Сравнительный анализ конструктивно-технологических параметров зарубежных сборно-монолитных систем гражданских зданий. Часть I

В современном гражданском строительстве жилых и общественных зданий наиболее часто применяются технологии монолитного, сборного и сборно-монолитного домостроения.

В строительной практике сложилось мнение, что при должном уровне изготовления сборных конструкций в заводских условиях и соответствующей технологии выполнения строительномонтажных работ, каркасные системы, выполненные в сборно-монолитном варианте, сочетают в себе преимущества сборного и монолитного домостроения [1], минимизируя при этом их отдельные недостатки.

Применение сборно-монолитной технологии позволяет получить преимущества одновременно в нескольких направлениях [2, 3]:

• 1)    создание достаточно гибких объемнопланировочных решений;

• 2)    обеспечение большей пространственной жесткости каркаса;

• 3)    повышение сейсмостойкости;

• 4)    наиболее эффективное применение сборных железобетонных конструкций;

• 5)    снижение объема монолитных и сопутствующих им работ на строительной площадке;

• 6)    снижение затрат на строительство за счет сокращения сроков строительно-монтажных работ.

Учитывая преимущества данной технологии, в зарубежной и отечественной практике за последние 70 лет было разработано и внедрено несколько десятков сборно-монолитных каркасных систем (СМКС).

Несмотря на это, доля реального использования СМКС в современном отечественном гражданском строительстве составляет не более 10 % [4].

Такой низкий показатель распространения СМКС обусловлен комплексом причин, которые связаны с 4 группами параметров СМКС [5]:

• 1)    географические параметры связаны со взаимным расположением площадки строительства и предприятий строительной индустрии, а также с развитием сборного строительства в регионе;

• 2)    конструктивные параметры характеризуют геометрические характеристики элементов несущего каркаса;

• 3)    технологические параметры характеризуют особенности монтажа несущих конструкций в зависимости от принятых конструктивных решений;

• 4)    экономические параметры характеризуют затраты на реализацию этапов жизненного цикла здания.

При этом если географические параметры достаточно автономны и обусловлены расположением строительной площадки, а также развитием предприятий строительной индустрии в соответствующем регионе, то другие выделенные группы имеют комплексные взаимосвязи. Так, экономические параметры на этапе строительства зависят от материалоемкости элементов каркаса, трудоемкости заводских и построечных работ, т. е. от конструктивных и технологических параметров.

Таким образом, для возможности обоснованного отбора и внедрения наиболее перспективных зарубежных СМКС необходимо оценить прежде всего их конструктивные и технологические параметры.

Данная статья открывает цикл публикаций, в которых рассматриваются зарубежные СМКС для определения возможности отбора и внедрения наиболее перспективных из них. В настоящей статье содержатся результаты сравнительного анализа конструктивных параметров систем.

Перечень анализируемых сборно- монолитных каркасных систем гражданскихзданий

История развития технологии сборномонолитного домостроения берет свое начало с 50-х годов XX века [6]. Первые СМКС граждан- ских зданий появились в США, Италии, Швеции и Югославии практически одновременно (табл. 1).

В России активное внедрение сборномонолитных конструкций в гражданском строительстве началось только спустя примерно 30 лет [6]. При этом за основу отечественных разработок, как правило, был принят зарубежный опыт строительства (европейские страны и США).

В связи с этим в данной статье рассмотрены СМКС, разработанные в европейских странах и США. Отдельно планируется обобщить достаточно интересный опыт развития азиатских СМКС. Предполагается, что полученные результаты будут учтены авторами при разработке комплексной методики оценки применимости и технологической живучести СМКС гражданских зданий, что, в свою очередь, позволит обеспечить методическую возможность эффективного развития, применения и распространения отечественных технологий сборно-монолитного домостроения.

Перечень зарубежных СМКС, выбранных для сравнительного анализа, приведен в табл. 1.

Сравнительный анализ конструктивных параметров СМКС гражданских зданий

В результате анализа сведений, представленных в [2, 7–22], для каждой СМКС был выявлен

Таблица 1

Перечень анализируемых зарубежных сборно-монолитных каркасных систем гражданских зданий

№	Наименование сборно-монолитной каркасной системы	Страна основного применения	Разработчик (автор)	Год разработки
1	U.S. Conventional system	США	не установлен	н/и
2	Duotek	США	the Ontario Precast Concrete Manufacturers Association	1960
3	Dycore	США	Finfrock Industries	1951
4	Dyna-Frame	США	Price Brothers Co. and Flexicore Systems, Inc.	1969
5	Prestressed Joist	США	Prestressed Systems Industries	н/и
6	Thomas	США	Thomas Concrete Products	1960
7	Tri/posite	США	Portland Cement Association	1970
8	University of Nebraska А	США	University of Nebraska – Lincoln	1985
9	University of Nebraska В	США	University of Nebraska – Lincoln	1995
10	Contiframe	Великобритания	Contiframe Structures Limited	1989
11	Filigree Wideslabs	Великобритания	MID-STATE FILIGREE SYSTEMS, INC.	1972
12	PD2 Frame	Великобритания	Bison Precast	1972
13	Spanlight	Великобритания	Dow Mac Projects and the Polytechnic of Central London	1991
14	Quickfloor	Австралия	Quickfloor America	1985
15	Structurapid	Италия	Brevetti Gaburri	1956
16	Swedish	Швеция	AB Strangbetong	1955
17	IMS	Югославия	Branko Zezelj	1957

Примечание: н/и – год разработки системы не известен.

характерный перечень конструктивных параметров, а также их значений, сравнительный анализ которых был выполнен в два этапа.

На первом этапе определены основные геометрические разновидности сборных элементов:

• –    для колонн: максимальная разрезка по этажам;

• –    для ригелей и плит: тип сечения.

Полученные данные сведены в табл. 2.

По данным табл. 2 можно заключить, что разрезка колонн в основном варьирует от 1 до 3 этажей, редко до 4–6. Сечение ригелей может применяться в 5 вариантах, при этом распространено прямоугольное и двойное перевернутое тавровое сечение. Сборные плиты перекрытия чаще всего применяются многопустотными и двойного таврового сечения как прямого, так и перевернутого.

На втором этапе анализа выполнена детализация конструктивных параметров, а именно сравнительная оценка значений геометрических параметров несущих конструкций зарубежных СМКС (табл. 3).

Опираясь на полученные результаты, можно сделать вывод, что чаще всего в сборномонолитных каркасах применяются колонны квадратного сечения с размером 200, 300 и 400 мм. Длины ригелей и плит перекрытия вне зависимости от высоты поперечного сечения варьируются в основном от 4,5 до 10,7 м.

Выводы

Технология сборно-монолитного домостроения является перспективной при возведении гражданских зданий, так как совмещает в себе преимущест- ва сборного и монолитного строительства, при этом минимизируя в известной степени их недостатки. В то же время процент зданий, построенных с применением данной технологии, составляет малую часть от общего объема застройки в настоящее время.

В результате исследования конструктивных параметров 17 зарубежных СМКС, разработанных в странах Европы и США и имеющих потенциал внедрения в России, были сформулированы следующие выводы.

Несмотря на отсутствие информации по отдельным системам, из табл. 2 видно, что наиболее частыми в применении для зарубежных СМКС (европейские страны и США) являются: колонны с разрезкой от 1 до 3 этажей; ригели прямоугольного и перевернутого двойного таврового сечения; многопустотные плиты перекрытия. Отсюда следует, что вероятная эффективность применения СМКС обусловлена этими геометрическими разновидностями.

Сечение колонн в основном преобладает квадратное с размером сторон 200, 300 и 400 мм; длины ригелей и плит перекрытия в основном варьируются от 4,5 до 10,7 м. Горизонтальные конструкции с большими пролетами применяются реже, что, вероятно, обусловлено значительным увеличением их сечения для обеспечения требуемой жесткости, а также технологичностью монтажа. Общая толщина диска перекрытия (с учетом ригелей) для всех СМКС превышает 400 мм, что является явным недостатком по сравнению с возможными характеристиками аналогичных зданий в монолитном варианте.

Таблица 2

Основные геометрические разновидности зарубежных сборно-монолитных каркасных систем гражданских зданий

Наименование сборно-монолитной каркасной системы		Элементы каркаса
		Колонны, разрезка (макс. кол-во этажей	Ригели					Плиты перекрытия
			сечение					сечение
			□	L	T	1	11	многопустотные	тт	11
1	U.S. Conventional system	6				+		+	+
2	Duotek	5				+			+
3	Dycore	4	+					+
4	Dyna-Frame	1	+					+
5	Prestressed Joist	монолитные			+			монолитные
6	Thomas	н/и					+		+
7	Tri/posite	3	монолитные							+
8	University of Nebraska А	н/и					+	+
9	University of Nebraska В	н/и					+	+
10	Contiframe	1					+	+
11	Filigree Wideslabs	–					+	сборно-монолит. панели
12	PD2 Frame	4		+		+		+
13	Spanlight	н/и					+	+
14	Quickfloor	1	+					+
15	Structurapid	1		+	+			+
16	Swedish	н/и	+				+	+
17	IMS	3	монолитные					+

Примечания: н/и – год разработки системы не известен; «+» – данный геометрический параметр реализуется в системе.

Кроме этого выявлены некоторые закономерности развития СМКС. Так, при разработке поздних систем наблюдается повышение уровня унификации типоразмеров сборных элементов, а также обеспечивается уменьшение сечений колонн и ограничение пролетов ригелей и плит перекрытия. Таким образом, начиная с 1970-х годов, находят применение колонны сечением 200 × 200 мм при величине пролетов ригелей и плит перекрытия не более 9 м.

Полученные результаты позволят обеспечить необходимую информационную базу конструктивных параметров сборных конструкций для разработки комплексной методики оценки применимости и технологической живучести СМКС гражданских зданий.