листами огнестойкого гипсокартона стальную колонну двутаврового сечения габаритами 200х200 мм толщиной не менее 20 мм (два листа толщиной 9,5 и 12,5 мм) или такой же толщины огнезащитной штукатурки, листами обычного гипсокартона — 50 мм, огнестойкими плитами из минеральных вяжущих – 30 мм.
Главный минус тонкослойного покрытия – ему необходимо около 4 минут, чтобы набрать объем и соответственно включиться в защиту конструкции на 100%. В отдельных случаях это может иметь весьма важное значение.
Получается, что для многоэтажного жилья, возводимого из стальных конструкций, необходимо использование огнезащиты. При этом для жилья высотой более 28 метров нормативная документация требует использование именно конструктивной огнезащиты, огнезащита тонкослойными покрытиями для этих зданий весьма ограничена.
Применение тонкослойных огнезащитных покрытий для стальных конструкций, являющихся несущими элементами зданий, возможно только для конструкций с приведенной толщиной металла согласно ГОСТ Р 53295 не менее 5,8 мм. Среди наиболее используемого фасонного проката по СТО АСЧМ 20-93 этому требованию удовлетворяют: балочный двутавр сечением более 50Б2 (масса балки 50Б2 длиной 6 метров составляет 474 кг), ширикополочный более 30Ш2 (масса балки 6 метров — 414 кг) и колонный более 25К2 (масса колонны 3 метра – 216 кг).
На приведённых далее эскизах изображены наиболее распространённые способы огнезащиты элементов стальных конструкций в жилых зданиях.
Типовое решение KNAUF
Рис.26 Типовое решение KNAUF
Штукатурка цементно-песчаным раствором
Рис.27 Штукатурка цементно-песчаным раствором
Рулонное базальтовое покрытие
Рис.28 Рулонное базальтовое покрытие
KNAUF + штукатурка
Рис.29 KNAUF + штукатурка
Рулонное базальтовое покрытие + штукатурка
Рис.30 Рулонное базальтовое покрытие + штукатурка
Рулонное базальтовое покрытие или огнезащитная краска
Рис.31 Рулонное базальтовое покрытие или огнезащитная краска
Затраты на устройство конструктивной огнезащиты жилых зданий могут варьироваться (в зависимости от выбранного материала огнезащиты) от 2 до 7 % от стоимости квадратного метра. Это уже существенные затраты при строительстве. Но с другой стороны металлические конструкции, облицованные конструктивной огнезащитой, например, листами гипсокартона или другими жесткими огнестойкими листовыми материалами, не надо дополнительно штукатурить, как стены или колонны из железобетона. Для сравнения, на черновую отделку железобетонных колонн, стен и пилонов приходится 2% от стоимости квадратного метра.
В процессе эксплуатации жилых зданий необходимо сохранение конструктивной огнезащиты собственниками жилых помещений. Огнезащита является неотъемлемой частью несущей конструкции, и ее демонтаж или частичная переделка должны быть обязательно согласованы в порядке, установленном статьей 26 главы 4 Федерального закона № 188 от 29.12.2004г. «Жилищный кодекс РФ». Конечно, никто не застрахован от несознательных соседей, но тут уже неважно, из чего сделаны несущие конструкции Вашего дома. Ничто не помешает такому нерадивому соседу сделать проем в железобетонной или кирпичной несущей стене или демонтировать вентиляционный короб. К счастью, жилищная инспекция на сегодня имеет серьезные рычаги влияния на пользователей жилых помещений.
Существует стереотип («синдром 11 сентября»), что стальные конструкции абсолютно не устойчивы к пожару. О трагедии, произошедшей в WTC (World Trade Centre) написано достаточно много. В отчёте NIST (National Institute of Standardsand Technology) по результатам анализа также подчеркнута важность адекватной противопожарной защиты.
Основной мыслью рекомендаций была привязка нормативных требований к прогнозируемой проектом угрозе. Вопрос о том, на какую угрозу должны быть рассчитаны здания остаётся актуальным. Решение одной проблемы ведёт к появлению или возрастанию негативных последствий от другой. Конструкции небоскрёбов WTC выдержали столкновение с самолётами, но металлический каркас и узлы сочленений конструкций не устояли при пожаре. Однако металл лучше, чем бетон противостоит динамическим нагрузкам и, например, при внутреннем взрыве (теракте) с большей вероятностью сохранит несущую способность.
Небоскрёб как тип здания возник в США благодаря внедрению стального проката и созданию конструкции стального каркаса в XIX веке, и до настоящего времени в США сталь остаётся лидирующим материалом несущих конструкций. В настоящее время сталь активно применяется при строительстве высотных зданий. В России запроектированы высотные здания со стальным каркасом высотой до 300 м. Даже в высотках из монолитного железобетона применяются несущие стальные конструкции, например, для аутригерных этажей. Соответственно, возникает необходимость огнезащиты данных конструкций. Именно недостаточная огнестойкость узлов стальных несущих конструкций стала причиной обрушения зданий-близнецов ВТЦ, которые до этого выдержали аварийные ударные и взрывные воздействия.
Примером удачной огнезащиты стальных несущих конструкций может послужить пожар в высотном 62-этажном здании в Лос-Анжелесе в 1988 году. Несмотря на то, что вода в спринклерную систему пожаротушения не подавалась и пожар получил широкое развитие, огнезащищённая стальная конструкция небоскреба выдержала трехчасовое воздействие пламени.
Из недавних резонансных происшествий стоит отметить пожар в торговом комплексе «Адмирал» в Казани. Как выяснилось, весной 2013 года специализированной организацией проводилось обследование конструкций здания, которые находились в работоспособном состоянии, но, в то же время, отчетом по обследованию требовалось выполнить огнезащиту металлоконструкций здания. К несчастью, игнорирование требований выполнить огнезащиту привело к трагическим последствиям.
А вот к примеру 17 октября 2013 года пожар в ТЦ «Парк-Хаус» в г. Екатеринбурге обошелся без пострадавших, угрозы обрушения здания тоже не было. Стальные конструкции каркаса здания были надежно защищены конструктивной огнезащитой, а эвакуация людей из ТЦ была хорошо организована.
Защита от коррозии
Стальные конструкции защищаются от коррозии нанесением грунтовок, эмалей и красок, а также цинкованием при необходимости. Стальные конструкции необходимо либо
оставлять свободными для осмотра, либо защищать от коррозии на весь период эксплуатации (50 лет). Применение современных красок позволяет защитить металл от коррозии вплоть до 100 лет. Применяемый способ защиты от коррозии выбирается инженером при разработке конструктивных решений здания.
Источник: steellib.ru