Конструктивные схемы объемно-блочных зданий
ЛЕКЦИЯ 7
СИСТЕМЫ С ОБЪЕМНЫМИ БЛОКАМИ
Виды объемных блоков
Объемный блок- законченная структурная единица здания в виде пространственной тонкостенной конструкции, ограничивающая определенный объем (фрагмент) здания и обладающая необходимой прочностью, жесткостью и устойчивостью.
Объемно-блочный метод возведения зданий применяется в жилищно-гражданском строительстве наряду с другими видами индустриального домостроения. Наиболее целесообразными объектами применения объемно-блочного метода строительства являются здания с ярко выраженной ячейковой структурой: жилые дома, общежития, гостиницы, здания санаторно-курортного назначения, а также нежилые объекты - административно-бытовые корпуса промпредприятий, здания культурно-бытового обслуживания, детские учреждения.
Здания из объемных блоков возводят в районах с различными условиями строительства, в том числе в сейсмических зонах и районах вечной мерзлоты.
Здания с применением объемных блоков проектируются на основе объемно-блочной, блочно-стеновой, каркасно-блочной и ствольно-блочной конструктивных систем.
Классификация.Известно большое количество типов конструкций объемных блоков, поэтому определенная их систематизация является необходимой для раскрытия сущности конструктивных особенностей блоков и упорядочения терминологии.
Объемные блоки подразделяют:
• по назначению(рис. 7.1) - жилое помещение (комната), кухня, санитарно-технический узел, лестница, лифт и лифтовой холл, цокольный, чердачной крыши, прихожая, лоджия, балкон, эркер, коридор, шахта лифта, кровельный, машинное помещение лифта и др.;
Рис. 7.1. Типы объемных блоков по назначению: а - комната; б - санитарно-кухонный; в - санитарно-технический; г - лифт и лифтовой холл; д-з - лестница; и - прихожая; к -лоджия; л - балкон со стеной; м - балкон без стены; н - коридор; о - шахта лифтов; п - цоколь; р - чердачная крыша; с - блок кровли; т - машинное помещение лифта
• по размерам(рис. 7.2) - на комнату, на группу помещений;
Рис. 7.2. Разновидности блоков по размерам: а - на комнату (на одну конструктивно-планировочную ячейку); б, в - на группу помещений (на часть квартиры или секции дома)
• по замкнутости объема:замкнутые, незамкнутые;
• по форме плана:прямоугольные, косоугольные, криволинейные;
• по несущей способности- несущие, ненесущие;
• по конструктивному решению- каркасные (с открытым или скрытым каркасом), бескаркасные;
• по условиям опирания(рис. 7.3) - с точечным опиранием, с линейным опиранием;
Рис. 7.3. Опирание блоков: а - по контуру; б - по двум сторонам; в - по углам.
• по материалу- из бетона, из небетонных материалов, смешанные;
• по способу изготовления- монолитные (цельноформованные), сборные (составные);
• по конструктивно-технологическому типу(для монолитных блоков, рис. 7.4) - «колпак», «стакан», «лежащий стакан», «труба», «стол», «кольцо».
Рис. 7.4. Конструктивно-технологические типы блоков: а - колпак; б - стакан; в - лежащий стакан; г - труба; д -е - кольцо
Блоки жилых комнат представляют собой шестиплоскостные замкнутые объемно-пространственные конструкции, имеющие в своем составе четыре стены, пол и потолок. Блоки могут полностью отделываться и оборудоваться на заводе с установкой оконных и дверных изделий, устройством полов и внутренней отделкой.
Санитарно-кухонные блоки принципиальных конструктивных отличий от блоков жилых комнат не имеют, за исключением того, что в них предусматривается возможность пропуска и крепления коммуникаций и оборудования.
Блок-лестницы имеют существенные конструктивные отличия от других типов блоков и могут быть: цельноформованными со стенами (рис. 7.1 ж); цельноформованными без стен (рис. 7.1 з); сборными из отдельных элементов (рис. 7.1 е) с различными вариантами объединения стен, площадок и маршей; сборными из двух полублоков (рис. 7.1 д).
В наибольшей мере идее объемно-блочного домостроения соответствуют блоки полной заводской – готовности полностью отделанные, оборудованные и укомплектованные в заводских условиях. В то же время для строительства в труднодоступных и отдаленных районах при длительных перевозках и невозможности гарантированной защиты отделки может оказаться экономически целесообразным производить на заводах блоки неполной заводской готовности (по отделке, оборудованию, комплектации).
По признаку восприятия нагрузок блоки разделяются на несущие и ненесущие. Любая конструкция блока может быть отнесена лишь к одной из двух указанных разновидностей. Деление блоков на несущие и ненесущие связано с различием характера их работы в здании, а, следовательно, и принципов их конструирования. Несущими принято называть блоки, воспринимающие нагрузку от вышележащих блоков и передающие ее на нижележащие блоки или другие опорные конструкции. Ненесущими блоками называют блоки, на которые не передается нагрузка от верхних этажей зданий или со смежных пролетов и которые воспринимают лишь собственный вес и полезные нагрузки на блок.
Восприятие и передача нагрузок несущими блоками осуществляется либо через усиленные вутами углы или вертикальные специальные ребра при точечном опирании, либо через стены блоков при линейном опирании.
Классификация блоков по материалам является достаточно условной, поскольку в любом блоке сочетаются различные материалы. Тем не менее, при всем различии конструкций блоков представляется целесообразным выделить два типа: железобетонные блоки и блоки из небетонных материалов. Железобетонные блоки, как правило, являются несущими, блоки из небетонных материалов – ненесущими. Определяющим признаком является обеспечение требуемой несущей способности.
По способу изготовления блоки могут быть сборными и монолитные. Сборные блоки образуются путем соединения отдельно изготовляемых плоских (или криволинейных) панелей; монолитные блоки характеризуются монолитным соединением граней. Название «монолитные» является условным, так как по крайней мере одна из граней не имеет монолитной связи с блоком.
Геометрические размеры объемных блоков устанавливают, исходя из грузоподъемности транспортно-монтажных механизмов, действующих ограничений при перевозке железнодорожным или автомобильным транспортом, а также возможностей применяемых для их изготовления формовочных машин.
В соответствии с требованиями унификации и модульной координации номинальные модульные размеры длины и ширины объемных блоков, соответствующие расстояниям между координационными осями, должны приниматься кратными укрупненным модулям 6М (600 мм) или ЗМ (300 мм). Рекомендуемые длины объемных блоков: 4,2; 4,8; 5,4; 6,0; 6,6 м; рекомендуемая ширина: 3,0 и 3,6 м.
Сущность объемно-блочного домостроения проявляется в резком укрупнении и обеспечении наибольшей степени заводской готовности монтажного элемента здания. Этим самым объемно-блочное домостроение отличается от крупнопанельного и других видов строительства, этим определяются его особенности,главными из которых являются: тонкостенность крупногабаритных элементов блоков (внутренних стен и потолков); слоистость ограждений, образуемых двумя гранями (стенками) и воздушной прослойкой между ними. При этом отношение высоты к толщине внутренних стенок объемных блоков составляет 40 и более (в крупнопанельных зданиях - 16-20).
Конструкции объемных блоков должны соответствовать следующим требованиям:
• обладать необходимой прочностью, жесткостью, устойчивостью и обеспечивать несущую способность здания на весь период его эксплуатации (достигается правильным назначением рабочих сечений несущих элементов и подбором материалов);
быть технологичными в условиях заводского изготовления и обеспечивать возможность достижения максимальной степени их заводской готовности.
• обеспечивать возможность сохранения в процессе складирования, транспортирования и монтажа требуемых качеств, а также наружной и внутренней отделок;
• обеспечивать требуемые эксплуатационные качества зданий: необходимые санитарно-гигиенические условия, звукоизоляцию, теплозащиту;
• изготовляться с высокой точностью; должна быть обеспечена точность размеров шести граней, равенство их высот в крайних точках, равенство диагоналей, точность соблюдения толщин граней и конфигурации опорных частей, обеспечивающих правильность передачи нагрузок;
• конструирование объемных блоков и зданий из них должно производиться с учетом требований модульной координации размеров с максимальной унификацией узлов, элементов, деталей с целью обеспечения возможности применения в зданиях других конструктивных элементов: фундаментов, стен подвалов, стеновых панелей, плит перекрытий, лестничных маршей и т.п.;
• иметь как можно меньшую массу.
Объемные блоки полной заводской готовности должны иметь следующую комплектность и отделку:
• остекленные оконные и балконные дверные блоки;
• дверные блоки с наличниками и дверными приборами;
• встроенные шкафы и антресоли;
• смонтированные разводки сетей центрального отопления, холодного и горячего водоснабжения, канализации с санитарно-техническими приборами;
• смонтированную скрытую электропроводку с арматурой для подключения;
• вентиляционные блоки с вытяжными решетками;
• полы на балконах (лоджиях);
• ограждения на балконах;
• полностью отделанную фасадную поверхность наружных стеновых панелей;
• внутреннюю отделку, соответствующую требованиям проекта здания.
Рис. 7.5. Сформованный объемный блок
Рис.7.6. Строительство объемно-блочных зданий
Объемно-блочные системы
Объемно-блочная конструктивная и строительная система представляет собой пространственную форму организации (компоновку) связанных друг с другом несущих объемных блоков.
Компоновка блоков в здании.Для обеспечения вариантности архитектурно-планировочных решений предусматривается необходимое количество типоразмеров объемных блоков. При этом модульная координация должна обеспечивать максимум вариантов их взаимного расположения в здании. Рекомендуется использовать особенность архитектуры объемно-блочных зданий - относительную свободу ориентации блоков в пространстве. Это дает возможность устраивать галереи, террасы, эркеры и лоджии, применять часть блока как консоли и др.
Используются следующие планировочные приемы расстановки блоковотносительно друг друга:
• соосное (регулярное) расположение (рис. 7.7а);
• продольный сдвиг блоков (рис. 7.7 б), при котором один ряд блоков сдвигается относительно другого вдоль продольной оси здания на часть планировочного шага, что позволяет увеличить количество сочетаний типов квартир в секции дома;
• сдвиг одного или нескольких рядов блоков поперек продольной оси {рис. 7.7 в), что позволяет создать лоджии и эркеры, выявить пластику фасадов;
• комбинация продольного и поперечного сдвигов (рис. 7.7 г);
• поворот части блоков под прямым углом (рис. 7.7д)\ рекомендуется в торцевых частях зданий для увеличения вариантности компоновки квартир и обогащения архитектурного решения;
• раздвижка для коридора (рис. 7.7 е)\
• выдвижение блоков из плоскости фасада для образования эркеров и лоджий (рис. 7.7ж);
• выдвижение из плоскости фасада ряда блоков для образования коридоров, галереи (рис. 7.7 з);
• установка блоков поперек нижележащих или под углом (в малоэтажных зданиях).
Рис. 7.7. Компоновка блоков в здании: а - соосное расположение; б - сдвижка по продольной оси; в - сдвижка по поперечной оси; г - продольный и поперечный сдвиг; д - поворот под прямым углом; е - раздвижка для коридора; ж -выдвижка из плоскости фасада; з - выдвижка из плоскости фасада ряда блоков для образования коридоров, галерей
Конструкция объемных блоков.Для перспективного этапа строительства при создании новых и реконструкции действующих заводов ОБД и КПД, ориентируемых на выпуск объемно-блочных зданий, рекомендуется применять конструкции железобетонных объемных блоков типа «колпак» в унифицированном варианте.
Объемный блок типа «колпак» (рис. 7.8) представляет собой железобетонную призматическую оболочку, состоящую из «колпака», плиты пола и приставной панели наружной стены. «Колпак» является монолитной конструкцией, состоящей из пяти граней (четыре стены и потолок). Вертикальные и горизонтальные зоны сопряжения граней «колпака» имеют контурные усиления. В каждой стене «колпака» можно располагать не более одного проема; при этом ширина проема может достигать длины стены за исключением угловых простенков по 0,35 м.
Рис. 7.8. Конструкция унифицированного объемного блока типа «колпак». Толщина элементов конструкции из тяжелого (1) и легкого (2) бетона и для стен блока, на которые опирается панельный пролет (3): а - разрез горизонтальный; б - разрез вертикальный продольный; в - разрез вертикальный поперечный; 1 -призматическая оболочка типа «колпак»; 2 - плита пола; 3 - приставная панель наружной стены; 4 - консоль плиты пола; 5 - контурное ребро плиты; 6 - промежуточное ребро плиты.
Толщина стен объемных блоков принимается по расчету, но не менее 50 мм по нижнему сечению. Суммарная толщина двух спаренных граней объемных блоков, образующих межквартирное ограждение, должна приниматься не менее 100 мм (из тяжелого бетона) или 120 мм (из легкого бетона).
Потолок объемного блока, как правило, делают плоским. Для повышения жесткости и трещиностойкости он может иметь переменное сечение с утолщением к опорным зонам. Толщина плиты у опор при вспарушенном варианте должна быть не менее 90 мм.
Плита пола объемного блока выполняется с ребрами по контуру и гладкой плитой (как правило, при использовании легкого бетона) либо с плитой, имеющей промежуточные ребра в одном (поперечном) или двух направлениях. Плита пола присоединяется к «колпаку» через растворный шов с одновременной сваркой закладных деталей
Наружные стеныявляются одним из основных и наиболее ответственным элементом объемного блока. В железобетонных блоках наружные стены могут быть выполнены из бетонных материалов в виде трехслойных конструкций или из небетонных материалов в виде многослойных конструкций с эффективными утеплителями. В блоках типа «колпак» и «лежащий стакан» наружная стена, как правило, ненесущая.
Применяются три конструктивные варианта наружных стен: изготовляемые монолитно с прочими конструктивными элементами блока (рис. 7.9 а); изготовляемые отдельно и монолитно соединенные с блоком в заводских условиях (рис. 7.9 б, в); изготовляемые отдельно - навесные (рис. 7.9 г, д).
Рис. 7.9. Конструкции наружных стен блоков: а-г - типа «колпак»; д - типа «лежащий стакан»
Горизонтальные стыки между объемными блокамивыполняются на цементно-песчаном растворе. Не рекомендуется устройство растворных швов над перемычками проемов. На этих участках вместо раствора укладываются упругие прокладки из минеральной ваты или пенопласта, исключающие передачу нагрузок на перемычки (рис.7.10).
Заполнение горизонтальных стыков навесных стеновых панелей осуществляется упругими и герметизирующими прокладками.
Для обеспечения эксплуатационных качеств домов по звукоизоляции и для предотвращения распространения звука в межблочном пространстве горизонтальные и вертикальные внутренние швы по контуру смежных объемных блоков, следует заполнять раствором или упругими прокладками.
Смежные объемные блоки должны иметь между собой связи в виде металлических планок, привариваемых к закладным деталям блоков.
Рис. 7.10. Стыки между блоками: а, б - горизонтальные наружные; в - горизонтальный внутренний; г, д - вертикальные наружные; е - вертикальный внутренний; 1 - объемный блок; 2 - гернит; 3 - защитное покрытие и герметик; 4 - цементно-песчаный раствор; 5 - водоотбойная лента; 6 - ограничительная полоса; 7 - теплоизоляционный бетон; 8 -водоотводящий фартук; 9 - утепляющий вкладыш; 10 - арматурная сетка; 11 - теплозвукоизолирующая прокладка.
Конструктивные схемы объемно-блочных зданий
Конструктивные схемы объемно-блочных зданий сложнее кирпичных, мелкоблочных, крупноблочных и панельных, так как объемные блоки представляют собой пространственные ячейки. В зависимости от применяемых конструктивных элементов при строительстве зданий с использованием объемных блоков различают или блочную или смешанную схемы. При блочной схеме здание строится только из тех или иных объемных блоков, а при смешанной используют как объемные блоки, так и другие конструктивные элементы (например, крупные панели, каркасы, вставки в виде ядер жесткости и др.).
Рис 7.11. Варианты конструктивных схем и систем объёмно-блочных зданий:
В блочной схеме может быть или однороднаяблочная конструктивная система, при которой все здание собирают из несущих объемных блоков, или неоднородная, когда здание собирают из несущих и самонесущих объёмных блоков (рис. 7.11, а, б.).
В смешанной схеме различают каркасно-блочную, блочно-панельную, блочно-навесную и другие конструктивные системы. При каркасно-блочной системе ненесущие объемные блоки опирают на элементы несущего каркаса (рис. 7.11, в). Такая система применена в Минске при строительстве первых экспериментальных домов в 1960 – 1962 гг.
При блочно-панельной конструктивной системе здание собирают из несущих объемных блоков и крупных панелей наружных и внутренних стен и перекрытий (рис. 7.11, г, д).
В блочно-навесной конструктивной системе ненесущие объемные блоки навешивают на несущие части зданий, являющиеся, например, ядрами жесткости (рис. 7.11, е).
Возможны и другие конструктивные системы объемно-блочных зданий, например, с подвешенными объемными блоками к тем или иным элементам несущего остова (рис. 7.11, ж), или с ядрами жесткости, имеющими консоли-платформы для размещения ярусов из объемных блоков в высотных зданиях (рис. 7.11, и).