» » Примеры проектных решений каркасно-каменных зданий

Примеры проектных решений каркасно-каменных зданий

18.04.2016

За последние годы проектными институтами Молдавии, Азербайджана, Грузии, Украины и др. республик разработано значительное число проектов каркасно-каменных зданий различного назначения с расчетной сейсмичностью 7 и 8 баллов. Среди них проекты жилых домов обычной и повышенной этажности, школ, гостиниц, спальных корпусов, санаториев и др.
Среди этих проектов есть как удачные, так и неудачные решения. На определенном этапе проектных изысканий последние, очевидно, нужно рассматривать как закономерное следствие недостаточной информации о специфике работы каркасно-каменных систем под нагрузкой.
Вряд ли необходимо доказывать, что тщательный анализ как положительного, так и отрицательного опыта воплощения любого конструктивного решения в проектных разработках является обязательным условием достижения максимального использования достоинств этого решения в соответствующей области применения. Поэтому представляется полезным рассмотрение проектов с наиболее типичными примерами неэффективного применения сочетания железобетонного каркаса и каменной кладки, а также проектов, представляющих, на наш взгляд, положительный опыт использования этой конструктивной формы.
В предыдущих главах неоднократно обращалось внимание на необходимость использования вертикальной нагрузки как средства, повышающего сопротивление каркасно-каменных стен горизонтальной нагрузке.
Прежде всего в этом нуждаются стены, несущая способность которых заметно снижена за счет устройства в заполнении проемов.
Игнорирование этого принципа при выборе несущих стен здания неизбежно приводит к неоправданно большому расходу материалов, используемых для возведения стен, и в первую очередь арматурной стали.
В этом отношении характерным примером является типовой проект 115-102-1с 5-этажного 60-квартирного жилого дома для строительства на территории MCCP в районах с 7—8-балльной сейсмичностью. В этом проекте в качестве несущих приняты поперечные стены из блоков пильного известняка марки 35 на растворе марки 25. Шаг стен 6,4 м, а в районе лестничных клеток — 3,0 м, причем 36% поперечных стеновых панелей имеют сплошное заполнение, а остальные — по одному проему шириной от 92 до 150 см при длине панелей в осях стоек — 5,4 и 6,6 м (рис. VII—6).
Такая конструкция поперечных стен, их частое расположение и обжатие нагрузкой от перекрытий обеспечивают зданию в поперечном направлении большую жесткость и высокую несущую способность при действии горизонтальной нагрузки.
В продольном направлении в здании предусмотрено 3 ряда железобетонных колонн сечением 40X40 см. По внутреннему ряду колонн заполнение в виде кладки вообще отсутствует, а по наружным — оно значительно ослаблено проемами. В составе этих стен нет панелей со сплошным заполнением, а сами стены являются самонесущими.
Таким образом, как жесткость, так и несущая способность здания в продольном и в поперечном направлениях характеризуются величинами разного порядка.
Примеры проектных решений каркасно-каменных зданий

При сейсмическом воздействии в продольном направлении такое здание по существу будет работать как каркасное без заполнения. Это обстоятельство и определило характер армирования элементов каркаса. В отдельных его стойках при расчетной сейсмичности здания 7 и 8 баллов продольная арматура достигает соответственно 6 Ø 25 и 6 Ø 36 мм. В итоге по сравнению с домами-аналогами расход стали в рассматриваемом здании оказался примерно на 20% выше.
Фактически эффект совместной работы кладки и железобетонного каркаса в этом проектном решении не был использован.
Помимо этого типовому проекту 115-102-1с присущи и другие недостатки: неравенство пролетов поперечных рам, подрезка поперечных стен по осям 2 и 5 в местах расположения мусоропроводов, смещение колонн относительно оси наружной продольной стены «В» и др.
Схема поперечного расположения несущих стен принята также в проекте корпуса дома отдыха «Скала» в Крыму (рис. VII—7).
Примеры проектных решений каркасно-каменных зданий

Все панели поперечных стен в этом здании имеют сплошное заполнение из крупных известняковых монолитных блоков высотой «на этаж». Шаг поперечных стен — 6 м, а в районе лестничных клеток — 2,6 м. В продольном направлении помимо наружных каркасных стен предусмотрены две внутренние каркасно-каменные стены с заполнением из таких же крупных блоков. В каждой панели этих стен предусмотрено по 2 дверных проема.
Достоинством рассматриваемого проекта является довольно четкая конструктивно-планировочная схема. К сожалению, опирание перекрытий на поперечные стены обусловило в этом здании, как и в домах серии 115-102-1,с, существенное различие в показателях прочности и жесткости продольных и поперечных стен.
Оба рассмотренных проекта являются примером устройства в каркасно-каменных зданиях поперечных стен с чрезмерно большой жесткостью и прочностью. В этом отношении среди проектных разработок можно найти прямо противоположные примеры. Так, в типовом проекте 164-80-20с 5-этажного здания общежития с расчетной сейсмичностью 7—8-баллов шаг поперечных стен с заполнением из кирпича марки 75 на растворе марки 25 достигает 12,6 м. В пределах одной секции здания на каждом этаже насчитывается всего 9 панелей поперечных стен, из них 5 — с проемами в заполнении (рис. VII—8). Причем по оси 3 стена несквозная, не имеющая между осями «Б» и «В» даже заменяющей рамы. Несущими в этом здании являются три продольные стены.
Примеры проектных решений каркасно-каменных зданий

Хотя формально принятый в этом проекте шаг поперечных стен не противоречит требованиям СНиП II-А. 12—69, тем не менее, сравнительно небольшое количество таких стен, ослабленных проемами и являющихся самонесущими, вызывает сомнение в обеспечении необходимой сейсмостойкости здания. При сейсмическом воздействии редкое расположение поперечных стен может поставить в тяжелые условия работы не только эти станы, но и простенки наружных продольных стен в связи с возможной деформацией дисков перекрытий в поперечном направлении. Между тем рассматриваемая конструктивно-планировочная схема довольно легко и существенно может быть улучшена. Для этого достаточно перегородки толщиной 16 см, расположенные примерно в середине пролетов между капитальными поперечными станами, заменить на такие же стены. Вряд ли такая замена вызовет существенное удорожание стоимости здания, зато, несомненно, повысит его сейсмостойкость.
При проектировании каркасно-каменных зданий обязательным является соблюдение основных требований СНиП II-A. 12—69 в отношении конфигурации зданий в плане и по высоте, симметричного расположения масс и жесткостей относительно главных осей здания т. п. Эти требования обязывают применять четкие конструктивно-планировочные схемы с монотонным шагом колонн и обязательным их расположением во всех пересечениях осей капитальных стен. К сожалению, последнее условие зачастую нарушается, хотя достигаемая за счет этого незначительная экономия бетона и стали, на наш взгляд, не окупается ущербом, наносимым сейсмостойкости здания в целом. Типичным примером в этом отношении являются здания с так называемыми «ядрами жесткости», предназначенными для восприятия основной части сейсмической нагрузки.
Примеры проектных решений каркасно-каменных зданий

На рис. VII—9 приведен пример такого решения. В центральной части здания большое число вертикальных железобетонных элементов в сочетании с ригелями и кладкой заполнения создают жесткий отсек. Стены боковых участков здания усиливаются лишь горизонтальной арматурой, хотя можно полагать, что их жесткость сопоставима с жесткостью стен центральной части и, следовательно, на них придется значительная часть сейсмической нагрузки, от которой они практически не защищены конструктивными мероприятиями.
Пример неудачного расположения колонн каркаса в 9-этажном каркасно-каменном здании с заполнением из блоков пильного известняка показан на рис. VII—10.
Такие решения обычно характерны для проектов зданий с каменными стенами, в которые железобетонные колонны вводятся как элементы усилия без какого-либо изменения первичного планировочного решения. Такую переработку проектов, очевидно, следует допускать лишь в исключительных случаях.
Примеры проектных решений каркасно-каменных зданий

Так, например, автору несколько раз пришлось столкнуться с необходимостью усиления каменных зданий в ходе их строительства. Побуждающие причины были разные. В одних случаях проектировщиками было упущено из виду то обстоятельство, что здание привязывается для сейсмического района, в других — испытания кладки возводимых стен не подтвердили принятую в проекте величину прочности сцепления раствора с камнем и т. п.
Во всех этих случаях наиболее экономичным вариантом усиления стен оказалась разборка участков кладки в сопряжениях капитальных стен и устройство в этих местах монолитных железобетонных колонн, связанных с антисейсмическими поясами.
Обычно шаг стоек в каркасно-каменных зданиях редко превышает 6,4 м. Однако при наличии соответствующего технико-экономического обоснования расстояние между стойками каркаса может быть увеличено. Так, в проекте 7-этажною жилого дома с продольными несущими стенами, разработанном ГПИ «Молдгипрострой» и ОИСИ, шаг стоек принят 4,0 и 7,2 м (рис. VII—11). Конструктивно-планировочная схема этого дома имеет определенные достоинства, заключающиеся в удобной планировке квартир, четком расположении стоек каркаса и т. д.
Примеры проектных решений каркасно-каменных зданий

В этом проекте впервые была применена оригинальная конструкция сборно-монолитных ригелей, у которых площадь опирания сборных элементов не превышает 10% общей площади контакта ригелей с кладкой стен. В состав таких ригелей входят над-проемные перемычки корытообразного профиля и рядовые со скошенными внутренними вертикальными гранями (рис. VII—12).
Соединение перемычек предусматривается путем сварки выпусков арматуры. После укладки на перемычки плит перекрытия центральная часть каждого ригеля по всей его длине армируется сварными каркасами и заполняется монолитным бетоном. При этом сборные элементы используются в качестве опалубки. За счет проникания монолитного бетона в полости сборных элементов и замоноличивания арматурных выпусков из торцов плит перекрытия обеспечивается совместная работа всех элементов ригеля как единого целого и надежная связь с ним сборного перекрытия.
Примеры проектных решений каркасно-каменных зданий

Основное достоинство ригелей такой конструкции состоит в том, что по условию обеспечения плотности и прочности контакта с кладкой стен они практически не уступают монолитным железо-бетонным ригелям.
Таким образом, в этом конструктивном решении удачно сочетаются основные достоинства как сборного, так и монолитного железобетона. Заметим, что решение это без какой-либо переработки может быть использовано при устройстве антисейсмических поясов в зданиях с армокаменными или комплексными стенами. Через такие пояса удобно пропускать вертикальные арматурные выпуски из кладки простенков.
В более поздних работах ГПИ «Moлдгипpостроя» описанная конструкция сборно-монолитных ригелей совершенствовалась за счет укрупнения сборных перемычек, применения V-образных каркасов для армирования монолитной обвязки и т. д.
К числу недавних работ ГПИ «Молдгипрострой» относится проект 8-этажного жилого дома. Как и в проекте 7-этажного здания, кладка заполнения в стенах этого дома предусмотрена из пильного известняка марки 35. В отличие от всех рассмотренных выше проектных решений в конструктивно-планировочной схеме 8-этажного дома принят единый шаг поперечных стен, равный 6,4 м (рис. VII—13).
Примеры проектных решений каркасно-каменных зданий

Несущие стены — продольные. Железобетонные вентиляционные блоки высотой «на этаж» использованы как дополнительные вертикальные элементы каркаса. Четкая конструктивная схема в этом здании сочетается с удачной планировкой квартир.
В соответствии с заданием при разработке проекта 8-этажного здания на первом этаже было предусмотрено размещение больших магазинов. Выполнению этого требования препятствовало довольно частое расположение поперечных стен; пришлось от некоторых из них на первом этаже отказаться. Это повлекло за собой необходимость замены оставшихся стен на железобетонные диафрагмы, кроме того, в связи с появлением «висячих» стен выше 1-гo этажа, резко увеличилось сечение ригелей на этих участках. В целом 1-й этаж оказался весьма материалоемким и трудоемким в исполнении.
Таким образом, этот опыт показывает, что каркасно-каменное решение с присущим ему сравнительно частым расположением поперечных стен нецелесообразно применять в случаях устройства на первых этажах многоэтажных зданий помещений с большой площадью, в пределах которой вертикальные несущие конструкции должны отсутствовать.
В сейсмостойком строительстве многих республик широко используется камень сравнительно невысокой прочности. Низкопрочный пильный камень разрабатывают на многих карьерах Крыма, Азербайджана и др. В Молдавии, например, марка разрабатываемого пильного известняка редко превышает 35.
Это обстоятельство является серьезным препятствием на пути применения камня в зданиях повышенной этажности, поскольку его низкая прочность приводит к увеличению толщины стен первых этажей что отрицательно сказывается на экономических показателях зданий.
Своеобразное решение этой задачи было найдено при разработке проекта 9-этажного точечного жилого дома. Все капитальные стены этого здания запроектированы несущими за счет перекрестного расположения сборных плит перекрытий на смежных этажах (рис. VII—14).
Примеры проектных решений каркасно-каменных зданий

Помимо экономии стеновых материалов такое решение позволило достичь примерного равенства жесткостных и прочностных характеристик стен обоих направлений, что благоприятно отразилось на сейсмостойкости здания. Общая компоновка обеспечила зданию выразительный архитектурный облик (рис. VII—15). Строительство таких зданий ведется на Сахалине с использованием для заполнения мелких аглопоритобетонных и шлакокерамзитобетонных блоков.
B связи с организацией в последнее время промышленного производства составных блоков высотой «на этаж» каменное домостроение превращается в индустриальный вид строительства, не теряя при этом тех преимуществ, которыми оно располагает перед другими конструктивными решениями зданий за счет использования больших объемов недорогого камня.
Примеры проектных решений каркасно-каменных зданий

Ряд проектных организаций разработал для сейсмических районов проекты многоэтажных зданий со стенами из крупных составных блоков. При анализе этих проектов обращают на себя внимание довольно сложные в конструктивно-технологическом отношении решения сопряжений капитальных стен.
Из материалов обследования последствий землетрясений известно, что именно эти участки стен более всего подвержены повреждениям при сейсмическом воздействии. Поэтому закономерно стремление проектировщиков с помощью различных конструктивных мероприятий достичь высокой прочности сопряжений капитальных стен, обеспечив тем самым использование эффекта пространственной работы здания при сейсмическом воздействии.
В Крыму в зданиях со стенами из крупных монолитных блоков высотой «на этаж», выпиливаемых из известняка марки 75-200, сопряжения стен решаются обычно путем конструктивной перевязки блоков (рис. VII—16), то есть в этих местах двухрядная разрезка стен заменяется на многорядную. В результате увеличивается число типоразмеров блоков, а желаемый уровень прочности сопряжений все же не достигается в связи с обычно низкой прочностью сцепления в кладке. Об этом свидетельствуют результаты вибрационных испытаний таких здании, проведенные ЦНИИЭПжилища, ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко и ОИСИ в Крыму.
Примеры проектных решений каркасно-каменных зданий

В сопряжениях стен из крупных составных блоков проектировщики обычно стремятся сохранить двухрядную разрезку, однако при этом в этих местах появляются крупные блоки сложной конфигурации, различного рода армированные шпонки, закладные детали, анкерные выпуски и пр.
Всем этим решениям присущи два недостатка: повышенная трудоемкость работ три их реализации и увеличение числа типоразмеров сборных элементов. Затруднен обычно и контроль качества таких соединений, особенно при устройстве узких вертикальных бетонных шпонок.
Между тем сопряжения капитальных стен из крупных блоков (в том числе и монолитных) довольно просто и надежно решаются путем устройства в этих местах монолитных железобетонных колонн, сечение которых гарантирует требуемое качество их бетонирования.
Таким образом, напрашивается вывод о целесообразности сочетания крупных составных блоков и каркасно-каменной схемы зданий.
В качестве удачного, по нашему мнению, примера такого сочетания можно привести проектное предложение Кишиневской лаборатории сейсмостойкости ЦНКИСК им. В.А. Кучеренко по 5-этажному жилому дому со стенами из крупных составных блоков. Исходным материалом для таких блоков являются мелкие либо так называемые «средние» блоки пильного известняка марки 35.
При разработке конструктивно-планировочной схемы стены здания были запроектированы из составных блоков, монолитность которых обеспечивается за счет технологического обжатия кладки при изготовлении вертикальной напрягаемой арматурой (рис. VII—17)
Примеры проектных решений каркасно-каменных зданий

В запроектированном здании все стены монтируются из блоков двух основных типоразмеров. Это несомненное достоинство данного проектного предложения. Подоконные участки кладки выполняются из облицованных керамзитобетонных блоков. Этот прием позволяет улучшить архитектурное решение фасадов здания.
Выше мы кратко рассмотрели некоторые проекты каркасно-каменных зданий II типа. Полагаем, что этих примеров достаточно для того чтобы составить определенное представление о состоянии проектных разработок рассматриваемого конструктивного решения. Разумеется, полный объем таких разработок далеко выходит за рамки взятых примеров.
Поскольку большинство проектов каркасно-каменных зданий II типа реализовано в сейсмических районах многих республик, то представляется возможным сделать некоторые выводы на основе обобщения опыта строительства таких зданий.