Конструктивные системы крупнопанельных домов

• Текст:Н. П. Розанов
  17 мая 2019
• Добавить в кабинетДобавлено в кабинет

На первом этапе массового крупнопанельного строительства, сопровождаемом большими экспериментальными работами, происходил естественный отбор наиболее рациональных и экономичных конструктивных систем крупнопанельных домов и про­цесс дальнейшего их совершенствования. Поисковые и экспериментальные работы, выполнявшиеся параллельно различными научно-исследовательскими и проектными организациями и отдельными специалистами, привели к созданию и внедрению в строительство нескольких систем крупнопанельных домов.

Анализ применяющихся в настоящее время и применявшихся ранее конструктивных систем позволяет разделить их на пять основных групп, не считая наличия возможных вариантов этих систем или подгрупп.

I.                  Панельные бескаркасные с поперечными несущими стена­ми: а) с малыми пролетами между несущими стенами (2,4—4,2 м); б) с большими пролетами между несущими стенами (4,8—7,2 м); в) со смешанными пролетами (большими и малыми).

II.                Панельные бескаркасные с продольными несущими стенами: а) с несущими внутренними и наружными продольными стенами; б) с двумя несущими наружными продольными сте­нами.

III.               Каркасно-панельные: а) с полным каркасом; б) с неполным каркасом.

IV.              Блочно-панельные.

V.               Панельные и каркасно-панельные дома с монолитным сердечником.

В массовом строительстве жилых домов высотой до 16 этажей наибольшие преимущества в технико-экономическом отношении имеют дома, основанные на панельной системе. В панельных домах по сравнению с кирпичными экономия денежных затрат составляет (по проектным данным) 3—4%, суммарных затрат труда 35—40% на 1 м²
общей площади. Продолжительность возведения панельных зданий меньше в 1,5—2 раза.

В настоящее время в практике массового строительства как в СССР, так и за рубежом наиболее широко внедрена панельная бескаркасная конструктивная система I-а с поперечными несущими стенами, расположенными с малыми пролетами (2,4—4,2 м). Наиболее распространенные пролеты 3 и 3,6 м.

Характерная особенность этой системы — применение сплошных плоских панелей перекрытий, панелей наружных и внутренних стен размером не менее чем на комнату. Благодаря этому стыки между панелями образуются только в углах и в местах сопряжения панелей перекрытий с внутренними и наружными стенами, где их можно легко и наиболее надежно заделать. Благодаря применению панелей размеров на комнату и отсутствию внутри помещений швов эта система имеет наиболее высокую заводскую готовность. Панели перекрытий и внутренних стен могут изготовляться как в кассетах, обеспечивающих им ровные поверхности с двух сторон, так и в горизонтальных формах на конвейерных линиях. После нанесения на заводе на поверхность панелей шпаклевки с заделкой образовавшихся в процессе формовки мелких каверн от воздушных пузырьков панели получают заводскую готовность в пределах 80—90% и требуют после монтажа только окраски. Панели наружных стен в этой системе мо­гут применяться как однослой­ные, так и многослойные. По вос­приятию нагрузки наружные сте­ны при опирании панелей пере­крытий по контуру делятся на несущие, воспринимающие на­грузку от перекрытий и от собст­венного веса панелей наружных стен вышележащих этажей и балконов; самонесущие, когда панели перекрытий опираются по трем сторонам с передачей на­грузки на поперечные и продоль­ные внутренние стены; навесные, опирающиеся на консоли по­перечных стен или на панели перекрытий. Образуя благодаря наличию поперечных и продольных наружных стен и плит пе­рекрытий жесткие пространственные коробки, эта система при соответствующих узлах сопряжений и армировании конструк­ций способна воспринимать самые различные статические и ди­намические нагрузки и поэтому с успехом применяется при строительстве зданий в самых разнообразных, сложных геоло­гических условиях: на просадочных грунтах, на горных выра­ботках и в районах с сейсмичностью 7, 8, 9 баллов, в районах вечной мерзлоты, а также для зданий до 30 этажей.

Конструктивная система крупнопанельных домов с малыми пролетами

В начальный период применения этой системы, ввиду огра­ничения пролетов между поперечными стенами 2,6 и 3,2 м, су­ществовало мнение о ее «жесткости» в архитектурно-планиро­вочном отношении. В настоящее время введены пролеты 3,6 м, обеспечивающие всем помещениям жилых квартир хорошие пропорции, в перспективе предполагается применение пролета

VI.             Как показали выполненные АКБ-1 ЦНИИЭП жилища в 1978 г. разработки проектов крупнопанельных жилых домов для последующего этапа строительства, эта система при определен­ной методологии проектирования обладает большой вариант­ностью архитектурно-планировочных решений.

На основе этой системы с применением укрупненного модуля 60 см разработана широкая номенклатура блок-секций с самы­ми различными вариантами планировки квартир и разнооб­разными объемно-пространственными решениями, отвечающи­ми современным градостроительным требованиям. Она по­лучила наибольшее распространение и составляет по удель­ному весу около 60% общего объема крупнопанельного строи­тельства.

Примером конструктивной системы с малыми пролетами не­сущих стен являются разработанные АКБ-1 ЦНИИЭП жилища серии 90 и 92 с пролетами 3 и 3,6 м; серии 121 и 138 с пролета­ми 2,6 и 3,2 м; серии 91 и 93 с пролетами 2,7 и 3,3 м.

Бескаркасная панельная конструктивная система 16 с боль­шими пролетами (4,8—7,2 м), несущими поперечными стенами применяется в СССР в объеме около 25%. В отличие от системы с малыми пролетами эта система характеризуется применением перекрытий в виде плит-настилов шириной 1,2— 3,6 м, работающих по балочной системе с передачей всей на­грузки только на поперечные стены. Часто в этой системе при­меняются пролеты между несущими поперечными стенами 6 м (серия 83), а также 6,4 м (серия 125). В отдельных местах из архитектурно-планировочных и конструктивных соображений вводятся шаги соответственно 3 и 3,2 м. В последнее время увеличивают пролеты до 7,2 м. Панели перекрытий в этой системе применяются как сплошные толщиной 160—180 мм в зависимо­сти от пролета, так и многопустотные стандартной высотой 220 мм. Панели наружных стен могут быть самонесущие или на­весные, однослойной или многослойной конструкции. Благодаря увеличенным пролетам появляется несколько большая свобода в планировке квартир, однако эта возможность ограничивается размерами пролетов между несущими поперечными стенами. Так, например, при пролете 6 м возможна ширина смежных ком­нат 3,6 + 2,4 или 3+3 м. Кроме того, при зданиях в 16 этажей и более из-за увеличенных нагрузок приходится применять пре­имущественно малые пролеты — 3 и 3,6 м. Большую вариант­ность планировки дает применение между несущими поперечны­ми стенами пролетов 7,2 м, что требует, однако, утяжеление кон­струкции перекрытий и увеличение расхода стали. Наиболее характерные примеры по конструктивной системе с большими пролетами между несущими поперечными стенами представляют разработанные в ЦНИИЗП жилища серии 83 и 141 с пролетами 6 и 3 м, серия 82 с одним пролетом 6 м, а также серия 125, раз­работанная КБ по железобетону Госстроя РСФСР с пролетами.

Конструктивная система крупнопанельных домов с большими пролетами

VII.            По сравнению с системой 1а система 16 имеет более низ­кую степень заводской готовности из-за перекрытий в виде па­нелей настилов. При наличии панелей перекрытий большой длины (6—7,2 м), имеющих предварительно-напряженное арми­рование, трудно обеспечить выравнивание в одной плоскости верхней поверхности соседних панелей перекрытия. Поэтому для устройства пола из ли­нолеума на теплоизоляци­онной основе, как правило, требуется укладка цемент­ной стяжки. Кроме того, в процессе эксплуатации в ме­стах сопряжения двух пане­лей возможно появление трещин, снижающих звуко­изоляцию жилых квар­тир. Эффективность приме­нения конструктивной си­стемы с большими пролета­ми во многом зависит от ре­шения индустриального ти­па конструкции перегородок между смежными жилыми ком­натами. Применяющиеся в настоящее время гипсошлаковые перегородки толщиной 70 мм или железобетонные толщиной 60 мм хотя и имеют звукоизоляцию соответствующую норматив­ным показателям, но не обеспечивают комфортные условия пре­бывания в жилых помещениях, особенно в смежных спальных комнатах. Повышение звукоизоляционных качеств перегородок требует увеличения их толщины, а следовательно, и массы, что отрицательно сказывается на работе панелей перекрытий на из­гиб в домах с большим шагом и влечет за собой значительное увеличение расхода стали на их армирование.

Конструктивная система I-в с применением как малых, так и больших пролетов между несущими поперечными стенами, — смешанная система. Она включает совокупность приведенных выше характеристик, свойственных системам I-а и I-б. Ма­лый или большой шаг в этой системе применяется в зависимости от архитектурно-планировочных и конструктивных требований. Большой шаг 6 м применяется в пролетах, где располагаются общие комнаты и смежные с ними помещения кухни или спаль­ни родителей, что дает возможность взаимно изменять ширину этих помещений. Малый шаг 2,4 м применяется для лестничной клетки и малых спален, располагаемых самостоятельно. Для зданий повышенной этажности, где на поперечные несущие сте­ны приходятся значительные нагрузки, применяются преимуще­ственно малые шаги — 2,4 и 3,6 м.

Основной смысл применения смешанной системы со смешан­ными пролетами заключается в стремлении использовать все преимущества как большого, так и малого пролетов. Учитывая, что конструктивные системы с малыми и большими пролетами имеют каждая свои особенности и вытекающие из них решения сборных конструкций и узлов, применение в одном здании той и другой системы хотя и не противопоказано, но в целом лишает ее некоторой принципиальности, усложняет возможность выбора оптимальных решений для отдельных конструкций и их узлов. Так, например, большие пролеты для наиболее экономичного решения требуют применения многопустотных панелей, имеющих высоту 22 см в то время, как малый пролет с опиранием панелей по контуру имеет оптимальное решение при сплошных панелях перекрытий высотой 12 см. Совмещение этих двух конструктивных решений в одном здании вызвало бы боль­шие затруднения в решении узлов опирания панелей в связи с необходимостью применения панелей внутренних стен разной высоты. В силу указанного в этой системе конструкторы вынуждены применять панели перекрытий одной толщины для малых и больших пролетов, что нельзя признать экономически целесообразным. По смешанной системе в настоящее время работает около десяти заводов мощностью 700 тыс. м² общей площади. Наиболее характерный представитель смешанной системы — серия 84, разработанная в ЦНИИЭП жилища. В основе серии— укрупненный архитектурно-планировочный и конструктивный модуль 12М, равный 120 см, на основании которого построены все соединения панелей, что позволило добиться некоторого сокращения типоразмеров и марок изделий. По этой же системе институтом Ленпроект (руководитель авторского коллектива И. Н. Кусков) разработана серия крупнопанельных домов 137, принятая для массового строительства в Ленинграде.

Конструктивная система крупнопанельных домов с двумя несущими продольными стенами / Конструктивная система крупнопанельных домов с тремя несущими продольными стенами 

Конструктивная система с тремя несущими продольными стенами (группа II) применялась преимущественно в первый пе­риод развития крупнопанельного домостроения, но ввиду отсутствия каких-либо технико-экономических преимуществ перед другими системами дальнейшего развития не получила. По этой системе были разработаны: серия 1-515, применявшаяся в пе­риод 1960—1970 гг. на строительстве в Москве, серия 1-480, применявшаяся в 1960—1965 гг. на строительстве в Киеве и других городах Украины. Характеристика ее — применение несущих наружных и внутренних продольных стен, на которые опираются панели перекрытий, расположенные поперек здания. Устойчивость системы в поперечном направлении обеспечивается лестничными клетками и поперечными межквартирными стенами — диафрагмами. В качестве межквартирных и межкомнатных перегородок в большинстве случаев применяются гипсошлакобетонные панели, изготовленные на прокатном стане системы инж. Н. Я. Козлова. Для обеспечения нормативной звукоизоляции межквартирные перегородки выполняются из двух панелей с воздушным зазором не менее 4 см.

Преимущество этой системы — возможность свободной расстановки межкомнатных перегородок в зоне между наружными стенами, внутренней продольной стеной и лестничными клетками. Серьезный недостаток ее — передача нагрузок от половины пролета на наружные стены. В связи с этим эта система может применяться только в тех случаях, когда панели наружных стен способны воспринимать такую нагрузку, что ограничивает применение ее для зданий повышенной этажности. Применение панелей наружных стен из легких бетонов в этой системе возможно только в тех случаях, когда они могут сочетать в себе при малой массе теплотехнические и прочностные показатели, соответствующие расчетным нагрузкам. Так, например, для пятиэтажных зданий в средней полосе СССР при расчетной температуре — 30° С панели толщиной 350 мм должны иметь массу керамзитобетона 1000 кг/м³ прочностью М50, для девятиэтажных зданий, соответственно, массу 1000 кг/м³ прочностью М75.

Утяжеление массы вызывает необходимость увеличения толщины панелей до 400—450 мм, что экономически нецелесообразно. В силу указанного система II нашла применение преимущественно только для жилых зданий высотой до пяти этажей. Серьезный недостаток этой системы — невозможность применения технически прогрессивных легких навесных панелей наружных стен. Перекрытия из многопустотных панелей-настилов образуют в большинстве случаев стыки внутри жилых помещений, отрицательно влияющие на звукоизоляционные качества перекрытий. В силу указанного есть основания предполагать, что эта система не имеет перспективы для широкого применения в массовом строительстве.

Конструктивная система с двумя продольными наружными несущими стенами [группа П-б] находит применение пока только в экспериментальном строительстве. Основная тенденция, заложенная в этой системе, заключена в стремлении получить свободу планировки жилых квартир на уровне каждого этажа внутри всего объема жилого здания в пределах лестничных клеток от одной наружной стены до другой. Элементами, ограничивающими планировку жилых квартир, в принципе должны являться только объемы лестничных клеток и наружные стены. Факторы, ограничивающие свободу планировки квартир при любой системе, — расположение оконных проемов, санитарных узлов и кухонь, инженерное оборудование которых обусловливает расположение их по этажам на одной вертикали. Для обеспечения свободы в планировке жилых квартир в этой системе применяют тяжелые многопустотные или ребристые панели перекрытий высотой 300—400 мм с предварительным напряжением арматуры, опирающиеся на наружные стены с пролетами около 12 м. При этой системе конструкции панелей наружных стен должны воспринимать значительные нагрузки, особенно в зданиях повышенной этажности. Это могут быть легкобетонные однослойные панели из керамзитобетона, имеющего при малой объемной массе (1000—1100 кг/м³) высокие прочностные показатели (М75, М100), или многослойные с эффективным плитным утеплителем и внутренним несущим железобетонным слоем толщиной 100—120 мм (М 150, М300) в зависимости от этажности здания.

Каркасно-панельная конструктивная система с полным каркасом

Для обеспечения устойчивости зданий в поперечном направлении, помимо объемных конструкций лестничных клеток, необходимо наличие поперечных диафрагм жесткости. Для этой цели используются межквартирные стены. Эффективность этой системы, как и всякой другой системы с большими пролетами, во многом зависит от рациональной конструкции межкомнатных перегородок, которые должны обладать высокой степенью индустриальности, позволяющей с незначительными затратами труда осуществлять их сборку. Конструкция перегородок должна также удовлетворять требованиям огнестойкости и звукоизоляции. В экспериментальном строительстве домов по этой системе применяются преимущественно гипсошлакобетонные или железобетонные конструкции перегородок, которые в силу своей большой массы значительно утяжеляют конструкцию перекрытий и не отвечают в полной мере требованиям по качеству и степени индустриальности. Наиболее рациональной в этом отношении конструкцией являются каркасные перегородки с сухой штукатуркой и перегородки из газобетонных плит.

Каркасно-панельная конструктивная система [группа III] отличается от бескаркасных панельных систем тем, что все основные вертикальные и горизонтальные нагрузки воспринимаются сборным железобетонным каркасом, составляющим несущий остов здания. Исключение — система с «неполным» каркасом, где часть нагрузок передается на наружные па­нельные стены. Система с «неполным» каркасом применялась только на первой стадии развития крупнопанельного домостроения в серии 1-335, разработанной Ленинградским Горстройпроектом.

Разработку такой системы в начальный период развития крупнопанельного домостроения, период поисков оптимальных решений можно считать вполне обоснованной. Однако практика внедрения ее в массовое строительство выявила ряд серьезных недостатков, в силу чего эта система дальнейшего развития не получила. Основной ее недостаток заключается в ненадежности конструкций узла опирания поперечного прогона на панели наружных стен. В первой редакции проектов серии 1-335 панели наружных стен были двухслойной конструкции, состоящей из наружной бетонной ребристой панели, заполненной с внутренней стороны неавтоклавным пенобетоном. Для опирания прогона в бетонные ребра были заделаны металлические консоли. Эксплуатация выявила серьезные недостатки этой конструкции — сильную коррозию металлических закладных деталей, служащих опорой для прогонов, находящихся в зоне переменных температур, и промерзание в этих местах панелей из-за образования мостиков холода. Впоследствии двухслойные панели с утеплением пенобетоном были заменены на однослойные керамзитобетонные. Однако наличие сосредоточенной нагрузки в месте стыкования двух панелей не дало возможность обеспечить надежное решение.

Что касается системы панельных домов с «полным» каркасом, то в принципе по восприятию и передаче нагрузок она является вполне логичной и надежной в эксплуатации. Достоинство ее — освобождение внутреннего пространства здания от несущих панелей, что позволяет в известной мере применять более свободную планировку квартир, чем в бескаркасных панельных домах. К достоинствам этой системы следует отнести возможность существенного облегчения здания путем применения легких навесных конструкций панелей наружных стен, межкомнатных перегородок и межквартирных стен. Каркасная система имеет преимущество также при устройстве в первом этаже жилого дома торговых или бытовых помещений общественного назначения (магазины, кафе, аптеки, ремонтные мастерские, и т. п.), позволяя более свободно организовывать планировку торгового зала и подсобных помещений.

Наибольшее распространение в строительстве получила система с сеткой колонн 6X6 м с многопустотными панелями перекрытий высотой 220 мм. Панели наружных стен — самонесущие или навесные керамзитобетонные, толщиной 300—350 мм, газобетонные или многослойные с эффективным утеплителем. В экспериментальном строительстве применяются также легкие навесные панели, облицованные асбестоцементом или алюми­нием, с утеплением минераловатными плитами или пенополистиролом. Межкомнатные и межквартирные перегородки преимущественно гипсобетонные, прокатные по аналогии с панельными домами с большим пролетом. Однако, как показал технико-экономический анализ, каркасно-панельная система при применении в строительстве жилых зданий, по сравнению с бескаркасной панельной системой, имеет ряд существенных недостатков: низкая заводская готовность из-за расчленения здания на более мелкие элементы и вызванное этим увеличение суммарных трудозатрат на 20—25%; увеличение расхода стали на 30—40%; увеличение стоимости 1 м² общей площади в среднем на 4—5%.

Бескаркасная система крупнопанельных домов с монолитным сердечником 

Учитывая, что снижение трудовых затрат и расхода стали в настоящее время имеет большое народнохозяйственное значение, каркасно-панельная система получила ограниченное применение— около 6% общего объема, преимущественно в Москве при строительстве зданий повышенной этажности. На ближайший период нет перспектив на развитие этой системы при строительстве жилых зданий, однако по мере создания эффективных конструкций легких навесных панелей наружных стен и сборных перегородок заводского изготовления каркасно-панельная система может получить значительное развитие. Следует признать ее рациональной для строительства полносборных зданий общественного назначения, требующих больших площадей помещений.

Блочно-панельная система (группа IV) соединяет в здании все преимущества, которые имеет панельная и объемно-блочная системы. Основная ее цель — путем введения в панельную си­стему объемных элементов, включающих определенные конструктивно-планировочные ячейки, повысить заводскую готовность здания в целом и, как следствие этого, снизить трудовые затраты на строительной площадке.

Строительство жилых домов полностью из объемных блоков ведется в Советском Союзе в значительных масштабах. В настоящее время по этой системе работает более 20 домостроительных предприятий, выпускающих ежегодно около 11 тыс. квартир. В принципе эта система должна обеспечить наиболее высокую заводскую готовность. По теоретическим расчетам, объемно-блочное домостроение должно повысить заводскую готовность жилых домов до 80—85% против 55—60%, реально достигнутым при крупнопанельном домостроении. Трудоемкость по сравнению с панельными домами должна снизиться на 15— 17%, а сроки возведения зданий—в 2—3 раза. Однако ввиду того что действующие предприятия объемно-блочного домостроения не достигли своей проектной мощности, фактические технико-экономические показатели объемно-блочного домостроения пока ниже панельного домостроения. Вместе с тем, внедрение отдельных объемных элементов в панельное домо­строение представляется весьма прогрессивным.

В настоящее время в панельных бескаркасных домах применяется ряд объемных элементов: санитарно-технические кабины, тюбинги лифтовых шахт, включающие в ряде случаев вен­тиляционные блоки, мусорокамеру. В процессе внедрения нахо­дятся объемно-пространственные балконы и лоджии. При панельно-блочной системе намечается внедрение ряда новых объемных элементов: кухонно-санитарные блоки с полным инженерным оборудованием; объемные блоки лестничных клеток, включающие в объеме одного этажа лестничные марки и площадки, внутренние и наружные стены, объемные элементы входов, тамбур входа, козырьки лестниц и площадки входа; машинное помещение лифта с полным электромеханическим оборудованием, а также отдельные блок-комнаты. Все эти элементы несущие, в промежутках между ними устанавливаются панели наружных и внутренних стен и перекрытий, опирающихся на объемные блоки.

Бескаркасная система крупнопанельных домов с монолитным или сборным сердечником [группа V] имеет в настоящее время весьма ограниченное применение, преимущественно в экспериментальном строительстве жилых зданий башенного типа высотой более 16 этажей. Сердечник, как правило, охватывает лифты, лифтовой холл, примыкающие к нему транспортные проходы, вентиляционные шахты и эвакуационные лестничные клетки. Сердечник возводится с опережением против жилой панельной части здания и служит опорой для установки ползучего монтажного крана грузоподъемностью 10 т. Имея вылет до 22 м, кран может легко осуществлять монтаж изделий жилой части здания в радиусе около 20 м. Кран может устанавливаться наверху монолитного сердечника в начале его возведения и постепенно подни­маться вверх вслед за бетонированием сердечника по отдельным этапам.

По окончании монтажа определенного горизонта кран при помощи своих механизмов самостоятельно поднимается следующий монтажный горизонт.

Сердечник выполняется из монолитного железобетона методом переставной или скользящей опалубки.

В зарубежных странах в том или ином объеме применяются указанные выше конструктивные системы с поперечными несущими стенами с малыми и большими пролетами, с внесением отдельных изменений в решение конструкций панелей и их сопряжений. Наибольшее распространение (40—100%) получила система I-а с поперечными несущими стенами, с пролетами до 3,6 м и панелями стен и перекрытий размером на комнату. Эта система применяется в Болгарии, Венгрии, ГДР, Польше, Ру­мынии, Югославии, Франции, Финляндии и других странах.

В некоторых странах, в том числе в Польше, Норвегии, ГДР, в последние годы увеличилось применение конструктивной системы I-б с большим пролетом поперечных несущих стен. В Швеции в небольших объемах (до 10%) применяется система с двумя несущими продольными наружными стенами, с перекрытиями из многопустотных панелей коробчатого сечения с пролетом 9—12 м. Эта система обладает наибольшей вариантностью архитектурно-планировочных решений, но технико-экономическая эффективность ее не определена. При строительстве высотных зданий в Швеции, Франции и других странах применяется конструктивная система V с монолитным сердечником и расположенными вокруг него жилыми квартирами, монтируемыми из крупных панелей.