Модульная координация размеров, унификация, типизация и стандартизация

Массовое строительство становится экономически оправданным только с применением современных индустриальных методов возведения зданий. После окончания Второй мировой войны в Европе возникла необходимость срочного восстановления городов, разрушенных бомбардировками. Первым опытом массового индустриального строительства было крупнопанельное домостроение во Франции. В короткие сроки были построены заводы крупнопанельного домостроения в г. Гавре на севере Франции, и за несколько лет полностью разрушенный город был отстроен заново. Таким образом, первый путь — это перенос максимального объема производственных операций на заводы по изготовлению элементов зданий высокой заводской готовности и механизированный монтаж этих элементов на стройплощадке. Второй путь — это производство всех или большинства работ на стройплощадке с высоким уровнем механизации (объемно-переставная или щитовая инвентарная опалубка, бетононасосы, бетоноукладчики и т. п.).

Первый путь послужил основой индустриализации строительства в России во второй половине XX в., которая позволила переселить большое количество людей из подвалов и коммунальных квартир в отдельные квартиры со всеми удобствами, и обеспечил перенос большого числа строительных процессов в защищенные от атмосферных воздействий заводские цеха. В условиях сурового климата России это имело большое значение.

В последние годы в России все большее применение находит второй путь индустриализации — возведение зданий из монолитного железобетона. Это позволяет улучшать архитектуру городов, способствует архитектурному разнообразию в решении зданий и застройки. И тот и другой пути индустриализации дополняют друг друга. Первый позволяет в массовом порядке быстро и достаточно дешево строить жилье. Второй позволяет разнообразить и улучшать застройку, используя все преимущества индустриального домостроения. Оба пути индустриализации предъявляют к проектированию требования модульной координации размеров, унификации, типизации и стандартизации.

Унификация — приведение к единообразию размеров частей зданий и размеров и формы их конструктивных элементов. Она приводит к сокращению количества типов и размеров (типоразмеров) конструктивных элементов, что особенно важно при их заводском изготовлении. Возможность сокращения типоразмеров несущих конструкций достигается также путем унификации расчетных нагрузок (без учета собственной массы), которые составляют всего пять величин: 40, 60, 80, 100 и 125 МПа. При этом размеры сечений железобетонных элементов остаются постоянными. Меняются только армирование и класс бетона.

Основой унификации является единая модульная система — система взаимного согласования размеров зданий и сооружений и их элементов и конструкций, а также их оборудования на основе кратности модулю. В России и большинстве стран Европы в качестве основного модуля — «М» — принята величина 100 мм, кратными которой назначаются все основные размеры зданий. Для повышения эффективности унификации установлены укрупненные и дробные модули.

Укрупненным модулем называется величина основного модуля, увеличенная в целое количество раз: 2 М, ЗМ, 6 М, 12 М, 15 М, ЗОМ, 60 М. Укрупненный модуль используется при назначении размеров здания по горизонтали (расстояний между осями несущих конструкций в поперечном и продольном направлениях) и по вертикали (высоты этажей), а также размеров крупных конструкций и изделий.

Высота этажа в жилых, общественных и многоэтажных промышленных зданиях принимается равной расстоянию между отметками чистого пола в смежных этажах, в одноэтажных промышленных зданиях — между полом и низом несущей конструкции покрытия. В жилых зданиях высота этажа составляет во II и III климатических районах России согласно СНиП «Строительная климатология» минимум 2,8 м, в I и IV — 3 м. Высоты этажей общественных и промышленных зданий различны, определяются их функциональным и технологическим назначением, но выбираются из следующего модулированного ряда величин — 3,3; 3,6; 4,2; 4,8; 5,4; 6; 7,2; 8,4; 9,6; 10,8; 12,6; 14,4; 16,2; 18 м. Например, для школ и больниц — 3,3 м, для крупных торговых залов — 4,2 м.

Развитием модульной координации размеров стал переход линейных рядов к модульным планировочным и пространственным объемно-планировочным сеткам взаимно пересекающихся модульных плоскостей (рис. 11.4). Линии пересечения модульных плоскостей, совмещенных с несущими конструкциями, образуют сетку разбивочных осей здания, которые в начале строительства выносятся на местность. Это называется разбивкой здания или разбивкой осей. К осям привязываются конструкции, т. е. определяется положение их при помощи размеров (расстояния) от оси или грани конструкции до ближайшей разбивочной оси. В зданиях со стенами из кирпича или мелких блоков привязка плоскостей внутренних стен к осям равна половине толщины стены. Привязка внутренних плоскостей наружных несущих стен к осям выбрана по условиям опирания перекрытий — 120 мм. При такой привязке во внутренних стенах толщиной более 250 мм между конструкциями перекрытия образуется промежуток, который может быть использован для пропуска в стене вентиляционных каналов или монолитных железобетонных антисейсмических поясов (рис. 11.5). Привязка к разбивочной оси внутренней грани ненесущих наружных стен в целях сокращения типоразмеров перекрытий может приниматься от 0 до 100 мм. Указанные правила привязки относятся к стенам верхних этажей здания. В нижних этажах толщина стен по условиям прочности может возрасти. Соответственно в них привязки и глубина заделки перекрытий в стены могут увеличиться.

Рис. 11.4. Пространственная система модульных плоскостей (а) и схема взаимосвязи укрупненных модульных сеток (б)

Рис. 11.5. Привязка стен в кирпичных зданиях.

Расстояние между разбивочными осями включает модульные размеры (L0) в сумме с привязками и определяется по следующим формулам (? — толщина стен):

- расстояние между осями наружной и внутренней несущих стен;

- расстояние между внутренними несущими стенами;

 — то же при разной толщине внутренних несущих стен.

В крупнопанельных зданиях разбивочные оси внутренних несущих стен совпадают с их геометрическими осями, оси наружных стен из бетонных панелей или крупных блоков размещают на расстоянии 80 мм от внутренней грани стены.

В каркасных зданиях оси совмещаются с геометрическими осями колонн. В крайних рядах стены привязываются к граням колонн на расстоянии, необходимом для пропуска между колонной и стеной труб отопления (рис. 11.6). В промышленных зданиях правила привязок особые и рассматриваются отдельно.

Рис. 11.6. Привязка разбивочных осей в каркасных зданиях:

а — привязка к внутренней грани колонны; б — привязка по центру колонны; в — привязка по внешней грани колонны При проектировании и строительстве применяются следующие размеры (рис. 11.7).

Рис. 11.7. Размеры конструктивного элемента.

1. Номинальный (координационный) размер — проектное расстояние между осями здания в плане:

где k — целое число, коэффициент кратности модулю.

2. Конструктивный размер — проектный размер сборного элемента, отличающийся от номинального на величину конструктивного зазора между элементами ?:

3. Натурный размер — фактический размер сборного элемента, отличающийся от конструктивного на величину допуска (допустимого отклонения размера изделия от установленного) с:

Как можно заметить из формул, конструктивные и натурные размеры могут и не быть кратными основному и производным модулям.

Типизация — сведение типов конструкций и зданий к обоснованному небольшому количеству. Обоснованием является отбор наиболее целесообразных архитектурно, функционально, конструктивно, технологически и экономически совершенных и обоснованных проектов. Такой путь типизации является закрытой системой, имеет очень серьезные эстетические недостатки, делает застройку однообразной и монотонной. В настоящее время более оправданным является открытая система типизации, основанная на типизации отдельных фрагментов зданий — жилых блок-секций (рядовых, угловых, поворотных, торцевых), блок-квартир, блоков лестничных и лифтовых помещений. Типизация осуществляется применительно к выбранной конструктивной и объемно-планировочной системе здания (рис. 11.8). Разнообразная компановка таких элементов с применением блок-секций разной этажности позволяет создавать разнообразные объемные формы зданий, проектировать архитектурно полноценную застройку (рис. 11.9).

Рис. 11.8. Примеры компоновки зданий из типовых блок-секций:

а — компоновка из угловой (У), рядовых (Р), поворотных (П) и торцевой (Т) блок-секций; б — компоновка из Тр-образных, угловых, крестообразных (К), торцевых и рядовых прямоугольных секций.

Рис. 11.9. Крупнопанельный жилой комплекс на Рубцовской набережной р. Яузы в Москве, скомпонованный из типовых секций серий П44Т и П44М.

Типизация первого (закрытого) типа в настоящее время применяется при проектировании массовых общественных зданий (школы, детские дошкольные учреждения — ДДУ, магазины и предприятия бытового обслуживания в жилых микрорайонах). Однако частично метод открытой типизации также применяется для таких зданий. Например, очевидна секционная структура ДДУ, где фрагмент здания — помещения для отдельной возрастной группы — может многократно повторяться (рис. 11.10).

Рис. 11.10. Планировочная структура детских дошкольных учреждений, скомпонованная из повторяющихся фрагментов.

Стандартизация — утверждение для обязательного применения прошедших проверку в эксплуатации типовых конструкций, изделий и деталей. Такие конструкции и изделия являются стандартными. Их форма, размеры и технические качества устанавливаются Государственными общероссийскими стандартами (ГОСТ), например: ГОСТ 24 700–99. Межгосударственный стандарт. Блоки оконные деревянные со стеклопакетами. Технические условия и др. Стандартными могут быть не только конструкции и изделия, но и методы экспертизы и контроля, например: ГОСТ 24 940–96. Межгосударственный стандарт. Здания и сооружения. Методы измерения освещенности.