Рекомендации по применению монолитных ядер жесткости в сочетании со сборными конструкциями
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ МОНОЛИТНЫХ ЯДЕР ЖЕСТКОСТИ В СОЧЕТАНИИ СО СБОРНЫМИ КОНСТРУКЦИЯМИ
Рекомендовано к изданию решением секции конструкций Научно-технического совета ЦНИИЭП жилища Госгражданстроя.
Излагаются результаты технико-экономического анализа вопросов рационального применения монолитных ядер жесткости в сочетании со сборными конструкциями.
Приведены методика оценки конструктивно-технологических вариантов возведения ядер, нормативы затрат на возведение ядер различных конструктивных решений и высоты, а также нормативы продолжительности строительства. Для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций.
ВВЕДЕНИЕ
В последнее время в городах страны с развитой базой полносборного домостроения наметилась устойчивая тенденция к рациональному сочетанию в многоэтажном строительстве монолитных ядер жесткости (стволов) и сборных конструкций заводского изготовления, позволяющему решать разнообразные градостроительные задачи.
Так, в частности, в Москве, Ленинграде, Минске, Алма-Ате и других городах, применяя возводимые в скользящей и переставной опалубках ядра жесткости, возводят многоэтажные жилые и общественные здания, в том числе с использованием изделий индустриального каталога.
Монолитное железобетонное ядро (ствол) обеспечивает высокую жесткость здания и значительно уменьшает горизонтальные нагрузки на остальные несущие конструкции.
Внедрение в строительную практику монолотных ядер жесткости для многоэтажных зданий позволяет получить определенные экономические преимущества за счет снижения расхода стали на армирование конструкций, уменьшения числа типоразмеров и марок сборных конструкций, число которых влияет на уровень производственных затрат при изготовлении, а также капитальных вложений в организацию строительного производства.
В ряде случаев применение монолитных ядер жесткости позволяет использовать конструкции 12 — 16-этажных зданий для возведения зданий высотой 16 этажей и более.
Вместе с тем многие технико-экономические вопросы применения и возведения монолитных ядер жесткости изучены недостаточно. К их числу следует отнести вопросы:
экономического эффекта от сочетания монолитных ядер жесткости с полносборными конструкциями многоэтажных зданий;
выбора оптимального конструктивно-технологического решения ядер с учетом их конфигурации в плане и высоты, а также сечения стен, марки применяемого бетона и армирования;
выбора оптимального типа опалубки для возведения монолитных ядер жесткости в зависимости от их конфигурации в плане и высоты, а также принятой технологии возведения здания;
определения сфер рационального применения монолитных ядер жесткости.
В связи с этим целью настоящих Рекомендаций являются экономические вопросы рационального применения монолитных ядер жесткости в сочетании со сборными конструкциями.
На основе разработанной методики технико-экономической оценки в работе приведены результаты сравнительного технико-экономического анализа эффективности применения монолитных ядер жесткости в многоэтажных зданиях, выбора их оптимального сечения в зависимости от армирования, марки применяемого бетона и типа опалубки.
Приведены также нормативные сроки возведения ядер жесткости в зависимости от их проектной высоты и применяемой опалубки.
Разработаны показатели затрат на возведение ядер жесткости в инвентарных опалубках (себестоимость, трудоемкость, зарплатоемкость, удельные капитальные вложения). Рекомендации разработаны ЦНИИЭП жилища Госгражданстроя (инженеры Е.М. Альтшуллер и Е.И. Апарина).
1. МОНОЛИТНЫЕ ЯДРА ЖЕСТКОСТИ В МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЯХ
1.1. Конструктивная схема зданий с монолитным ядром жесткости принципиально отличается от стеновой и каркасной схемы.
В центре такого здания находится несущий железобетонный ствол (ядро), выполняемый из монолитного бетона в инвентарных опалубках (скользящей, крупнощитовой или блочной).
1.2. Монолитный ствол представляет собой замкнутый в плане контур практически любой конфигурации (рис. 1).
Рис. 1. Варианты планов монолитных стволов и зданий
В стволе размещается лестнично-лифтовой узел, вертикальные инженерные коммуникации, некоторые технические помещения.
Имеются примеры практики зарубежного строительства, когда при больших размерах ядра в плане в них располагают санитарно-технические узлы и подсобные помещения (рис. 2).
Рис. 2. Примеры планировочных решений монолитных ядер жесткости
1.3. Монолитные ядра жесткости применяют главным образом в домах башенного типа, хотя имеются примеры возведения и протяженных домов с несколькими ядрами. Обычно такие дома имеют коридорную планировку и в конструктивном отношении принципиально не отличаются от зданий башенного типа с одним центральным стволом.
1.4. Планировочные решения домов башенного типа характеризуются центральным расположением монолитного ядра и лестнично-лифтового узла, вокруг которого размещаются все основные помещения. Наиболее распространены три варианта планировочных решений таких зданий (рис. 3) с входами в помещения [1]: непосредственно из ствола, из холлов, из контурного коридора.
Рис. 3. Планировочные решения башенных зданий с монолитными ядрами жесткости (квартиры выделены штриховкой)
а — с входами в квартиры непосредственно из ядра; б — с входами в квартиры из холлов; в — с входами в квартиры из контурного коридора
Первое планировочное решение характерно для домов с многокомнатными квартирами и административных и т.п. зданий с большими площадями помещений на этаже.
Второе решение наиболее характерно для домов с квартирами средних размеров.
Наличие контурного коридора предопределяется необходимостью строительства зданий с однокомнатными квартирами, гостиниц, общежитий, спальных корпусов, а также общественных зданий с большим числом мелких помещений.
1.5. Здания со стволами в зависимости от принятых объемно-планировочных решений можно разделить на две группы, характеризуемые использованием первых этажей: застроенных или свободных.
1.6. Здания первой группы, нашедшие распространение в отечественной строительной практике, имеют сборные или монолитные несущие стены, а также каркас (сборный или монолитный) и навесные наружные стены.
1.7. Определенный интерес представляют здания со свободными первыми этажами, получившие относительно широкое применение за рубежом.
Решения таких зданий в большинстве случаев мало оправданы по функциональным или градостроительным соображениям и связаны с рекламными целями фирм, строящих для себя административные (конторские) здания. Освобожденная под зданием территория равна потерянной площади первых этажей, что ухудшает экономические показатели. Вместе с тем в некоторых случаях здания такого типа позволяют экономить территорию при их строительстве на крутом рельефе или над дорогами (рис. 4).
Рис. 4. Схемы зданий с незастроенным первым этажом
а — освобождение территории для движения или автостоянки; б — строительство на крутом рельефе
1.8 Здания со свободными (незастроенными) первыми этажами возводят применяя следующие конструктивные решения (рис. 5):
Рис. 5. Конструктивные решения здания незастроенным первым этажом
а — с поэтажными консольными перекрытиями; б — чашеобразное; в — с подвешенными перекрытиями
1.9. Общим недостатком конструктивных решений зданий со свободными первыми этажами является их повышенная материалоемкость (особенно арматурной стали), сложность и трудоемкость их возведения.
Прежде всего это относится к зданиям с подвешенными перекрытиями, которые имеют наихудшие показатели по расходу материальных ресурсов, надежности и сложности узлов.
1.10. В отечественной строительной практике монолитные ядра жесткости в основном применяют при строительстве каркасно-панельных зданий высотой более 20 этажей, ранее возводившихся с диафрагмами жесткости, а также зданий, возводимых методом подъема перекрытий. Имеется единственный пример (г. Сочи) строительства здания спального корпуса с подвешенными к ядру объемными блоками.
1.11. Применение монолитных ядер жесткости в каркасно-панельных зданиях позволяет освободить от поперечных и продольных диафрагм жесткости, создает значительно большую планировочную свободу как для жилых, так и для первых этажей, где становится возможным проектировать большие встроенные помещения торговых и бытовых предприятий и др.
1.12. Отказ от диафрагм жесткости в каркасных зданиях не только улучшает их планировочные возможности, но и сокращает число применяемых в здании малотиражных сборных элементов, что в конечном счете сказывается на затратах при изготовлении комплекта сборных железобетонных конструкций.
1.13. Учитывая возросший интерес к возведению многоэтажных каркасно-панельных зданий с монолитными ядрами жесткости, ряд проектных институтов страны (МНИИТЭП, УП ОПЖР, Моспроект, Белгоспроект и др.) провели разработку унифицированных решений монолитных ядер жесткости для региональных условий строительства. В частности, Белгоспроектом Госстроя БССР проведена унификация ядер жесткости для каркасно-панельных зданий, строительство которых осуществляется в республике.
1.14. В результате унификации, осуществленной с целью создания номенклатуры комплектов для возведения ядер, а также для сокращения материалоемкости и трудоемкости, разработаны ядра трех типоразмеров прямоугольного сечения в плане 6 x 6, 6 x 9 и 9 x 9 м.
Планировочная модульная сетка ядер принята 600 x 600 мм с габаритом ядер в осях, вписываемом в сетку каркаса ИИ-0,4.
Рекомендуемая толщина стен в зависимости от высоты здания и армирования — 300, 350, 400, 450, 500, 550 и 600 мм. Стены ядер жесткости приняты из тяжелого бетона классов В22,5 и В15.
1.15. Сокращение количества возможных вариантов ядер жесткости до трех не вызывает затруднений при компоновке зданий, поскольку существует ограничение числа типоразмеров сеткой каркаса, а свободная внутренняя планировка ядер не ограничивает их вариабельного применения.
1.16. Институтом «Белгоспроект» проведены также расчеты ядер жесткости размерами в плане 6 x 6, 6 x 9 и 9 x 9 м при высоте зданий соответственно 16, 20 и 25 этажей и толщине стен для всех вариантов 450 мм.
Армирование ядер осуществлялось арматурой класса А-III, А-I и В-I.
Расход ресурсов по этим ядрам характеризуется следующими данными, свидетельствующими об их относительно малой металлоемкости (табл. 1).
Таблица 1
Расход ресурсов на унифицированные монолитные ядра жесткости, разработанные Белгоспроектом
2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
ПРИМЕНЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ ЯДЕР ЖЕСТКОСТИ
В ЖИЛИЩНО-ГРАЖДАНСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
2.1. Технико-экономический анализ основывается на сопоставлении п C_{i} оказателей себестоимости возведения сравниваемых альтернативных вариантов конструкций, капитальных вложений в организацию производства конструкций и их монтажа (возведения), приведенных затрат, суммарной трудоемкости.
2.2. Текущие затраты (себестоимость) строительно-монтажных работ по сравниваемым вариантам конструктивных решений определяются по формуле
C_{i} = C_{i}^{\text{изг}.\text{к}(\text{п})} + C_{i}^{\text{тр}.\text{к}(\text{п})} + C_{i}^{\text{в}.\text{м}.\text{к}} , (1)
C_{i}^{\text{изг}.\text{к}(\text{п})}
C_{i}^{\text{тр}.\text{к}(\text{п})} где — полная себестоимость изготовления конструкций или полуфабрикатов (бетонной смеси, арматурных изделий) по i-му конструктивному варианту, руб./м2 (руб./конструкцию);
C_{i}^{\text{в}.\text{м}.\text{к}} — себестоимость транспортирования конструкций или полуфабрикатов на строительную площадку по i-му конструктивному варианту, руб./м2 (руб./конструкцию);
- себестоимость возведения конструкций на строительной площадке по i-му конструктивному варианту, руб./м2 (руб./конструкцию).
2.3. При технико-экономическом анализе транспортные затраты рассматриваются как технологические, зависящие от принятой технологии возведения конструкций.
2.4. Капитальные вложения в основные и оборотные фонды строительных организаций и сопряженные отрасли производства конструкций и полуфабрикатов определяются по формуле
\text{К}_{i} = \text{К}_{i}^{\text{изг}.\text{к}(\text{п})} + \text{К}_{i}^{\text{тр}.\text{к}(\text{п})} + \text{К}_{i}^{\text{в}.\text{к}} , (2)
\text{К}_{i}^{\text{в}.\text{к}} \text{К}_{i}^{\text{тр}.\text{к}(\text{п})} \text{К}_{i}^{\text{изг}.\text{к}(\text{п})}
где , , — соответственно капитальные вложения в заводское изготовление конструкций или полуфабрикатов, средства их транспортирования на с \text{П}_{i} троительную площадку, основные производственные фонды строительных организаций, занятых возведением i-го конструктивного варианта, (руб. x год)/м2 (руб. x год/конструкцию).
2.5. Основным показателем сравнительной экономической эффективности вариантов конструктивных решений принят показатель приведенных затрат , рассчитываемый по формуле
\text{П}_{i} = C_{i} + N\text{З}n_{i} + E_{\text{н}}\text{К}_{i} , (3)
E_{\text{н}} где — себестоимость строительно-монтажных работ (текущие затраты) по i-му конструктивному варианту, руб./м2 (руб./конструкцию);
\text{К}_{i} — нормативный коэффициент сравнительной эффективности, равный 0,12, 1/год;
\text{З}_{n_{i}} — капитальные вложения в основные и оборотные фонды строительных организаций и сопряженные отрасли производства конструкций или полуфабрикатов (бетонной смеси и арматурных изделий), а также в транспортные средства, занятые доставкой конструкций или полуфабрикатов на строительную площадку по i-му конструктивному варианту, руб. x год/м2 [руб. x год/конструкцию];
- заработная плата в себестоимости продукции строительного производства (включая себестоимость изготовления и транспортирования конструкций или полуфабрикатов на строительную площадку) по i-му конструктивному варианту, руб./м2 (руб./конструкцию);
N — норматив отчислений в фонд обществе N\text{Зп}_{i} нного потребления, определяемый на основе публикуемых статистических данных о соотношении среднегодовой заработной платы и выплачиваемой трудящимся ее денежной составляющей. По данным ЦСУ СССР N = 0,4.
2.6. Учет в составе приведенных затрат позволяет выявить эффект от экономии трудовых затрат, имеющей определяющее значение в социально-экономической и технической политике индустриализации строительства.
2.7 По анализируемым вариантам конструктивных решений сравниваются также показатели:
суммарные трудоемкости, включающей в себя затраты труда на заводское изготовление конструкций или полуфабрикатов, их транспортирование на строительную площадку, а также на возведение конструкций на строительной площадке;
суммарной энергоемкости, характеризующей совокупный расход условного топлива на изготовление конструкций или полуфабрикатов, исходные компоненты, расходуемые на их изготовление, транспортировку их к месту применения, а также затраты топлива на строительной площадке (зимнее бетонирование, интенсификация твердения и т.п.).
2.8. С целью определения и анализа технико-экономических показателей по сравниваемым конструктивным решениям были разработаны укрупненные показатели затрат на возведение монолитных ядер жесткости в применяемых для этой цели скользящей и крупнощитовой опалубках (табл. 2).
Таблица 2
Показатели затрат на возведение монолитных ядер жесткости в инвентарных опалубках
2.9. Все показатели табл. 2, дополняющие Рекомендации [3], определены с учетом действующих с 01.01.1982 оптовых цен на материалы, полуфабрикаты, топливо, оборудование и т.п., тарифов на перевозку, а также действующих норм амортизационных отчислений.
2.10. Система расчетных показателей, упомянутых в п. 2.9, позволяет определить среднеотраслевой уровень затрат (денежных, трудовых, материальных) для ядер жесткости любого конструктивного решения, любой высоты и конфигурации в плане, а также для заменяемых решений лестнично-лифтового узла, диафрагм жесткости и т.п.
2.11. С целью технико-экономической оценки вариантов возведения монолитных ядер жесткости должны быть также выявлены показатели продолжительности их возведения (табл. 3).
Таблица 3
Показатели продолжительности возведения стен
монолитных ядер жесткости
| Высота возводимого ядра, м | Продолжительность возведения опалубки, дни | |
| скользящей | крупнощитовой | |
| 48 | 36 | Стены ядра в пределах |
| 60 | 40 | одного этажа — 2 дня |
| 75 | 45 | То же |
| 90 | 50 | «» |
| 105 | 55 | «» |
| 120 | 60 | «» |
2.12. Приводимые в табл. 2 показатели продолжительности возведения стен монолитных ядер жесткости учитывают специфику применения скользящей и крупнощитовой опалубок.
При использовании скользящей опалубки бетонирование стен ядра по технологическим требованиям должно вестись непрерывно с опережением по отношению с обстройке. Продолжительность возведения в скользящей опалубке слагается из постоянных затрат времени, не зависящих от высоты ядра и его конфигурации в плане, на монтаж и демонтаж системы скользящей опалубки (20 дней на ядро) и переменных затрат времени на возведение стен ядра (этаж — 3 м/сут).
2.13. Применяя крупнощитовую опалубку, монолитные ядра жесткости наиболее целесообразно возводить в совмещенном цикле с обстройкой здания. В этом случае ядро жесткости бетонируют с перекрытия нижележащего этажа, обеспечивая тем самым сокращение трудозатрат, связанных с перестановкой опалубки на следующий ярус бетонирования (этаж). Продолжительность возведения ядра жесткости при такой организации технологического процесса не превышает двух дней на стены ядра в пределах этажа.
3. ЭКОНОМИКА ПРИМЕНЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ ЯДЕР ЖЕСТКОСТИ
В 16- И 25-ЭТАЖНЫХ КАРКАСНО-ПАНЕЛЬНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЯХ
3.1. С целью выявления эффекта от применения монолитных ядер жесткости в зданиях повышенной этажности был проведен сравнительный технико-экономический анализ конструктивно-технологических вариантов возведения каркасно-панельных зданий высотой 16 и 25 этажей.
3.2. В качестве эталона для сравнения по 16-этажным зданиям принят индивидуальный проект 90-квартирного жилого дома, запроектированного в 1980 г. МНИИТЭПом для строительства в 73 квартале Хорошево-Мневники (И-808).
3.3. Рассмотрены два варианта конструктивно-технологического решения здания.
Первый — связевый каркас, при котором коммуникационное ядро, размещаемое в центре здания, возводится в каркасе и имеет вертикальные диафрагмы в виде железобетонных стен жесткости, работающих на горизонтальные нагрузки.
Общая жесткость здания и его устойчивость обеспечивается совместной работой дисков и диафрагм жесткости.
Второй — в котором коммуникационное ядро возводится из монолитного железобетона в индустриальной опалубке. Такое решение позволяет отказаться от применения в здании вертикальных диафрагм в виде железобетонных стен жесткости, поскольку жесткость и устойчивость здания в этом случае обеспечивается работой перекрытия и монолитного ядра.
3.4. При технико-экономическом анализе вариантов 25-этажных зданий в качестве эталона для сравнения был принят проект жилого дома (И-521), строительство которого осуществлено в Москве (Хорошево-Мневники, проспект маршала Жукова, 31).
3.5. Сравнение вариантов осуществлялось на основе принципов моделирования, предусматривающих замену каркаса коммуникационного узла и диафрагм жесткости монолитным ядром (16-этажный дом) либо монолитного ядра жесткости связевым каркасом (25-этажный дом).
3.6. Расчеты выполнялись по заменяемым элементам конструктивного решения лестнично-лифтового узла (ядра жесткости) с последующим отнесением затрат на 1 м2 общей приведенной площади здания (см. Прил. 1 — 11).
3.7. В табл. 4 приводятся результаты экономического анализа конструктивно-технологических решений 16- и 25-этажных зданий, решенных с монолитным ядром жесткости и в связевом каркасе.
Таблица 4
Сравнительные технико-экономические показатели конструктивно-технологических решений 16- и 25-этажных каркасно-панельных жилых зданий, на 1 м2 общей приведенной площади
3.8. Приводимые данные свидетельствуют, что отказ от применения в многоэтажных зданиях связевого каркаса и переход к применению в таких зданиях ядер жесткости, возводимых из монолитного бетона в индустриальных опалубках, позволяет в зданиях высотой 16 этажей сократить сметную стоимость строительства на 1,6% (с 202,8 руб./м2 при связевом каркасе до 199,6 руб./м2 при применении в каркасно-панельном доме монолитного ядра жесткости), получить экономию арматурной стали в натуральном исчислении в размере 7,8 кг на 1 м2 общей приведенной площади, снизить удельные капитальные вложения в производственную базу строительной индустрии на 5,5 руб. x год/м2 общей приведенной площади, а суммарную трудоемкость на 0,96 чел.-ч/м2. Число монтажных единиц каркаса сокращается на 38% (с 567 до 353 единиц).
В зданиях высотой 25 этажей применение монолитных ядер жесткости позволяет сократить сметную стоимость на 1% (с 210 руб. при связевом каркасе до 208,1 руб. на 1 м2 общей приведенной площади), получить экономию арматурной натуральной стали в количестве 8,16 кг на 1 м2 общей приведенной площади, снизить удельные капитальные вложения в производственную базу строительной индустрии на 5,5 руб. x год на 1 м2 общей приведенной площади, а суммарную трудоемкость примерно на 1,5 чел.-ч. Число монтажных единиц каркаса сокращается на 25% (с 974 до 727 единиц).
3.9. Приводимые в п. 3.7 результаты технико-экономического анализа подтверждают экономическую целесообразность внедрения в строительную практику многоэтажного строительства монолитных железобетонных ядер жесткости, позволяющих получить существенную экономию материальных, трудовых и финансовых ресурсов.
4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВАРИАНТОВ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ МОНОЛИТНЫХ ЯДЕР ЖЕСТКОСТИ 25- И 40-ЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ
4.1. На основе методики, изложенной в главе 2, анализировались конструктивные варианты ядер жесткости, различающихся высотой, сечением стен (в том числе по высоте ядра), классами применяемых бетонов и армированием. Исходные данные для технико-экономических расчетов, полученные на основании инженерных расчетов в УП ОПЖР и ЦНИИЭП жилища, приводятся в табл. 5 и 6.
Таблица 5
Исходные данные для технико-экономической оценки вариантов монолитных ядер жесткости высотой 75 м (размер в плане 6 x 6 м)
Таблица 6
Исходные данные для технико-экономической оценки вариантов монолитных ядер жесткости высотой 120 м
4.2. Экономические показатели затрат на возведение монолитных ядер жесткости рассчитывались для двух возможных технологий их реализации, имеющих свои достоинства и недостатки:
с использованием скользящей опалубки, при которой монолитное ядро по технологическим требованиям необходимо возводить с опережением по отношению к обстройке здания;
с использованием крупнощитовой опалубки, при которой монолитное ядро (ствол) бетонируется в совмещенном цикле с обстройкой здания.
4.3. К достоинствам скользящей опалубки следует отнести возможность возводить ядра любой конфигурации в плане, высокие темпы бетонирования стен ядра, реализуемые при непрерывной трехсменной работе, высокая оборачиваемость комплекта опалубки, поскольку ядро высотой 75 м может быть сооружено за 45 — 50 дней, а ядро высотой 120 м — за 60 — 65 дней.
Всего этого, однако, можно добиться лишь при работе специализированными подразделениями монолитного домостроения.
К недостаткам скользящей опалубки следует отнести чрезвычайную техническую сложность (а следовательно, трудоемкость) изменения сечения конструкции стен ядра в процессе их возведения, повышенную чувствительность опалубки к нарушениям технологических режимов и, прежде всего, к неритмичному обеспечению строительных работ бетонной смесью.
4.4. Крупнощитовая опалубка позволяет изменять толщину бетонируемых конструкций в процессе их возведения, более устойчива к нарушениям технологических режимов, обеспечению строительной площадки бетонной смесью и арматурными изделиями. В то же время применение крупнощитовой опалубки для возведения стен ядер жесткости связано с необходимостью выполнения работ по бетонированию конструкций в совмещенном цикле с работами по обстройке здания, при котором стены ядра возводятся с опережением на один этаж по отношению к самому зданию.
Только таким образом, применяя крупнощитовую опалубку, можно сократить трудовые затраты при перестановке опалубки с бетонируемого яруса на землю, где должны в этом случае осуществляться чистка и смазка щитов опалубки, перемонтирование ее для бетонирования стен другой толщины, а затем произведен ее подъем для бетонирования следующего яруса (этажа). Совмещенный цикл бетонирования стен ядра жесткости отрицательно сказывается на сроках его возведения, оборачиваемости комплекта опалубки, возможности выполнения работ специализированными строительными подразделениями монолитного домостроения.
4.5. Выбор метода возведения монолитного ядра жесткости зависит не только от изложенных в пп. 4.3 и 4.4 особенностей применения скользящей и крупнощитовой опалубок, но и от ряда других факторов, главные из которых:
сложность конфигурации ядра и его размеры в плане;
намечаемые объемы строительства ядер;
наличие специализированных строительных подразделений монолитного домостроения.
4.6. Изложенные выше технологические особенности методов возведения монолитных ядер жесткости позволили при технико-экономическом анализе конструктивно-технологических решений ограничить рассмотрение вариантов применения скользящей опалубки лишь для ядер, имеющих единую по всей высоте толщину стен.
4.7. Результаты сравнительного технико-экономического анализа вариантов конструктивных решений монолитных ядер жесткости 25- и 40-этажных зданий приведены в табл. 7.
Таблица 7
Технико-экономические показатели монолитных ядер жесткости высотой 75 и 120 м, на 1 м2 стены ядра «брутто»
4.8. Приводимые в табл. 7 данные свидетельствуют, что наиболее экономичным методом возведения монолитных ядер жесткости простой конфигурации в плане является метод, использующий крупнощитовую опалубку. Эта опалубка позволяет по сравнению со скользящей уменьшить примерно на 10% приведенные затраты, а суммарную трудоемкость работ в зависимости от конструктивного решения ядра жесткости — на 10 — 15%.
4.9. Особенности метода крупнощитовой опалубки, позволяющего изменять толщину стен по высоте ядра, обеспечивают существенную экономию денежных, материальных и трудовых ресурсов.
4.10. Наиболее экономичным конструктивным вариантом ядра жесткости высотой 75 м, работающего на внецентренное сжатие, часть горизонтального сечения которого может быть растянута, является вариант, предусматривающий использование бетона класса В15, единую по высоте ядра толщину стен 30 см и расход стали на 1 м2 стены «брутто» — 27 кг (вариант 1.2). Этот же вариант конструктивного решения характеризуется одним из минимальных удельных энергозатрат (84,6 — 89,5 кг у.т. на 1 м2 стены), обеспечивает минимальные приведенные затраты при реализации проекта, а также минимальную трудоемкость работ на строительной площадке. Наиболее экономичным конструктивным вариантом ядра жесткости, работающего на внецентренное сжатие, все горизонтальное сечение которого сжато, является вариант 2.3, предусматривающий применение трех классов бетонов по высоте ядра: В30; В22,5; В15, а также изменение толщины стен ядра с 30 см в нижних ярусах до 20 см в верхних. Расход стали в этом конструктивном варианте ядра составляет 20 кг на 1 м2 стены «брутто», а удельные энергетические затраты 88,67 кг у.т.
4.11. Для ядер жесткости высотой 120 м наиболее экономичным конструктивным решением ядра, работающего на внецентренное сжатие, часть горизонтального сечения которого может быть растянута, является вариант 3.3. Он предусматривает переменную по высоте толщину стен 30 и 20 см. Обеспечивая минимальные приведенные затраты на возведение и один из наиболее низких показателей удельных затрат, этот вариант конструктивного решения требует увеличенного (примерно на 15%) расхода натуральной стали на армирование конструкций.
Наиболее экономичным конструктивным вариантом ядра жесткости, работающего на внецентренное сжатие, все горизонтальное сечение которого сжато, является вариант 4.3. Он предусматривает применение трех классов бетонов: В30; В22,5; В15, изменяемую по высоте толщину стен 40, 30 и 20 см и минимальный расход натуральной стали — 19,9 кг на 1 м2 стены «брутто». Удельная энергоемкость этого варианта конструктивного решения составляет 91,13 кг у.т. на 1 м2 стены.
4.12. Учитывая, однако, что получение вертикальных монолитных конструкций из бетона класса В30 сопряжено с определенными технологическими трудностями, поскольку для этой цели необходимы специальные марки заполнителей (гранитный щебень) и цемент марок М500 и М600, предпочтение следует отдать вариантам с применением более низких классов бетона В22,5 и В15, т.е. более технологически надежным.
4.13. Для ядер высотой 75 м, работающих на внецентренное сжатие, в этой связи предпочтение, по-видимому, следует отдавать варианту 2.4.
Этот конструктивный вариант предусматривает изменяемое по высоте сечение стен ядра (40 и 20 см) и расход арматуры 20 кг/м2. Благодаря увеличению толщины стен по сравнению с вариантом 2.3 и, следовательно, расхода бетона (на 0,054 м3/м2), этот вариант имеет более низкие суммарные и построечные трудовые затраты, но характеризуется повышенными приведенными затратами.
4.14. Для работающих на внецентренное сжатие ядер жесткости высотой 120 м предпочтение, по-видимому, следует отдать варианту 4.4. Этот конструктивный вариант ядра жесткости, применение которого рекомендуется по соображениям технологической надежности, предусматривает изменение толщины стен ядра по высоте с 60 до 20 м (60, 40, 30 и 20 см) и характеризуется по сравнению с вариантом 4.3 повышенными денежными, материальными и трудовыми затратами.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Монолитные ядра жесткости могут успешно сочетаться с полносборными конструкциями в зданиях повышенной этажности. При этом применение ядер жесткости в каркасно-панельных и панельных зданиях, решенных с редким расположением внутренних несущих стен («широкий шаг»), целесообразно при возведении их высотой свыше 16 этажей, в то время как в панельных зданиях, решенных с частым расположением внутренних несущих стен («узкий шаг»), применение монолитных ядер жесткости целесообразно при высоте здания свыше 22 этажей.
2. Расширение сферы применения монолитных ядер жесткости в многоэтажном жилищно-гражданском строительстве позволяет снизить затраты на возведение зданий на 1,5 — 2%, снизить расход натуральной арматурной стали в расчете на 1 м2 общей приведенной площади не менее чем на 7,5 — 8 кг, удельные капитальные вложения в производственную базу строительной индустрии на 5,5 — 6 руб. x год, а суммарные трудозатраты не менее чем на 1 — 1,5 чел.-ч.
3. Особое значение приобретает строительство многоэтажных зданий с монолитными ядрами жесткости в сложных условиях сейсмики, горных выработок и т.п., а также на крутом рельефе.
4. Монолитные ядра жесткости целесообразно возводить с использованием инвентарных, многократно оборачиваемых скользящих и крупнощитовых опалубок. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки:
скользящая опалубка, при которой монолитные ядра по технологическим требованиям необходимо возводить с опережением по отношению к обстройке здания, позволяет возводить ядра любой конфигурации в плане высокими темпами, которые реализуются при непрерывной трехсменной работе. Ядро жесткости высотой 75 м может быть сооружено за 45 — 50 дней, а высотой 120 м — за 60 — 65 дней. Всего этого можно добиться лишь при работе специализированными строительными подразделениями монолитного домостроения.
К недостаткам скользящей опалубки следует отнести чрезвычайную техническую сложность (а следовательно, трудоемкость) изменения сечения стен ядра в процессе их возведения, повышенную чувствительность опалубки к нарушениям технологических режимов и, прежде всего, к неритмичному обеспечению строительных работ бетонной смесью.
Крупнощитовая опалубка позволяет изменять толщину бетонируемых конструкций в процессе их возведения. Она устойчива к нарушениям технологических режимов, обеспечению строительной площадки бетонной смесью и арматурными изделиями.
В то же время применение крупнощитовой опалубки связано с необходимостью выполнения конструкций в совмещенном цикле с работами по обстройке здания, при котором стены ядра возводятся с опережением на один этаж по отношению к самому зданию. Таким образом, применяя крупнощитовую опалубку, можно сократить трудовые затраты при перестановке опалубки с яруса на ярус (с этажа на этаж).
Вместе с тем совмещенный цикл бетонирования стен ядра жесткости отрицательно сказывается на сроках его возведения, оборачиваемости комплекта опалубки, возможности выполнения работ специализированными строительными организациями.
5. Выбор метода возведения ядра жесткости зависит не только от факторов, перечисленных в п. 4, но ряда других факторов, главные из которых:
сложность конфигурации ядра и его размеры в плане;
намечаемые объемы строительства ядер;
наличие специализированных подразделений монолитного домостроения.
6. При проектировании ядер жесткости, часть горизонтального сечения которых работает на растяжение, наиболее целесообразным является конструктивный вариант, предусматривающий при высоте ядра 75 м единую по высоте толщину стен 30 см и бетон класса В15. Для ядер высотой 120 м — переменную по высоте толщину стен 30 и 20 см и класса бетона В22,5 и В15.
7. При проектировании ядер жесткости, работающих на внецентренное сжатие, наиболее целесообразным при высоте ядер 75 и 120 м является использование более технологически надежных классов бетонов В22,5 и В15. Это связано с тем, что получение бетонов класса В30 сопряжено с определенными трудностями из-за необходимости применения для этой цели специальных марок заполнителей (гранитный щебень) и цементов марок В40 и В45.
Для ядер высотой 75 м рекомендуется проектировать изменяемую толщину стен ядра 40 и 20 см. При этом расход натуральной стали на 1 м2 стены «брутто» составит 20 кг. Для ядер же высотой 120 м рекомендуется проектировать изменяемую по высоте толщину стен от 60 до 20 см (60, 40, 30 и 20 см). Расход натуральной стали на 1 м2 стены ядра «брутто» в этом случае составит 21,6 кг.
Приложение 1
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ О СМЕТНОЙ СТОИМОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА
16-ЭТАЖНОГО КАРКАСНО-ПАНЕЛЬНОГО ЖИЛОГО ДОМА С ДИАФРАГМАМИ
ЖЕСТКОСТИ И МОНОЛИТНЫМ ЯДРОМ, ТЫС. РУБ.
Наименование конструктивных элементов
с накладными расходами и плановыми накоплениями
с накладными расходами и плановыми накоплениями
I. Жилая часть
А. Общестроительные работы
14,25 В. Электротехнические работы
Б. Санитарно-технические работы
Спортивное оборудование и инвентарь
То же, на 1 м2 общей приведенной площади (5165 м2), руб.
Приложение 2
ПРЯМЫЕ ЗАТРАТЫ НА ВОЗВЕДЕНИЕ 16-ЭТАЖНОГО
КАРКАСНО-ПАНЕЛЬНОГО ЖИЛОГО ДОМА С ДИАФРАГМАМИ ЖЕСТКОСТИ
И МОНОЛИТНЫМ ЯДРОМ, РУБ.
Приложение 3
РАСЧЕТ ЗАТРАТ НА ВОЗВЕДЕНИЕ ЛЕСТНИЧНО-ЛИФТОВОГО УЗЛА 16-ЭТАЖНОГО КАРКАСНО-ПАНЕЛЬНОГО ЗДАНИЯ (СБОРНЫЙ ВАРИАНТ)
Приложение 4
РАСЧЕТ ЗАТРАТ НА ВОЗВЕДЕНИЕ ЛЕСТНИЧНО-ЛИФТОВОГО УЗЛА КАРКАСНО-ПАНЕЛЬНОГО ЗДАНИЯ (ВАРИАНТ С МОНОЛИТНЫМ ЯДРОМ)
Приложение 5
СВОДНЫЕ ДАННЫЕ О ТРУДОЗАТРАТАХ НА СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКЕ
ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВАРИАНТОВ
16-ЭТАЖНОГО КАРКАСНО-ПАНЕЛЬНОГО ЖИЛОГО ДОМА, ЧЕЛ.-ДН.
16,55
Приложение 6
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ О СУММАРНОЙ ТРУДОЕМКОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
И МОНТАЖА КОНСТРУКЦИЙ ЛЕСТНИЧНО-ЛИФТОВОГО УЗЛА И ДИАФРАГМ
ЖЕСТКОСТИ 16-ЭТАЖНОГО КАРКАСНО-ПАНЕЛЬНОГО ДОМА, ЧЕЛ.-Ч
Приложение 7
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ О СМЕТНОЙ СТОИМОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА 25-ЭТАЖНОГО 168-КВАРТИРНОГО КАРКАСНО-ПАНЕЛЬНОГО ЖИЛОГО ДОМА, ТЫС. РУБ.
Приложение 8
СВОДКА ПРЯМЫХ СМЕТНЫХ ЗАТРАТ НА ВОЗВЕДЕНИЕ 25-ЭТАЖНОГО 168-КВАРТИРНОГО КАРКАСНО-ПАНЕЛЬНОГО ДОМА, РУБ.
Приложение 9
РАСЧЕТ ЗАТРАТ НА ВОЗВЕДЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ЯДРА ЖЕСТКОСТИ 25-ЭТАЖНОГО КАРКАСНО-ПАНЕЛЬНОГО ЗДАНИЯ
Приложение 10
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ О СУММАРНОЙ ТРУДОЕМКОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И МОНТАЖА КОНСТРУКЦИЙ ЛЕСТНИЧНО-ЛИФТОВОГО УЗЛА 25-ЭТАЖНОГО КАРКАСНО-ПАНЕЛЬНОГО ЖИЛОГО ДОМА, ЧЕЛ.-Ч
Приложение 11
СВОДНЫЕ ДАННЫЕ О ТРУДОЗАТРАТАХ НА СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКЕ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВАРИАНТОВ 25-ЭТАЖНОГО КАРКАСНО-ПАНЕЛЬНОГО ЖИЛОГО ДОМА, ЧЕЛ.-ДН.
100
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дахно В. Здания с железобетонными стволами//Стр-во и архитектура. — 1970. — № 7 — С. 5 — 9.
2. Дахно В. Многоэтажные здания с подвешенными перекрытиями//Архитектура СССР. — 1971. — № 4. — С. 48 — 54.
3. Рекомендации по сравнительной технико-экономической оценке конструкций монолитных, полносборных и кирпичных зданий различной этажности. — 2-е изд. — М.: ЦНИИЭП жилища, 1983.