Рубрика:
| Железобетон как строительный материал первоначально стал применяться в монолитном варианте и получил широкое распространение во всем мире. |
|
Железобетон как строительный материал первоначально стал применяться в монолитном варианте и получил широкое распространение во всем мире. Даже знаменитый изобретатель Т.А.Эдисон в 1908 г. запатентовал метод возведения домов из монолитного бетона в многократно оборачиваемой опалубке. За рубежом накоплен значительный опыт строительства из монолитного железобетона различных зданий, в том числе высотных.
Альтернативой монолитному с начала тридцатых годов стал сборный железобетон. За сборное строительство выступали крупнейшие авторитеты, в частности, известный французский архитектор Ле Корбюзье.
Сборное строительство в нашей стране особенно широко стало применяться после Постановления Правительства СССР от 19 августа 1954 г. «О развитии производства сборных железобетонных конструкций и деталей для строительства». За период с 1960 по 1990 г. была создана крупнейшая в мире база индустриального (сборного) домостроения. Ежегодный ввод жилья к концу этого периода превзошел 100 млн м². Однако сборному строительству были присущи существенные недостатки.
В условиях директивной экономики напряженный план и максимальное использование производственных мощностей было обязательным требованием. Переналадка и модернизация производственных линий была экономически невыгодна, что создавало тенденцию к длительному тиражированию одних и тех же серий сборных домов.
С переходом строительного комплекса на рыночные отношения интерес к монолитному строительству начал значительно расти, поскольку этот метод позволяет существенно улучшить объемно-планировочные решения квартир и предложить потребителю более разнообразное и комфортное жилье.
Многие годы монолитный способ возведения зданий не мог соперничать со сборным строительством по двум важнейшим показателям — трудозатратам и срокам возведения. Существенную проблему представляло и ведение бетонных работ на стройплощадке в зимний период.
Теперь появились разработки, дающие возможность строить монолитные жилые дома с показателями, сопоставимыми с использованием сборного бетона.
Ежегодное производство бетона для монолитного строительства в мире превышает полтора миллиарда кубометров. По объему производства и применения монолитный бетон намного опережает другие виды строительных материалов. В наиболее развитых странах показатель применения монолитного бетона составляет: США — 0,75, Япония — 1,2, Германия — 0,8, Франция — 0,5, Турция — 0,35, Италия — 1,1, Израиль — 2,0 и т.д. Россия, для сравнения — 0,15-0,2.
На изготовление бетона для монолитного строительства расходуется больше половины мирового производства цемента. В монолитном исполнении возводятся промышленные и жилые здания, объекты соцкульта, плотины, энергетические комплексы, телебашни.
Самая высокая в мире телебашня в канадском городе Торонто (555 м) построена из монолитного бетона. Самые высокие здания на всех континентах построены с монолитным железобетонным каркасом, в том числе мировые рекордсмены — два небоскреба нефтяного концерна “Петронас” в Куала-Лумпуре, Малайзия (432 м). В США построено уже более 100 небоскребов с монолитным каркасом, бетон уверенно вытесняет сталь из этой области строительства. В Москве из восьми высоток сталинского периода три имеют монолитный железобетонный каркас. В настоящее время разработана программа строительства в Москве 60 высотных зданий, в основном, в монолитном железобетоне.
Строительство из монолитного бетона целесообразно по индивидуальным проектам для зданий и комплексов, выполняющих роль градостроительных акцентов, исторических центров городов, для зданий при комплексной застройке монолитными домами микрорайонов в городах и поселках, а также для зданий комбинированных систем, предусматривающих сочетание монолитных конструкций со сборными, кирпичными и другими.
Годовой объем производства монолитного бетона и железобетона в России составляет, по оценке специалистов, 25–30 млн куб.м.
Расход основных строительных материалов в зданиях повышенной этажности в монолитном железобетоне различается довольно широко в зависимости от конструктивной схемы, прочностных характеристик материалов, величины действующих нагрузок и других факторов. В среднем расход бетона на 1 м² общей площади этажей составляет от 0,4 до 0,7 куб.м, стали — от 25 до 70 кг.
Технология монолитного строительства имеет в своем активе выдающиеся достижения. Особенно эффективно выглядят в монолитном железобетоне телевизионные башни, являющиеся достопримечательностями многих городов. Крупным успехом явилась построенная 20 лет назад по проекту Н.В. Никитина московская Останкинская телебашня, при общей высоте которой 537 м железобетонная часть составляет 380 м. Башня успешно выдержала пожар два года назад. Начавшись на отметке 430 м в стальной ее части, огонь в течение 20 часов проделал путь вниз более 300 м и был остановлен на отметке +80. Несмотря на то, что 70% напрягаемых канатов разрушились, башня устояла, что свидетельствует о высоких строительно-технических свойствах монолитного железобетона.
Наиболее выдающимся примером применения скользящей опалубки следует считать бетонирование кессона нефтедобывающей платформы в Норвегии, где периметр одновременно бетонируемых стен и диафрагм суммарно достигал 2 км. Скользящая опалубка одномоментно перемещалась с помощью 1000 гидравлических домкратов.
Современные самоподъемные опалубки позволяют менять угол наклона стен. Так, при бетонировании стен здания солнечных часов в Диснейленде во Флориде угол их наклона менялся от 11 до 5 градусов. Наклон стены выставочного павильона на выставке ЭКСПО-92 в Севилье составил 15 градусов (для сравнения — наклон Пизанской башни — 6 градусов).
Возможности реализации сложных планов зависят от конструктивных систем опалубки. Благодаря появлению разнообразных опалубочных систем здания, возводимые в монолитном железобетоне, приобретают все более сложные архитектурные очертания. Можно утверждать, что разработанные системы опалубки позволяют решать самые разнообразные задачи. При строительстве гостиницы в Гамбурге на плане первого этажа были запроектированы колонны самых различных сечений (круглая, крестообразная, трилистник и т.д.). Высота колонн составила 11 м. Арматурный каркас монтировался внутри опалубки в горизонтальном положении перед ее установкой в проектную позицию. Повышенная скорость монтажа различных систем опалубки из-за высокой стоимости рабочей силы может дать существенный экономический эффект. Так, ускорение монтажа на 6 минут на 1 м² опалубки при 200 оборотах, по подсчетам немецкой фирмы «Перн», дает экономию денежных средств в 1200 немецких марок на 1 м², что в несколько раз превышает стоимость самой опалубки.
Примером высокоточных бетонных работ с помощью самоподъемной опалубки может служить строительство небоскреба высотой около 200 м во Франкфурте, где проемы в монолитных стенах фасада выполнялись с допуском ±5 мм. Периметр наружных стен здания в плане составлял 210 м. Темп бетонирования составлял 8 дней на один этаж. Качество поверхностей стен после смены опалубки делало возможным выполнение отделочных работ без дополнительной доводки (затирки).
Монолитный бетон, как уже упоминалось, в малоэтажном строительстве также находит достаточно широкое применение. Так, опалубочные системы компании «Утинорд» (Франция) позволяют бригаде в 7 человек бетонировать ежедневно одну блок-секцию на две квартиры трех-, четырехэтажного типового дома. Перспективно применение в малоэтажном строительстве несъемной опалубки из пенополистирола. Такая опалубка собирается насухо с применением связей между наружным и внутренним слоями из отдельных блоков толщиной 7—10 см нескольких типоразмеров. После затвердевания бетона залитого внутрь, снаружи такая стена штукатурится полимерным раствором по сеткам из стекловолокна или цементным раствором по стальной сетке.
Разработаны эффективные методы выдерживания бетона в зимних условиях, позволяющие возводить бетонные и железобетонные конструкции практически при любых температурах наружного воздуха без снижения их качества.
Монолитный железобетон обладает рядом преимуществ по сравнению с металлом при использовании в каркасах высотных зданий. Одно из основных преимуществ — более эффективная диссипация (рассеяние) энергии колебания зданий при ветровых нагрузках. Другое преимущество — поперечные сечения ядер могут иметь большие площади, что обеспечивает существенное повышение моментов сопротивления и соответственно незначительную деформативность таких зданий. При возведении высотных монолитных зданий применяются различные конструктивные системы. Наиболее распространенными являются системы с ядрами (стволами) жесткости в центре плана. Обычно в ядре жесткости находятся лифтовые шахты.
Нередко вместо ядра жесткости по периметру плана здания бетонируется пространственный контур-оболочка, работающий совместно с дисками перекрытий и расположенными внутри колоннами, воспринимающими в основном вертикальную нагрузку.
Например, горизонтальные отклонения верха здания относительно высоты обычно не превышают 1/1000 и, наконец, с разработкой высокоподвижных, высокопрочных бетонов подача материала на высоту может осуществляться бетононасосами, что намного эффективнее крановых операций, неизбежных при монтаже стальных конструкций. Для таких высотных зданий применяют бетон высокой прочности.
В Далласе (США) при строительстве 58-этажного административного здания «Ту Юнион Сквер» в колоннах использован бетон (цилиндрический) прочностью 133 МПа, т.е. в пересчете на кубиковую прочность это примерно 160 МПа. Применение сверхпрочного бетона позволило уменьшить расход стали более чем в два раза и на 30% снизить стоимость. Обычной же практикой является использование для этих целей бетона прочностью 60 МПа и выше.
Для зарубежного строительства характерна высокая культура работы с бетоном. Так, при строительстве небоскреба “Уотер Тауэр” в Чикаго (74 этажа) были применены 24 состава бетонной смеси, различных по высоте здания. Для ствола жесткости и колонн каркаса наружных стен с 1 по 25 этаж использовали бетон прочностью 62 МПа, с 25 по 74 этаж прочность снижалась последовательно до 52, далее 41, 34 и 28 МПа. В междуэтажных перекрытиях применяли легкий бетон прочностью 45, 38 и 34 МПа. Это позволило на 26% снизить нагрузку от собственного веса, уменьшить глубину заложения фундамента, получить существенный экономический эффект.
Здание нефтяной компании «Петронас» в Куала-Лумпуре на сегодня мировой рекордсмен среди небоскребов. Американский небоскреб «Сиерс», державший пальму первенства более 20 лет, в настоящее время второй. Небоскреб «Петронас» выполнен в виде двух рядом стоящих башен, соединенных примерно посередине стальным мостиком. Каждая башня круглого очертания в плане имеет по периметру 16 железобетонных колонн диаметром 2,4 м каждая, связанных в уровне каждого этажа кольцевыми балками, образуя внешний несущий каркас. Перекрытия выполнены монолитными по стальному профилированному настилу и опираются на кольцевые балки и ствол жесткости по центру сечения. Полная высота сооружения от основания свайного фундамента до верхней точки телеантенны на крыше — 582 м. Бетонирование велось в переставной опалубке с помощью бетононасосов.
В США самый высокий небоскреб с железобетонным каркасом «Сауф Вакер» в Чикаго (296 м, что всего на 4 м ниже Эйфелевой башни в Париже). Общий объем уложенного бетона при его возведении составил 84 тыс. куб.м при средней прочности 84 МПа. Ежедневный объем укладки составлял 535 куб.м. Строительство обслуживалось всего одним насосом (фирмы Shwing), с вылетом стрелы с бетоноводом на месте укладки в 32 м.
Укладку значительных объемов бетона производят, как правило, с помощью мощных бетононасосов. Так, в Германии 35% всего монолитного бетона укладывают с помощью бетононасосов, в Швеции — 55%, высота стрелы крупных автобетононасосов достигает 60 м, а производительность — 150 куб.м/ч и более.
Мировой рекорд подачи бетонной смеси на высоту, составляющий 500 м, был достигнут насосом фирмы Putzmeister в Альпах (Италия). При возведении небоскребов “Петронас” высота подачи смеси составила 432 м. Мировой рекорд перекачки бетона по горизонтали превышает 2 км.
За последние годы в США было построено более 100 млн м² монолитных перекрытий с натяжением арматуры на бетон. Значительный объем таких перекрытий возведен в Канаде.
Предварительно напряженная арматура в монолитных перекрытиях железобетонных конструкций в последнее время применяется без сцепления с окружающим бетоном. Для защиты от коррозии арматурные элементы (канаты) помещаются в специальные оболочки, заполненные антикоррозионным составом. В России такие перекрытия пока не применяются.
В монолитных перекрытиях траектории напрягаемой арматуры могут иметь весьма сложные очертания, исходя из эпюр действующих усилий.
В свое время американские специалисты изучали возможность строительства станций из бетона на Луне, исследования показали, что бетон на заполнителе из лунного грунта является полноценным строительным материалом и обладает прочностью на сжатие 78 МПа; обычный бетон того же состава — 56 МПа, динамический модуль соответственно 2, 1200 и 28 100 МПа, прочность на растяжение — 9,4 и 9,6 МПа. Был сделан вывод, что бетон для строительства станций на Луне предпочтительнее, чем другие материалы из-за высокой радионепроницаемости, и, главное, почти все компоненты для его приготовления могут быть изысканы на месте, в том числе произведен и цемент. Так, для сооружения круглого монолитного трехэтажного здания диаметром 62 м потребуется 1,5 тыс. т цемента. Воду можно получить соединением водорода, извлекаемого из некоторых лунных минералов, и кислорода, доставляемого с Земли. Для получения необходимых материалов на строительство этого здания потребуется доставить с Земли всего 55 тонн кислорода.
Таким образом, можно сделать вывод, что монолитное строительство за последние 10-20 лет получило значительное развитие, в том числе имеет перспективу и в освоении Луны.
К основным проблемам, связанным с расширением строительства монолитных зданий, могут быть отнесены:
- опасность образования технологических трещин в монолитных конструкциях от температурно-усадочных деформаций бетона в процессе его твердения, зависящих от состава бетона, условий твердения и размеров участков бетонирования конструкций;
- надежная оценка прочности твердеющего бетона в момент распалубки и передачи нагрузки от вышележащих элементов на конструкции, в которых бетон не достиг проектной прочности;
- необходимость разработки расчетных правил по установлению допустимой промежуточной прочности бетона при снятии и перестановке опалубки по этажам для различных видов монолитных конструкций (перекрытий, стен, колонн) с точки зрения обеспечения трещиностойкости и прочности конструкций во время возведения монолитного здания, а также включение в план производства работ мероприятий по ускорению набора прочности бетоном;
- эффективный контроль качества монолитных конструкций.
Испытания монолитных конструкций пробным нагружением довольно сложны, а контроль прочности бетона по образцам недостаточен, особенно при бетонировании в зимнее время, и центр тяжести контроля прочности бетона должен быть перенесен на неразрушающие методы. Т.е. возведение здания должно сопровождаться серьезным мониторингом для обеспечения его надежности и последующей безопасной эксплуатации.
Основной массив отечественных строительных стандартов, в том числе в области монолитного бетона и железобетона, включая СНиП, устарел и предстоит большая работа по его обновлению и пересмотру в рамках действия нового закона «О техническом регулировании». Эта работа должна вестись с учетом основных положений евростандартов. Необходимо наладить сотрудничество с CEN, что позволит получать тексты основных евростандартов, а по тем стандартам, которые еще не приняты, внести замечания и предложения, а главное, развернуть работу по сближению положений отечественных и европейских норм не вдогонку, а параллельно.
В настоящее время в Европе идет процесс создания единой нормативной базы для стран-членов ЕС. В области строительства в работе находится около 2000 документов, из них по бетону, железобетону и составляющим материалам, включая методы испытаний, — более ста.
Эта работа ведется силами многочисленных технических комитетов Европейской организации по стандартам — СЕN. В состав действительных членов CEN входят 19 стран Западной и Центральной Европы. В состав приглашенных членов входят 14 стран Восточной Европы, в том числе Болгария, Албания и др., однако в составе CEN России нет.
В России наметилась тенденция отхода от преимущественно сборного строительства к монолитному. Однако, по мнению многих специалистов, для наших климатических условий чрезмерное увлечение монолитом не очень рационально.
За рубежом же интерес к сборному строительству из железобетона не слабеет, а наоборот усиливается. Существует Международная федерация по сборному железобетону — BIBM, членами которой являются более 40 стран. Проводятся конгрессы BIBM, последний из которых состоялся в 2002 г. в Стамбуле. Из сборного железобетона возводятся самые разнообразные объекты: коттеджи, многоэтажные дома, стадионы, театры и т.д. Издаются журналы — только в ФРГ два — каждый объемом более ста страниц. Поэтому отказываться от отечественного опыта сборного строительства — не по-хозяйски. На это указывал и В.И. Ресин в своем докладе на пленарном заседании 1-й Всероссийской конференции по бетону и железобетону в сентябре 2001 г. В Москве строятся панельные здания высотой до 25 этажей повышенной комфортности. Идет конкуренция сборного и монолитного строительства, которая послужит прогрессу всего отечественного строительства в целом.
Организацией, объединяющей специалистов в области монолитного бетона, является ERMCO. |
Источник: www.proektstroy.ru
|
