DWGФОРМАТ | ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Сравнительный анализ конструктивно-технологических параметров зарубежных сборно-монолитных систем гражданских зданий. Часть I

Ю.Д. Лысова, Н.И. Фомин, А.Х. Байбурин. Сравнительный анализ конструктивно-технологических параметров зарубежных сборно-монолитных систем гражданских зданий. Часть I / Вестник ЮУрГУ. Серия «Строительство и архитектура». – 2022. – Т. 22, № 2. – С. 61–67. DOI: 10.14529/build220208 

Введение

В современном гражданском строительстве жилых и общественных зданий наиболее часто применяются технологии монолитного, сборного и сборно-монолитного домостроения.

В строительной практике сложилось мнение, что при должном уровне изготовления сборных конструкций в заводских условиях и соответствующей технологии выполнения строительно-монтажных работ, каркасные системы, выполненные в сборно-монолитном варианте, сочетают в себе преимущества сборного и монолитного домостроения [1], минимизируя при этом их отдельные недостатки.

Применение сборно-монолитной технологии позволяет получить преимущества одновременно в нескольких направлениях [2, 3]:

1) создание достаточно гибких объемно-планировочных решений;

2) обеспечение большей пространственной жесткости каркаса;
3) повышение сейсмостойкости;

4) наиболее эффективное применение сборных железобетонных конструкций;

5) снижение объема монолитных и сопутствующих им работ на строительной площадке;

6) снижение затрат на строительство за счет сокращения сроков строительно-монтажных работ.

Учитывая преимущества данной технологии, в зарубежной и отечественной практике за последние 70 лет было разработано и внедрено несколько десятков сборно-монолитных каркасных систем (СМКС).

Несмотря на это, доля реального использования СМКС в современном отечественном гражданском строительстве составляет не более 10 % [4].

Такой низкий показатель распространения СМКС обусловлен комплексом причин, которые связаны с 4 группами параметров СМКС [5]:

1) географические параметры связаны со взаимным расположением площадки строительства и предприятий строительной индустрии, а также с развитием сборного строительства в регионе;
2) конструктивные параметры характеризуют геометрические характеристики элементов несущего каркаса;
3) технологические параметры характеризуют особенности монтажа несущих конструкций в зависимости от принятых конструктивных решений;
4) экономические параметры характеризуют затраты на реализацию этапов жизненного цикла здания. 

При этом если географические параметры достаточно автономны и обусловлены расположением строительной площадки, а также развитием предприятий строительной индустрии в соответствующем регионе, то другие выделенные группы имеют комплексные взаимосвязи. Так, экономические параметры на этапе строительства зависят от материалоемкости элементов каркаса, трудоемкости заводских и построечных работ, т. е. от конструктивных и технологических параметров.

Таким образом, для возможности обоснованного отбора и внедрения наиболее перспективных зарубежных СМКС необходимо оценить прежде всего их конструктивные и технологические параметры.

Данная статья открывает цикл публикаций, в которых рассматриваются зарубежные СМКС для определения возможности отбора и внедрения наиболее перспективных из них. В настоящей статье содержатся результаты сравнительного анализа конструктивных параметров систем.

Перечень анализируемых сборно-монолитных каркасных систем гражданских зданий

История развития технологии сборномонолитного домостроения берет свое начало с 50-х годов XX века [6]. Первые СМКС гражданских зданий появились в США, Италии, Швеции и Югославии практически одновременно (табл. 1).

В России активное внедрение сборномонолитных конструкций в гражданском строительстве началось только спустя примерно 30 лет [6]. При этом за основу отечественных разработок, как правило, был принят зарубежный опыт строительства (европейские страны и США).

В связи с этим в данной статье рассмотрены СМКС, разработанные в европейских странах и США. Отдельно планируется обобщить достаточно интересный опыт развития азиатских СМКС. Предполагается, что полученные результаты будут учтены авторами при разработке комплексной методики оценки применимости и технологической живучести СМКС гражданских зданий, что, в свою очередь, позволит обеспечить методическую возможность эффективного развития, применения и распространения отечественных технологий сборно-монолитного домостроения.

Перечень зарубежных СМКС, выбранных для сравнительного анализа, приведен в табл. 1.

Таблица 1. Перечень анализируемых зарубежных сборно-монолитных каркасных систем гражданских зданий

Сравнительный анализ конструктивных параметров СМКС гражданских зданий

В результате анализа сведений, представленных в [2, 7–22], для каждой СМКС был выявлен характерный перечень конструктивных параметров, а также их значений, сравнительный анализ которых был выполнен в два этапа.

На первом этапе определены основные геометрические разновидности сборных элементов:

Таблица 2. Основные геометрические разновидности зарубежных сборно-монолитных каркасных систем гражданских зданий

По данным табл. 2 можно заключить, что разрезка колонн в основном варьирует от 1 до 3 этажей, редко до 4–6. Сечение ригелей может применяться в 5 вариантах, при этом распространено прямоугольное и двойное перевернутое тавровое сечение. Сборные плиты перекрытия чаще всего применяются многопустотными и двойного таврового сечения как прямого, так и перевернутого.

На втором этапе анализа выполнена детализация конструктивных параметров, а именно сравнительная оценка значений геометрических параметров несущих конструкций зарубежных СМКС (табл. 3).

Таблица 3. Значения геометрических параметров несущих конструкций зарубежных сборно-монолитных каркасных систем гражданских зданий

Опираясь на полученные результаты, можно сделать вывод, что чаще всего в сборно-монолитных каркасах применяются колонны квадратного сечения с размером 200, 300 и 400 мм. Длины ригелей и плит перекрытия вне зависимости от высоты поперечного сечения варьируются в основном от 4,5 до 10,7 м.

Выводы

Технология сборно-монолитного домостроения является перспективной при возведении гражданских зданий, так как совмещает в себе преимущества сборного и монолитного строительства, при этом минимизируя в известной степени их недостатки. В то же время процент зданий, построенных с применением данной технологии, составляет малую часть от общего объема застройки в настоящее время.

В результате исследования конструктивных параметров 17 зарубежных СМКС, разработанных в странах Европы и США и имеющих потенциал внедрения в России, были сформулированы следующие выводы.

Несмотря на отсутствие информации по отдельным системам, из табл. 2 видно, что наиболее частыми в применении для зарубежных СМКС (европейские страны и США) являются: колонны с разрезкой от 1 до 3 этажей; ригели прямоугольного и перевернутого двойного таврового сечения; многопустотные плиты перекрытия. Отсюда следует, что вероятная эффективность применения СМКС обусловлена этими геометрическими разновидностями.

Сечение колонн в основном преобладает квадратное с размером сторон 200, 300 и 400 мм; длины ригелей и плит перекрытия в основном варьируются от 4,5 до 10,7 м. Горизонтальные конструкции с большими пролетами применяются реже, что, вероятно, обусловлено значительным увеличением их сечения для обеспечения требуемой жесткости, а также технологичностью монтажа. Общая толщина диска перекрытия (с учетом ригелей) для всех СМКС превышает 400 мм, что является явным недостатком по сравнению с возможными характеристиками аналогичных зданий в монолитном варианте.

Кроме этого выявлены некоторые закономерности развития СМКС. Так, при разработке поздних систем наблюдается повышение уровня унификации типоразмеров сборных элементов, а также обеспечивается уменьшение сечений колонн и ограничение пролетов ригелей и плит перекрытия. Таким образом, начиная с 1970-х годов, находят применение колонны сечением 200 × 200 мм при величине пролетов ригелей и плит перекрытия не более 9 м.

Полученные результаты позволят обеспечить необходимую информационную базу конструктивных параметров сборных конструкций для разработки комплексной методики оценки применимости и технологической живучести СМКС гражданских зданий.

Литература

  1. К вопросу учета и уменьшения влияния начальных геометрических несовершенств при возведении многоэтажных каркасных зданий / В.М. Митасов, В.Г. Себешев, Г.Г. Асташенко, М.А. Логунова // Изв. вузов. Строительство. – 2012. – № 2. – С. 91–97.
  2. Мурзаков, Н.В. Сравнительный анализ сборно-монолитных каркасных систем / Н.В. Мурзаков, М.М. Тасиурзин, В.С. Уханов // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры [Электронный ресурс]: материалы Всероссийской научно-методической конференции (1–3 февраля 2017 г). – Оренбург: ОГУ, 2017. – С. 857–861.
  3. Agrawal, A. A Review on Analysis and Design of Precast Structures / A. Agrawal, S.S. Sanghai,K. Dabhekar // International Journal of Scientific Research in Science, Engineering and Technology. – 2021. – Vol. 8, № 2. – P. 345–350. DOI: 10.32628/IJSRSET218267
  4. Зотеева, Е.Э. Системы сборно-монолитных зданий: зарубежный опыт строительства / Е.Э. Зотеева // Аллея науки: Электронный мультидисциплинарный журнал. – 2017. – Т. 2, № 12. – С. 286–291.
  5. Thompson, J.M., Pessiki, S. Experimental Investigation of Precast, Prestressed InvertedTee Girders with Large Web Openings // PCI JOURNAL.– 2006. – Vol. 51, № 6. – P. 32–47. DOI: 10.15554/pcij.11012006.32.47
  6. Сайкина, А.П. Применение сборно-монолитных конструктивно-технологических систем в жилищном строительстве / А.П. Сайкина, Р.Р. Сахибгареев // Сборник статей Международной научно-практической конференции (25 апреля 2019 г, г. Стерлитамак). – Уфа: Аэтерна, 2019. – С. 199–203.
  7. Недвига, Е.С. Системы сборно-монолитных перекрытий / Е.С. Недвига, Н.А. Виноградова // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2016. – Вып. 4 (43). – С. 87–102.
  8. Абросимова А.А. Каркасные системы возведения зданий и сооружений применяемые в зарубежном опыте / А.А. Абросимова, А.С. Пляскин // Материалы 65-й Юбилейной университетской научно-технической конференции студентов и молодых ученых [Электрон. текстовые дан.]. Томск: Изд-во Томского гос. арх.-стр. ун-та. – 2019. – С. 5–9.
  9. Небус, З. Обзор каркасных конструктивных систем / З. Небус, А.Ш. Вяслев // Избранные доклады 61-й Университетской научно-технической конференции студентов и молодых ученых – Томск: Томский гос. арх.-стр. ун-т. – 2015. – C. 579–592.
  10. Henin, E. Shallow Flat Soffit Precast Concrete Floor System / E. Henin, M. Tardros // Practice Periodical on Structural Design and Construction. – 2013. – Vol. 18, № 2. – P. 101–110. DOI: 10.1061/(ASCE)SC.1943-5576.0000135
  11. Morcous, G. Shallow precast concrete floor without beam ledges or column corbels / G. Morcous, E. Henin, M.K. Tadros // PCI JOURNAL. – 2019. – Vol. 64, № 4. – P. 41–54. DOI: 10.15554/pcij64.4-02
  12. A new shallow precast/prestressed concrete floor system for multi-story buildings in low seismic zones / G. Morcous, E. Henin, F. Fawzyc, M.K. Tadros // Engineering Structures. – 2014. – Vol. 60. – P. 287–299. DOI: 10.1016/j.engstruct.2013.12.016
  13. Review of Existing Precast Concrete Gravity Load Floor Framing Systems / S. Pessiki, R. Prior, R. Sause, S. Slaughter // PCI JOURNAL. – 1995. – Vol. 40,№ 2. – P. 52–68. DOI: 10.15554/pcij.03011995.52.68
  14. Assesment of Existing Precast Concrete Gravity Load Floor Framing Systems / S. Pessiki, R. Prior,R. Sause et al. // PCI JOURNAL. – 1995. – Vol. 40, № 2. – P. 70–83. DOI: 10.15554/pcij.03011995.70.83
  15. The legacy and future of an American icon: The precast, prestressed concrete double tee / G.D. Nasser, M. Tadros, A. Sevenker, D. Nasser // PCI JOURNAL. – 2015. – Vol. 60, № 4. – P. 49–68. DOI: 10.15554/pcij.07012015.49.68
  16. Furche, J. Slab-column connection with effective lattice shear reinforcement” / J. Furche // 3rd International Symposium on Connections between Steel and Concrete, 2017. September 27th – 29th. – P. 912–924.
  17. Shawkat, S. Application of Structural System in Building Design / S. Shawkat, R. Schlesinger. – Edition, Tribun EU, s.r.o. Brno, Czech republic, 2020. – 499 p.
  18. Henin, E. Efficient Precast/Prestressed Floor System for Building Construction: Theses and Dissertations / E. Henin. – 2012. – 326 р.
  19. Prior, R.C. Identification and Preliminary Assessment of Existing Precast Concrete Floor Framing Systems: Theses and Dissertations / R.C. Prior. – 2003. – 213 р.
  20. Hybrid Concrete Construction. MPA The Concrete Centre, London. – 2010. – 120 p.
  21. OMNIDEK General Information. Company Literature. – Omnia Concrete Floors Limited, Cheshire, Great Britain, 1998.
  22. Composite Dycore Office Structures. Company literature. – Finforck Industries, Inc., Orlando, Florida, 1992.

 Сведения об авторах

Лысова Юлия Дмитриевна, аспирант, ассистент кафедры «Промышленное, гражданское строительство и экспертиза недвижимости», Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (Екатеринбург), lysova_yulia@mail.ru

Фомин Никита Игоревич, доцент кафедры «Промышленное, гражданское строительство и экспертиза недвижимости», Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (Екатеринбург), nnimoff@mail.ru

Байбурин Альберт Халитович, профессор кафедры «Строительное производство и теория сооружений», Южно-Уральский государственный университет (Челябинск), baiburinak@susu.ru

Exit mobile version