Введение. 
Конструктивные схемы каркасных многоэтажных гражданских зданий

Высокая степень урбанизации нашей страны в ХХ веке обусловила необходимость в расселении большого количества людей на относительно небольших пространствах.

Массовое жилищное строительство, особенно в послевоенный период радовало жителей Советского Союза возможностью переезда из «затхлых» бараков, сначала в отдельные кирпичные пятиэтажки названные «хрущёвками», а потом соответственно в полногабаритные панельные дом. Но в связи с тем, что свободных территорий для нового строительства, в развитом и благоустроенном городском пространстве становилось всё меньше, а ограниченность по высоте и увеличение требований к качеству возводимого жилья становиться всё больше, на первый план выходят каркасные технологии строительства.

Градостроительным планом Перми предусмотрено возведение больших многофункциональных жилых комплексов на территории аэропорта «Бахаревка», микрорайонах «Ива» и «Вышка», в центре Перми между улицами Революции, Куйбышева и Комсомольским проспектом.

В данной работе сделана попытка проанализировать каким образом строятся каркасные дома в России и какие технологии каркасного домостроения придут им на смену.

Виды каркасного многоэтажного строительства

На сегодняшний день можно выделить три основные линии в возведении зданий по каркасной технологии: возведение зданий из железобетонных межосевых связей, произведённых на заводе, монтаж монолитно-каркасных домов и строительство «небоскрёбов» из трубобетона.

История возникновения и развития методов каркасного строительства

каркасный строительство многоэтажный Монолитное домостроение известно человечеству с давних времён. Существует гипотеза, что этот метод использовался ещё при строительстве египетских пирамид. Бетон в современном понимании стал применяться древними римлянами. Из него сооружались крупные монолитные конструкции, способные перекрывать широкие пролёты.

Новый всплеск применения бетона в массовом строительстве относится к середине 19 века. Это было связано с изобретением портландцемента, который был запатентован в 1824 Джозефом Эспдином, каменщиком из Лидса, что в Англии. Он дал материалу такое название, поскольку искусственный камень, сделанный из этого цемента, по прочности походил на природный, добывавшийся на о. Портленд.

Хочется отметить, что в России в этот период инженер Егор Челиев решает задачу создания гидравлического цемента из определённым образом составляемой и обжигаемой сырьевой смеси известняка и глины. Созданный Егором Челиевым цемент обладал высокими строительными качествами и в 1813 — 1824 гг. широко использовался при строительстве различных сооружений, а также при восстановлении разрушенной пожаром войны 1812 года Москвы. В 1825 г. Челиев издает книгу в которой освещает вопросы теории состава и свойств цемента, сообщает о способах и областях его использования. К этому же периоду можно отнести и появление железобетона.

Железобетон — как строительный материал запатентован Жозефом Монье в 1867 году. Постановлением совета министров СССР от 9 мая 1950 года № 1911 «О снижении строительства», было инициировано проектирование и строительство первых высокомеханизированных заводов ЖБИ. Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 19 августа 1954 года «О развитии производства сборных железобетонных конструкций и деталей для строительства» запустило процесс постройки 402 заводов сборных железобетонных конструкций. Именно с этих постановлений началась разработка и внедрение в жизнь каркасных методов применения межосевых связей из железобетонных конструкций.

Первая в мире методика расчёта трубобетонных конструкций была опубликована профессором Гвоздевым в 1932 году. В СССР была разработана прекрасная научно-техническая база строительства зданий и сооружений по технологии каркасов с применением трубобетона как новой несущей конструкции. Данная технология широко применяется во всём мире при строительстве небоскрёбов.

Железобетонный каркас.

Самый распространённый метод каркасного строительства в советский период времени, был основан, как уже сказано выше, из железобетонных конструкций. Для производства зданий по такому методу была специально разработана методика строительства Серии 1.020.

Элементами каркасного здания являются несущие стойки или колонны, ригели и панели перекрытий и покрытий. Таким образом, все усилий и нагрузки воспринимаются колоннами, расположенными как внутри, так и по периметру здания, и передаются через фундаменты на грунт основания.

Стойки или колонны сборного железобетонного каркаса принимаются высотой на один или два этажа, сечение колонн подбирается по расчёту в зависимости от нагрузок. Колонны по высоте соединяются между собой сварными стыками, для чего верхние и нижние концы колонн снабжаются стальными обоймами, приваренными к арматуре. Колонны можно сваривать между собой, сваривая выпущенные концы продольной арматуры с последующим замоноличиванием стыка.

На рисунке показаны колонны на два этажа с закладными деталями: обоймы в оголовке и пяте для стыкования колонн, консоли для опирания вкладышей. Сборные железобетонные ригели могут быть таврового или прямоугольного сечения.

• 1. Колонна;
• 2. Уголок опирания вкладыша;
• 3. Вкладыш;
• 4. Стержни для приварки ригеля;
• 5. Ригели
• 6. Оголовок колонны с центрирующей прокладкой.

Узел сопряжения прогона с колонной колонн производиться сваркой стальных закладных деталей прогона с выступающими из стойки двутавром и двумя круглыми стержнями. Между стойками вкладываются железобетонные вставки, которые опираются на закладные детали колонн и привариваются к ним. Закладные детали после проверки качества сварки покрываются антикоррозионным составом и замоноличиваются бетоном.

Главные достоинства ж/б каркаса:

• · Скорость производства работ.
• · Заводское производство конструктивных элементов гарантирует качество произведённых деталей и их оперативный монтаж;
• · Меньшая трудоёмкость и лёгкость возведения в связи с отсутствием монолитного железобетона.
• · Стандартизированная (типовая) схема и серийное изготовление упрощает и проектирование и производство жилых многоэтажных зданий.
• · Ж/б каркас зарекомендовал себя как прочный и долговечный материал.

Основные недостатки железобетонного каркаса:

• · Неудобное проектирование жилых зон и открытых пространств в связи со стандартизацией заводских конструкций ограниченных 3,4 и 6 метровыми размерами изготовляемых конструкций.
• · Слабая сейсмоустойчивость, низкое сопротивление бетона на растяжение и прогибание конструкций.
• · Большая звуко — и теплопроводность.

Пермские застройщики по ж/б каркасной технологии.

На сегодняшний день можно выделить следующих представителей строительного рынка по данной дехнологии:

· Краснокамский завод ЖБК.

Монолитно-каркасная технология.

Технологические этапы монолитного строительства:

• · Устройство арматурного каркаса;
• · Установка опалубки;
• · Заливка бетона;
• · Уход за бетоном (прогрев, усадка вибраторами);
• · Снятие опалубки.

Монолитное строительство домов подразумевает использование нескольких вариантов каркасов: с несущими продольными стенами, с несущими поперечными стенами, с перекрытиями на несущих колоннах.

В отличии от заводских конструкций, которые необходимо сваривать между собой при производстве монолитных работ возможно использование стеклопластиковой арматуры, которая обладает не только меньшим весом в сравнении с металлом, но и не подвержена коррозии.

За счёт сплошного перевязывания арматурой колонн и плит перекрытия, и правильной установки щитов опалубки в конструкции здания нет узлов сопряжения — она вся едина и монолитна.

Бетон, изготовленный в заводских условиях с необходимой прочностной маркой, подаётся на высоту кранами или автобетононасосами. Заполненные бетоном каркасы в зимнее время прогреваются трансформатором. Для предотвращения возникновения пустот, и для набора необходимой плотности, при строительстве зданий обязательно необходимо производить трамбовку массы глубинными или поверхностными вибраторами.

Также необходимо не забывать ухаживать за бетоном, в летнее время производить поверхностное увлажнение после затвердения, а зимой укрывать от переохлаждения.

После того, как бетон набрал необходимые прочностные характеристики, производиться съёмка опалубки и установка её на новый уровень.

Главные достоинства монолита:

• · Свободный выбор конфигурации будущего здания, независящий от типовых элементов
• · Высокая прочность в следствии отсутствия швов и стыков в каркасе здания.
• · Малая усадка здания, что ускоряет процесс отделки здания
• · Высокая морозои сейсмоустойчирваость.

Основные недостатки монолитно каркаса:

• · Высокая трудоёмкость и стоимость.
• · Высокая теплопроводность, требующая дополнительного утепления.
• · Плохая звукоизоляция.
• · Повышенные градиенты свойств.

Реализованные объекты в Перми:

• · ж/к Альпийская горка — застройщик «Камская долина»
• · ж/к Грибоедовский — застройщик «ПИК Регион»
• · ж/к «Сапфир» — застройщик «Сатурн-Р» и др.

Трубобетон — технология будущего.

В Советском Союзе была разработана научно-техническая база строительства зданий и сооружений по технологии каркасов с применением трубобетона как новой несущей конструкции. Применение трубобетона позволяет не только отказаться от устаревшей технологии несущих стен, но и облегчить строящееся здание в среднем в два раза. Как я уже указал в начале данной работы, первая в мире методика расчёта трубобетонных конструкций была опубликована профессором Гвоздевым А. А. в 1932 году, а массово используют её сегодня в Германии, Китае, Японии, США и даже в последнее время в Казахстане, но не в России.

Чем выше строиться здание, тем больше требования к материалу. А для того чтобы бетон сам себя нёс необходимо постоянно увеличивать толщину колонн. В трубобетоне удачно сочетаются способность метала, как обоймы работать на растяжение и изгиб и способность бетона работать на сжатие.

При изготовлении трубобетона используются круглые цилиндрические, квадратные или прямоугольные трубы. В некоторых случаях внутри бетонного ядра устанавливается арматура.