Понятие - строительная система - является комплексной характеристикой конструктивного решения здания по признакам материала и технологии возведения его несущих конструкций*. Различают четыре группы конструкционных материалов - камень (включая кирпич), бетон, металл и дерево, и два основных технологических метода возведения - традиционный и индивидуальный. Например, для кирпичных зданий традиционна технология ручной кладки несущих стен, а для деревянных - применение рубленных бревенчатых стен. Наиболее распространенным является использование одной строительной системы при возведении здания. Такие строительные системы называют основными. Схема их классификации дана на рис. 5.25.
За годы формирования в России многоукладной экономики объем применения и вариантность комбинированных строительных систем, особенно в индивидуальном проектировании, так называемых, многоэтажных элитных домов и в коттеджных малоэтажных, существенно возросли. Однако их конструктивная система преимущественно остается единой - бескаркасной, иногда комбинированной - каркасной в цокольных и подземных гаражных этажах и бескаркасной - в надземных жилых.
Известное повышение трудозатрат и стоимости при применении рассматриваемой строительной системы внесли резкое изменение нормативных требований (увеличение в 2-3 раза) к сопротивлению теплопередаче наружных стен. Практически для большинства районов России это привело к необходимости перехода от традиционных стен сплошной кладки к слоистым - трехслойным с эффективным утеплителем, несущая способность которых ограничена пятью этажами. Из большинства традиционных решений удается сохранить сплошную кладку из пустотелых керамических блоков и блоков из автоклавного ячеистого бетона, только в немногочисленных южных районах.
Полносборные каменные системы со стенами из заранее отформованных крупных кирпичных (керамических, каменных) блоков или панелей, изобретены и широко применялись в б. СССР в 50-е - 60-е гг., но затем постепенно ушли из практики. С 1990-х гг. высокий энергоэкономический эффект и индустриальность слоистых кирпичных панелей стимулировали рост их производства в США и Канаде.
Полносборные здания из бетона возводят в крупноблочной, панельной, каркаснопанельной и объемно-блочной системах.
Крупноблочная строительная система применяется для возведения жилых и массовых общественных зданий (школ, поликлиник и т.п.). Предельная высота зданий - 16 этажей, масса блоков 3-5 т. Традиционно для наружных стен блоки формуют однослойными из легкого (или ячеистого) бетона, для внутренних - из тяжелого бетона. Разрезка стен на блоки (по высоте этажа) преимущественно двухрядная - на простеночные и перемычечные элементы. Установку крупных блоков ведут по принципу каменной кладки: на цементно-песчаный раствор и с перевязкой вертикальных швов. Создание крупноблочной строительной системы было первым этапом индустриализации строительства зданий с бетонными несущими стенами. Внедрение панельной системы с более высоким уровнем индустриальное™ привело к сокращению объемов крупноблочного строительства. Повышение нормативных теплотехнических требований к наружным стенам способствует дальнейшему вытеснению крупноблочной строительной системы, поскольку она ориентирована на однослойные конструкции стен, сопротивление теплопередаче которых в 2-3 раза ниже ныне требуемых. Поэтому крупноблочную систему вытесняет из практики строительства комбинированная-блочно-панельная с крупноблочными внутренними стенами и панельными (многослойными) наружными.
Панельная система
Панельная система применяется в проектировании гражданских зданий высотой до 30 этажей в обычных условиях строительства и до 14 в сейсмических. Несущие стены панельных зданий состоят из панелей высотой в этаж, протяженностью до 7,2 м, массой до 10 т. В отличие от крупных блоков стеновые панели не самоустойчивы: при возведении их устойчивость обеспечивают монтажные приспособления, в эксплуатации - специальные конструкции стыков и связей. Панели несущих стен устанавливают на цементно-песчаный раствор без перевязки вертикальных стыков.
С конца 1950-х гг. железобетонное панельное домостроение в СССР (как и в ряде европейских стран) стало основой массового жилищного строительства, как его наиболее экономически эффективная форма. К концу 1980-х гг. в стране функционировало 600 домостроительных предприятий, обеспечивающих свыше 60% жилищного строительства в стране в целом, а в крупнейших городах - 90%. В 1990-е гг. панельное домостроение в России, как и большинство передовых в технологическом отношении отраслей промышленности переживало резкий спад. Он был связан с рядом организационных просчетов в приватизации и резкого сокращения государственных инвестиций в социальную сферу — строительство жилья, школ и детских учреждений, поликлиник, являвшихся главными потребителями продукции домостроительных предприятий. К объективным причинам спада объемов производства в домостроительной промышленности было отнесено и однообразие ее продукции. Руководителей предприятий устраивала политика в течение десятилетий «гнать план» типовой продукции с морально стареющими типовыми решениями домов и квартир. Героические усилия архитекторов и конструкторов по совершенствованию проектных решений массовых объектов удавалось реализовать в ничтожных объектах.
В условиях рыночной экономики и поиска негосударственных инвестиций домостроительная промышленность с 2000-х гг. вступила в период организационной перестройки. Сегодня она возрождается и базируется на учете требований рынка к разнообразию домов и квартир, внедрению элементов гибкой планировки и энергоэкономичных объемно-планировочных и конструктивных решений. Организационно это диктует расширение производства преднапряженных длинномерных настилов перекрытий (для обеспечения гибкой планировки квартир), панелей наружных стен с высоким сопротивлением теплопередаче, доборных изделий для зданий с комбинированными конструктивными системами (например, каркасно-стеновыми) или комбинированными строительными системами (сборно-монолитными, кирпично-панельными и др.)
Четкая организационная структура домостроительной промышленности позволяет решать такие задачи оперативно. Так, в очень сжатые сроки домостроительные предприятия перешли с производства однослойных на трехслойные панели наружных стен с повышением почти втрое сопротивления теплопередаче. Домостроительная промышленность возрождается и в 2002 г. например, в Москве обеспечивает до 70% объемов городского жилищного строительства домов различной этажности, с квартирами различных уровней комфортности - коммерческого, муниципального и социального назначения.
Неизменными остаются преимущества панельного домостроения перед традиционным в меньшей массе конструкций (на 30-40%), суммарных затрат труда и сроков строительства более, чем на 30% и стоимости на 3-5%.
Ведущим техническим преимуществом панельного домостроения по сравнению с традиционным является его высокая пространственная жесткость, позволившая практически без дополнительного увеличения затрат конструкционных материалов перейти от 5-этажной к 16-25 - этажной застройке и обеспечивающая сейсмостойкость сооружений при разрушительных землетрясениях.
Каркасно-панельная строительная система
Каркасная система является основной в проектировании одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий и реализуется чаще всего из сборных железобетонных, реже металлических конструкций.
Каркасно-панельная система является также основной в проектировании общественных зданий высотой от I до 30 этажей. Внедрена в СССР в экспериментальное строительство наряду с панельной во второй половине 1940-х гг., а в 1960-е стала основной в процессе индустриализации строительства массовых общественных зданий. В жилищном строительстве применяется редко (только при наличии соответствующей производственной базы), так как уступает панельной по показателям затрат труда, сроков строительства и расхода стали.
Однако в проектировании массовых общественных зданий она лидирует, так как ее экономические недостатки искупаются компоновочными преимуществами. Каркасная система обеспечивает гибкость планировочных решений при проектировании и относительно недорогие мероприятия по модернизации и даже перепрофилированию зданий в процессе их эксплуатации. Такой относительно незначительный компоновочный недостаток каркасно-панельной системы, как наличие выступающих в интерьер ригелей преодолим при использовании безригельных каркасов или подвесных потолков.
Естественно каркасно-панельное строительство (аналогично панельному) испытало те же затруднения, связанные с перестройкой экономики.
Наряду с этим каркасная система с середины 1990-х гг. получает развитие в монолитном и сборно-монолитном вариантах многоэтажного коммерческого жилища, в котором колонны (или пилоны) служат обеспечению свободы планировочных решений квартир и встроенных в нижней ярусы здания паркингов.
Объемно-блочная строительная система
Система и конструкции бетонных объемных блоков (несущих и ненесущих) были разработаны и внедрены в экспериментальное строительство в СССР в конце 1950-х гг. В 1970-е гг. были отработаны технологические схемы производства объемных блоков различных конструктивных модификаций, методы их монтажа и завершен отбор более целесообразных монтажных механизмов, заводы объемно-блочного домостроения вышли на проектную мощность и новые конструкции получили внедрение в массовое жилищное строительство как в обычных, так и в сложных инженерно-геологических условиях.
Объемно-блочные здания возводят из крупных объемно-пространственных бетонных элементов весом до 25 т, заключающих в себе жилую комнату или другой фрагмент здания. Объемные блоки устанавливают друг на друга как правило «столбами» - без перевязки швов.
Объемно-блочное домостроение обеспечивает существенное снижение суммарных трудозатрат (на 12-15% по сравнению с панельным) и прогрессивную структуру этих затрат. Объемно-блочную систему применяли при проектировании жилых зданий, гостиниц, общежитий, пансионатов различной этажности - от одного до 16 этажей.
Наибольший экономический эффект объемно-блочное домостроение обеспечивает при большой концентрации строительства, необходимости его осуществления в сжатые сроки и дефиците рабочей силы. В связи с тем, что такой мощной концентрации строительства в настоящее время не возникает, эта строительная система стала временно невостребованной.
Монолитная и сборно-монолнтная строительные системы
Эти системы применяют преимущественно при возведении жилых зданий средней и повышенной этажности со стеновой или каркасно-стеновой конструктивными системами. К системам монолитного домостроения относят случаи возведения всех несущих конструкций из монолитного бетона, к сборно-монолитным-выполнения несущих конструкций частично из монолитного бетона, частично - из сборных железобетонных изделий. Монолитные здания, как правило, проектируют бескаркасными, сборно-монолитные - и каркасными и бескаркасными. Применяют также монолитную каркасную или стеновую систему с наружными слоистыми стенами из кирпича (кирпично-монолитную). Первые примеры эпизодического применения монолитного бетона для возведения стен и перекрытий гражданских зданий в нашей стране относятся к 1880-м гг. В 1930-х гг. вновь возник интерес к этой системе, но она получила преимущественное применение при строительстве специальных сооружений - бункеров, силосов, силосных батарей и т.п. Качественно новый этап применения монолитного бетона в нашей стране начался в 1960-е гг. в известной мере под влиянием успешного опыта монолитного домостроения в Англии, Франции и некоторых других западных странах.
В 1970-х гг. проведены работы по созданию индустриальных опалубок, освоению технологии, возведению домов — представителей и всесторонней проверке эксплуатационных качеств таких зданий в отечественных природно-климатических условиях. С 1980-х гг. монолитное домостроение составляет существенную и интенсивно развивающуюся отрасль жилищного строительства. С 1990-х гг. монолитное домостроение в России получает дополнительный стимул к развитию в связи с активизацией деятельности совместных и зарубежных фирм, импортирующих разнообразное технологическое оборудование, что обеспечивает широкий диапазон технических решений и отбор наиболее совершенных.
На архитектурно-планировочные и конструктивные решения зданий существенно влияет избранный метод бетонирования несущих конструкций зданий. При возведении бескаркасных зданий преимущественно применяют скользящую, объемно-переставную, щитовую (крупно-и мелкощитовую) и блочную опалубки, при возведении каркасных — методы щитовой опалубки, подъема этажей (МПЭ) и подъема перекрытий (МПП). Своеобразной разновидностью сборно-монолитного домостроения в последнее десятилетие стала конструктивно-технологическая система зданий, возводимых в оставленной опалубке из полимерных материалов.
Строительные системы зданий с несущими и ограждающими металлическими конструкциями получили распространение в малоэтажном строительстве легкометаллических производственных, а затем и общественных зданий комплектной поставки и в мобильных одноэтажных зданиях из блок- контейнеров различного типа.
Система легкометаллических зданий получила распространение в строительстве одно-, двухэтажных зданий микрорайонного и районного значения. Наиболее широко она внедряется в строительство предприятий торговли, общественного транспорта, связи, питания и досуга. Легкометаллические конструкции зданий комплектной поставки освоены отечественной промышленностью в 1970-е гг., в 1980-е оно приняло массовый характер; были построены тысячи объектов, в 1990-е возник определенный «строительный бум» в возведении наиболее легких типов таких зданий (преимущественно торговых и складских) с широким участием отечественных, совместных и зарубежных фирм.
В полный комплект конструкций зданий комплектной поставки входят стальные колонны, легкие пространственные конструкции, покрытия (чаще всего типа структура), трехслойные панели наружных стен и покрытий с металлическими обшивками и эффективным утеплителем, специальные профили-нащельники стыков, витражи, оконные блоки, комплектующие изделия. Основные экономические преимущества системы заключаются в минимальных сроках строительства (быстровозводимые здания), снижении массы конструкций и трудоемкости строительства. Соответственно применение таких конструкций особенно целесообразно в холодном и умеренном климате.
Строительные системы с несущими и ограждающими конструкциями из дерева и пластмасс как в традиционном так и в полносборном вариантах имеют основной областью внедрения малоэтажное массовое жилищное строительство. По противопожарным требованиям в зданиях выше двух этажей имеет место только выборочное использование деревянных конструкций, например для внутриквартирных перекрытий и лестниц в домах с квартирами в двух уровнях и т.п.
Наряду с этим расширяется объем применения строительной системы древесноклееных конструкций комплектной поставки для большепролетных малоэтажных общественных зданий - спортивных залов, крытых рынков, выставочных павильонов, а также для промышленных зданий (преимущественно складских).
Возможность применения таких конструкций (рам, арок, каркасов, оболочек и др.) связана с внедрением прогрессивных технологий склейки древесины водостойкими синтетическими клеями, надежных методов их защиты от возгорания и гниения.
Примечания
* Термин "строительная система", применяемый нами, и качестве одной из основных характеристик конструкций зданий, не следует путать с его распространившимся рыночным использованием, когда отдельные фирмы применяют его в совокупности с наименованием фирмы, хотя ее продукция может отличаться от продукции конкурирующих фирм лишь деталями.