Мировая практика строительства монолитных зданий

Железобетон как строительный материал первоначально стал применяться в монолитном варианте и получил широкое распространение во всем мире. Знаменитый изобретатель Т.А. Эдисон в 1908 г. запатентовал метод возведения домов из монолитного бетона в многократно оборачиваемой опалубке. За рубежом накоплен значительный опыт строительства из монолитного железобетона различных зданий, в том числе высотных.
Альтернативой монолитному материалу с начала 30-х годов стал сборный железобетон. За сборное строительство выступали крупнейшие авторитеты, в частности, известный французский архитектор Ле Корбюзье.
Сборное строительство в нашей стране особенно широко стало применяться после постановления Правительства СССР от 19 августе 1954 г. «О развитии производства сборных железобетонных конструкций и деталей для строительства».
За период с 1960 по 1990 г. была создана крупнейшая в мире база индустриального (сборного) домостроения. Ежегодный ввод жилья к концу этого периода превзошел 100 млн. м2. Однако сборному строительству были присущи существенные недостатки.
В условиях директивной экономики напряженный план и максимальное использование производственных мощностей было обязательным требованием. Переналадка и модернизация производственных линий была экономически невыгодна, что создавало тенденцию к длительному тиражированию одних и тех же серий сборных домов.
С переходом строительного комплекса на рыночные отношения интерес к монолитному строительству начал значительно расти, поскольку этот метод позволяет существенно улучшить объемно-планировочные решения квартир и предложить потребителю более разнообразное и комфортное жилье.
Многие годы монолитный способ возведения зданий не мог соперничать со сборным строительством по двум важнейшим показателям — трудозатратам и срокам возведения. Существенную проблему представляло и ведение бетонных работ на стройплощадке в зимний период.
В настоящее время появились разработки, дающие возможность строить монолитные жилые дома с показателями, сопоставимыми с использованием сборного бетона.
Ежегодное производство бетона для монолитного строительства в мире превышает 1,5 млрд. м3. По объему производства и применения монолитный бетон намного опережает другие виды строительных материалов. В наиболее развитых странах (например, США, Япония, Италия) показатель применения монолитного бетона в десятки раз выше, чем в России.
На изготовление бетона для монолитного строительства расходуется больше половины мирового производства цемента. В монолитном исполнении возводятся промышленные и жилые здания, объекты социального назначения, плотины, энергетические комплексы, телебашни.
Самая высокая в мире телебашня в канадском городе Торонто (555 м) построена из монолитного бетона. Самые высокие здания на всех континентах построены с монолитным железобетонным каркасом, в том числе мировые рекордсмены — два небоскреба нефтяного концерна "Петронас" в Куала-Лумпуре, Малайзия (432 м). В США построено уже более 100 небоскребов с монолитным каркасом, бетон уверенно вытесняет сталь из этой области строительства. В Москве из восьми высоток сталинского периода три имеют монолитный железобетонный каркас. В настоящее время разработана программа строительства в Москве высотных зданий, в основном, в монолитном железобетоне.
Строительство из монолитного бетона целесообразно по индивидуальным проектам для зданий и комплексов, выполняющих роль градостроительных акцентов, исторических центров городов, для зданий при комплексной застройке монолитными домами микрорайонов в городах и поселках, а также для зданий комбинированных систем, предусматривающих сочетание монолитных конструкций со сборными, кирпичными и другими.
Годовой объем производства монолитного бетона и железобетона в России составляет, по оценке специалистов, 25-30 млн. м3.
Расход основных строительных материалов в зданиях повышенной этажности в монолитном железобетоне различается довольно широко в зависимости от конструктивной схемы, прочностных характеристик материалов, величины действующих нагрузок и других факторов. В среднем расход бетона на 1 м2 общей площади этажей составляет от 0,4 до 0,7 м3, стали — от 25 до 70 кг.
Технология монолитного строительства имеет в своем активе выдающиеся достижения. Особенно эффективно выглядят в монолитном железобетоне телевизионные башни, являющиеся достопримечательностями многих городов. Крупным успехом явилась построенная по проекту Н.В. Никитина московская Останкинская телебашня, при общей высоте которой 537 м железобетонная часть составляет 380 м. Башня успешно выдержала многочисленные пожары повышенной категории сложности. Несмотря на это, башня устояла, что свидетельствует о высоких строительно-технических свойствах монолитного железобетона.
Наиболее выдающимся примером применения скользящей опалубки следует считать бетонирование кессона нефтедобывающей платформы в Норвегии, где периметр одновременно бетонируемых стен и диафрагм суммарно достигал 2 км. Скользящая опалубка перемещалась с помощью 1000 гидравлических домкратов.
Современные самоподъемные опалубки позволяют менять угол наклона стен. Так, при бетонировании стен здания солнечных часов в Диснейленде во Флориде угол их наклона менялся от 11 до 5 градусов. Наклон стены выставочного павильона на выставке ЭКСПО-92 в Севилье составил 15 градусов (для сравнения — наклон Пизанской башни — 6 градусов).
Возможности реализации сложных планов зависят от конструктивных систем опалубки. Благодаря появлению разнообразных опалубочных систем здания, возводимые в монолитном железобетоне, приобретают все более сложные архитектурные очертания. Разработанные системы опалубки позволяют решать самые разнообразные задачи. При строительстве гостиницы в Гамбурге на плане первого этажа были запроектированы колонны самых различных сечений (круглая, крестообразная, трилистник и т.д.). Высота колонн составила 11 м. Арматурный каркас монтировался внутри опалубки в горизонтальном положении перед ее установкой в проектную позицию. Повышенная скорость монтажа различных систем опалубки из-за высокой стоимости рабочей силы может дать существенный экономический эффект.
Монолитный железобетон обладает рядом преимуществ по сравнению с металлом при использовании в каркасах высотных зданий. Одно из основных преимуществ — более эффективная диссипация (рассеяние) энергии колебания зданий при ветровых нагрузках. Другое преимущество — поперечные сечения ядер могут иметь большие площади, что обеспечивает существенное повышение моментов сопротивления и соответственно незначительную деформативность таких зданий. При возведении высотных монолитных зданий применяются различные конструктивные системы. Наиболее распространенными являются системы с ядрами (стволами) жесткости в центре плана. Обычно в ядре жесткости находятся лифтовые шахты.
Нередко вместо ядра жесткости по периметру плана здания бетонируется пространственный контур-оболочка, работающий совместно с дисками перекрытий и расположенными внутри колоннами, воспринимающими в основном вертикальную нагрузку.
Например, горизонтальные отклонения верха здания относительно высоты обычно не превышают 0,001 единиц и, наконец, с разработкой высокоподвижных, высокопрочных бетонов подача материала на высоту может осуществляться бетононасосами, что намного эффективнее крановых операций, неизбежных при монтаже стальных конструкций. Для таких высотных зданий применяют бетон высокой прочности.
В Далласе (США) при строительстве 58-этажного административного здания «Ту Юнион Сквер» в колоннах использован бетон прочностью 160 МПа. Применение сверхпрочного бетона позволило уменьшить расход стали более чем в два раза и на 30% снизить стоимость. Обычной же практикой является использование для этих целей бетона прочностью 60 МПа и выше.
Для зарубежного строительства характерна высокая культура работы с бетоном. Так, при строительстве небоскреба "Уотер Тауэр" в Чикаго (74 этажа) были применены 24 состава бетонной смеси на различных высотах здания. Для ствола жесткости и колонн каркаса наружных стен с 1 по 25 этаж использовали бетон прочностью 62 MПa, с 25 по 74 этаж прочность снижалась последовательно до 52, далее 41, 34 и 28 МПа. В междуэтажных перекрытиях применяли легкий бетон прочностью 45, 38 и 34 МПа. Это позволило на 26% снизить нагрузку от собственного веса, уменьшить глубину заложения фундамента, получить существенный экономический эффект.
Небоскреб нефтяной компании «Петронас» выполнен в виде двух рядом стоящих башен, соединенных примерно посередине стальным мостиком. Каждая башня круглого очертания в плане имеет по периметру 16 железобетонных колонн диаметром 2,4 м каждая, связанных в уровне каждого этажа кольцевыми балками, образуя внешний несущий каркас. Перекрытия выполнены из монолита по стальному профилированному настилу и опираются на кольцевые балки и ствол жесткости по центру сечения. Полная высота сооружения от основания свайного фундамента до верхней точки телеантенны на крыше — 582 м. Бетонирование велось в переставной опалубке с помощью бетононасосов. При возведении небоскребов «Петронас» высота подачи смеси составила 432 м.
В США небоскреб с железобетонным каркасом «Сауф Вакер» в Чикаго (296 м, что всего на 4 м ниже Эйфелевой башни в Париже). Общий объем уложенного бетона при его возведении составил 84 тыс. м3 при средней прочности 84 МПа. Ежедневный объем укладки составлял 535 м3. Строительство обслуживалось всего одним насосом (фирмы Shwing), с вылетом стрелы с бетоноводом на месте укладки в 32 м.
За последние гиды в США было построено более 100 млн. м2 монолитных перекрытий с натяжением арматуры на бетон. Значительный объем таких перекрытий возведен в Канаде.
Предварительно напряженная арматура в монолитных перекрытиях железобетонных конструкций в последнее время применяется без сцепления с окружающим бетоном. Для защиты от коррозии арматурные элементы (канаты) помешаются в специальные оболочки, заполненные антикоррозионным составом, В России данный метод только внедряется.
Американские специалисты изучали возможность строительства станций из бетона на Луне, исследования показали, что бетон на заполнителе из лунного грунта является полноценным строительным материалом и обладает прочностью на сжатие 78 МПа; обычный бетон того же состава — 56 МПа. Был сделан вывод, что бетон для строительства станций на Луне предпочтительнее, чем другие материалы из-за высокой радионепроницаемости, и, главное, почти все компоненты для его приготовления могут быть изысканы на месте, в том числе произведен и цемент. Так, для сооружения круглого монолитного трехэтажного здания диаметром 62 м потребуется 1,5 тыс. т цемента. Воду можно получить соединением водорода, извлекаемого из некоторых лунных минералов, и кислорода, доставляемого с Земли. Для получения необходимых материалов на строительство этого здания потребуется доставить с Земли всего 55 т кислорода.
Монолитное строительство за последние 10-20 лет получило значительное развитие, в том числе имеет перспективу и в освоении Луны.
К основным проблемам, связанным с расширением строительства монолитных зданий, могут быть отнесены:
- опасность образования технологических трещин в монолитных конструкциях от температурно-усадочных деформаций бетона в процессе его твердения, зависящих от состава бетона, условий твердения и размеров участков бетонирования конструкций;
- надежная оценка прочности твердеющего бетона в момент освобождения от опалубки и передачи нагрузки от вышележащих элементов на конструкции, в которых бетон не достиг проектной прочности;
- необходимость разработки расчетных правил по установлению допустимой промежуточной прочности бетона при снятии и перестановке опалубки по этажам для различных видов монолитных конструкций (перекрытий, стен, колонн) с точки зрения обеспечения прочности конструкций во время возведения монолитного здания, а также включение в план производства работ мероприятий по ускорению набора прочности бетоном;
- эффективный контроль качества монолитных конструкций.
Испытания монолитных конструкций пробным нагружением довольно сложны, а контроль прочности бетона по образцам недостаточен, особенно при бетонировании в зимнее время. Т.е. возведение здания должно сопровождаться серьезным мониторингом для обеспечения его надежности и последующей безопасной эксплуатации.
Основной массив отечественных строительных стандартов, в том числе в области монолитного бетона и железобетона, включая СНиП, устарел и предстоит большая работа по его обновлению и пересмотру в рамках действия закона «О техническом регулировании». Эта работа должна вестись с учетом основных положений евростандартов. Необходимо работать над внедрением в отечественные положения, прежде всего, зарубежного опыта возведения монолитных конструкций.
В настоящее время в Европе идет процесс создания единой нормативной базы для стран-членов ЕС. В области строительства в работе находится около 2000 документов, из них по бетону, железобетону и составляющим материалам, включая методы испытаний, - более 100.
Эта работа ведется силами многочисленных технических комитетов Европейской организации по стандартам — CEN. В состав действительных членов CEN входят 19 стран Западной и Центральной Европы. В состав приглашенных членов входят 14 стран Восточной Европы, в том числе Болгария, Албания и др.,
В России наметилась тенденция отхода от преимущественно сборного строительства к монолитному. Однако, по мнению многих специалистов, для наших климатических условий чрезмерное увлечение монолитом не очень рационально.
За рубежом интерес к сборному строительству из железобетона не слабеет, а наоборот усиливается. Существует Международная федерация по сборному железобетону — BIBM, членами которой являются более 40 стран.
Из сборного железобетона возводятся самые разнообразные объекты: коттеджи, многоэтажные дома, стадионы, театры и т.д. В Москве строятся панельные здания высотой до 25 этажей повышенной комфортности. Идет конкуренция сборного и монолитного строительства, которая послужит прогрессу всего отечественного строительства в целом.

Источник статьи
БИБЛИОТЕКА