Новый этап многоэтажного строительства в нашей стране относится к 1962-1963 гг., когда на основе технико-экономических исследований целесообразной городской застройки было принято решение расширять в Москве и ряде крупных городов страны строительство зданий высотой 9, 16 и более этажей.
Поиски наиболее рациональных конструктивных схем этих сооружений, отвечающих современному уровню индустриализации и развития строительной техники, привели к появлению принципиально новых в мировой практике строительства конструктивных решений многоэтажных зданий. Главной особенностью многоэтажного строительства стало широкое использование сборного железобетона, впервые применяемого для такого рода сооружений.
Применение сборного железобетона потребовало прежде всего унификации основных параметров зданий, с тем чтобы получить наименьшую номенклатуру заводских изделий. На первом же этапе проектирования новых сооружений удалось достаточно четко провести унификацию параметров всего комплекса зданий гражданского строительства, что позволило в итоге применить для широкой номенклатуры сооружений минимальный набор сборных железобетонных конструкций. Определились следующие принципы унификации:
по высоте этажей: 1) для жилых кар-касно-панельных зданий - 3 м; для зданий административного назначения, лечебных учреждений, зданий торгового назначения, учебных заведений и т. п. - 3,3 и 3,6 м с дополнительной высотой, в основном для первых этажей, - 4,2 м; 2) для зданий специального назначения - конструкторских бюро, научно-исследовательских институтов, лабораторных корпусов, крупных торговых предприятий и т. п. - 3,6; 4,2; 4,8; 6 м;
по размерам ячейки в плане: 1) для зданий первой группы, т. е. с высотой этажей 3; 3,3 и 3,6 - 600X600 см с дополнительным шагом 300 сми с увеличенным шагом 900 см; 2) для зданий второй группы, т. е. зданий специального назначения, в которых технологические требования диктуют необходимость применения увеличенных пролетов и определяют повышенные величины нагрузок на перекрытия, приняты увеличенные ячейки 900X900, 900X600, 600X600 см с дополнительным шагом 300 см.
В дальнейшем, в целях получения необходимого разнообразия объемно-планировочных решений жилых и общественных зданий был принят единый модуль для всех видов зданий - 60 см (см. главу 1). Таким образом, в основе номенклатуры, охватывающей по существу весь комплекс жилых и общественных зданий, лежит ряд модульных размеров-180, 240, 300, 360, 420, 480, 540, 600, 660, 720, 780, 900 см.
Рассматривая вопросы унификации параметров и конструкций каркасных зданий повышенной этажности, следует отметить, что предлагаемая система унификации позволяет в значительной мере разрешить противоречия между индустриальным способом изготовления конструкции и архитектурным творчеством. Первый требует максимального единообразия изделий, второму необходимо разнообразие.
Возможность упорядочения этого процесса мы видим в создании наборов унифицированных конструкций, которые давали бы возможность решать из одинаковых элементов основной скелет зданий разнообразного назначения. Первой попыткой в этом направлении и является создание унифицированного каркаса.
Разработка и внедрение в практику строительства унифицированного каркаса позволяет на высоком индустриальном уровне возводить высотные (высотой до 35 этажей) жилые и общественные здания различного назначения на единых конструкциях по единой конструктивной схеме. При этом общее количество типоразмеров элементов двух унифицированных каркасов составляет 95 + 40=135. Уже в 1969 г. более 200 многоэтажных зданий самого различного назначения будет построено с применением конструкций унифицированных каркасов.
Следующей основной задачей является выбор конструктивной схемы сооружения.
Анализ конструктивных и технологических качеств различных схем доказывает рациональность связевой системы каркаса. При одинаковом объемно-планировочном решении здания высотой более 16 этажей на каркас связевой системы требуется на 20-30% меньше стали, чем на каркас рамной системы. Прл этом каркас связевой системы имеет значительно более высокую жесткость. К недостаткам рамных систем нужно отнести значительное усложнение конструкции узлов, которое . существенно увеличивает трудоемкость изготовления и монтажа каркаса, особенно выполняемо-
го в сборном железобетоне. Различные величины узловых моментов в ригелях на разных этажах приводят в рамных каркасах к резкому увеличению числа типоразмеров ригелей или же неоправданному перерасходу стали в целях унификации ригелей.
Рассмотренные принципиальные положения были приняты как основа конструктивного решения единого унифицированного каркаса многоэтажных зданий.
Оптимальным решением при проектировании каркасов связевой системы является пространственная компоновка связей в виде связевого ядра (рис. 9.10). Если по архитектурно-планировочным соображениям такая компоновка связей невозможна, связевые диафрагмы могут быть выполнены плоскими при обязательном условии проектирования их сквозными на всю ширину здания. Благодаря высокой жесткости таких систем, расстояние между связевыми стенками может быть увеличено до 48 м, что обеспечивает необходимую гибкость планировки (особенно ценную в общественных сооружениях).
Проектирование связевых систем в виде отдельных, "разбросанных" в плане здания стенок нецелесообразно и может быть допущено только в каркасных зданиях относительно небольшой высоты - до 16 этажей. Недостатком первых каркасных зданий, например домов серии МГ-601Д, является именно неудачная компоновка связевой системы, принятой в виде отдельных узких стенок, обладающих малой изгибной жесткостью (рис. 9.11). Это привело к необходимости выполнения большого количества связевых диафрагм, расположенных с шагом всего 12 м, что сделало конструкцию каркаса трудоемкой и неэкономичной по расходу материалов. Достаточно сказать, что если бы отдельные связевые диафрагмы были объединены в общую связе-вую систему с шириной, равной ширине здания, расстояние между связевыми стенками можно было бы увеличить с 12 до 30 м, получив при этом более высокую жесткость здания.
Не следует располагать сборные железобетонные стенки жесткости по торцам здания, так как это значительно усложняет конструкцию наружных торцовых навесных стен.
При устройстве проемов в плоскости связей в среднем модуле здания рекомендуется выполнять стенку жесткости в этих пределах с перемычкой, обеспечивающей совместную работу отдельных связевых стенок как единого элемента, т. е. рассчитанной на восприятие сдвигающих усилий.
Унифицированный сборный железобетонный каркас положен в основу всех строящихся и намечаемых к строительству в Москве многоэтажных зданий. Рассмотрим в качестве примера несколько характерных сооружений, выполненных с применением унифицированного каркаса.
В 1967-1968 гг. завершено сооружение крупнейшего комплекса на проспекте Калинина. Комплекс состоит (рис. 9.12) из четырех 26-этажных административных зданий на южной стороне проспекта и пяти 25-этажных жилых домов-башен на северной стороне, объединенных с каждой стороны проспекта двухэтажными стилобатами, в которых располагаются торговые помещения, рестораны, кафе и другие общественные предприятия.
В качестве конструктивной основы зданий на проспекте Калинина принят сборный железобетонный унифицированный каркас.
Такой крупнейший комплекс сооружений объемом более миллиона кубических метров удалось осуществить в короткие сроки только благодаря высокому индустриальному уровню сооружений - применению сборных железобетонных конструкций.
В основу компоновки каркаса положена ячейка 4,5 + 3+4,5 м с поперечным расположением ригелей, с продольным шагом рам каркаса 6 м. Длина административного здания - около ПО м. План здания имеет излом в центре под углом 150° и два симметричных крыла. Ветровые
связи решены в виде трех систем диафрагм жесткости - двух торцовых стен и центрального пространственного ядра (рис. 9.12). Ветровые связи в типовых этажах монолитные железобетонные с жесткой несущей арматурой, которая обеспечивала монтажную жесткость каркаса на 3-4 яруса от уровня обетонировки.
Типовые этажи (начиная с третьего) решены с применением сборного унифицированного каркаса. Перекрытия выполнены из многопустотных настилов пролетом 6 м, шириной 1,5 ж. В нижних пяти этажах, включая два подвала, выполнен монолитный каркас со сборными поперечными ригелями. Армирование колонн осуществлено в виде несущих арматурных каркасов, обеспечивающих монтаж перекрытий до бетонирования колонн на 3-4 этажа. Наружные стены- из керамзитобетонных ленточных панелей толщиной 34 см с облицовкой стеклянной плиткой.
Новый ансамбль сооружений на проспекте Калинина завершается комплексом зданий Совета Экономической Взаимопомощи (рис. 9.13). Комплекс состоит из трех основных частей: административного 31-этажного корпуса, стилобата и 13-этажного корпуса гостиницы. Для высотного корпуса применен унифицированный каркас. Его жесткость обеспечивается пространственной системой диафрагм, расположенных в центральной части здания. Сетка колонн принята 6X6 ж. В нижних этажах колонны запроектированы с несущими стальными сердечниками в железобетонной обойме. Такое решение позволило сохранить одинаковое во всех этажах минимальное сечение колонн (40X40 см) и применить для всех этажей один тип сборного железобетонного ригеля с одинаковым его закреплением как на железобетонных колоннах, так и на стальных сердечниках. Перекрытия выполнены из многопустотных настилов с замоноличенными стыками, и только небольшие участки примыкания к стенам жесткости осуществлены в монолитном железобетоне. Наружные стены здания - из легких навесных панелей (см. главу 12).
Оценивая конструктивные решения многоэтажных зданий на проспекте Калинина, следует отметить, что введение в систему каркаса монолитных диафрагм жесткости значительно повысило трудоемкость и усложнило возведение каркаса. Включение в конструкцию диафрагм жесткости мощных стальных конструкций для того чтобы приблизить сроки возведения монолитных диафрагм к темпу монтажа сборного каркаса, привело к резкому увеличению расхода металла (примерно на 15-20%, что составило около 1000 т на одно здание) и лишило инженерной логики саму конструкцию диафрагм, в которых бетон оказался по существу нерабочим материалом. Значительно увеличило трудоемкость строительства и широкое применение монолитного железобетона в каркасе нижних 5 этажей, что противоречит индустриальному решению всего каркаса (достаточно сказать, что продолжительность возведения нижних 5 этажей значительно превышала продолжительность монтажа верхних 20 этажей).
22-этажная гостиница "Националь" (рис. 9.14) имеет простой прямоугольный объем с размерами в плане 15X66 м, с сеткой колонн 6X6 м и в среднем пролете 6X3 м. В конструктивном решении здания применен унифицированный каркас; связевые стенки приняты длиной, равной ширине здания.
Колонны нижних этажей, имеющие "нестандартную" высоту, выполнялись монолитными железобетонными с жесткой арматурой.
? Особенностью конструктивного решения 20-этажных гостиниц на Смоленской площади, выполненных на основе унифицированного каркаса с единой модульной ячейкой 6X6 м, является компоновка связевой системы в плане в виде двутавра (рис. 9.15), состоящего из сборных железобетонных стандартных панелей. Решение фасадной композиции зданий в виде системы эркеров показывает широкие архитектурные возможности, которые открывает применение унифицированного каркаса с использованием ограниченной номенклатуры дополнительных изделий, в данном случае - двух элементов перекрытия эркера и элементов стеновой панели.
Каркас с крупной модульной ячейкой применен в строительстве 27-этажного здания института Гидропроект, здания общесоюзного телецентра в Останкине, Государственной картинной галереи, административного здания ЗИЛ и многих других. Рассмотрим в качестве примера здание Гидропроекта, конструкции которого впервые были осуществлены с применением каркаса этого типа.
27-этажное здание института Гидропроект (рис. 9.16) выполнено в виде простого по форме объема. Прямоугольный план здания способствует четкой компоновке повторяющихся этажей, где размещены основные рабочие помещения. В здании применена сетка колонн 9X9, и 6X9 м, что дает возможность удачно решить планировку помещений и освободить большие проектные залы глубиной 9 м от промежуточных колонн.
Основную несущую конструкцию надземной части здания составляет железобетонный связевый каркас, состоящий из колонн, сборных железобетонных стенок жесткости, ригелей и настилов. Стенки жесткости запроектированы в виде пространственной системы, имеющей в плане форму двутавра. Их конструкция выполнена сборно-монолитной из отдельных плоских железобетонных панелей толщиной соединенных между собой н лоннами с помощью сварки объемно-планировочным решением здания- связевые стенки разделяют пространство этажей на отдельные рабочие залы, обеспечивая при этом повышенную звукоизоляцию помещений.
Конструкции перекрытий (ригели и настилы) выполнены из сборного железобетона, настилы перекрытий - ребристые предварительно напряженные типа 2Т, опирающиеся на нижнюю полку тавровых ригелей. Колонны каркаса, воспринимающие значительные нагрузки-o до 1600 т, являются единственным элементом здания, который на первом этапе решен с применением монолитного бетона и выполнен с металлическими сердечниками. Бетонирование колонн осуществлено индустриальным методом - путем подачи и укладки бетона с помощью бетононасосов.
Наружные стены - в виде легких навесных стеклопанелей размером 3X3,6 м (см. главу 12).
