Каркасные и бескаркасные панельные системы

Каркас как конструктивная система известна с древнейших времен. Многие народы используют деревянный каркас при устройстве жилища. Особенно интересны свайные каркасные сооружения, в которых жилище поднято на столбы, — идея, получившая в наш век новую интерпретацию. Но о профессионально отработанной конструктивной системе каркаса можно говорить только в связи с архитектурой Древнего Китая, где она возникла уже в период Шан и затем получила законченное выражение в пяти стандартизированных типах зданий. Другая ветвь каркасной системы развивалась в странах Западной Европы, где, например в Германии (IX—XIII вв.), были построены многоэтажные здания с деревянным каркасом, заполненным глиняными панелями или камнем. Следующий этап Развития каркаса — замечательные творения мастеров готики, впервые создавших систему каменного каркаса, включавшую в себя несущие столбы, стрельчатые арки, нервюрные своды, аркбутаны.

 

В XIX—XX вв. перед зодчими в использовании каркаса раскрылись новые, практически неограниченные перспективы благодаря развитию металлических, а затем и железобетонных конструкций. «Исходной формой архитектуры был деревянный каркас, — писал О Перре, — рождается и железобетонный, который в недалеком будущем сделает настоящую архитектуру достоянием всей планеты». В жилом доме О. Перре (1903), московских торговых домах Ф. Шехтеля (1903—1910), в ряде промышленных зданий, построенных по проектам А. Ф. Лолейта, А. В. Кузнецова и др., в начале нашего века получает развитие многоэтажный железобетонный каркас. Это был преимущественно монолитный каркас рамного типа (колонна, балка, плита), представляющая собой жесткую пространственную систему с фахверковым заполнением стен.

железобетонные каркасы
Типы железобетонных каркасов
1 – неполный (внутренний) каркас;
2 – полный;
3,7 – безбалочный;
4 – рамочный;
5,6,8 – рамно-консольный каркас

формы железобетонных зданий
Террасная и башенная формы каркасных железобетонных зданий

В настоящее время архитектура располагает разнообразием железобетонных каркасных систем, отличающихся по принципу статической работы, способам соединения элементов и их форме, параметрам, технологии изготовления и монтажа. Принцип классификации каркасных систем в архитектуре должен исходить не только из материала и конструкции, но и из присущих им пространства и Объёма. Впервые эти принципы были интерпретированы Ле Корбюзье в проекте «Домино» в 1914 г., где применены свободный план, горизонтальные окна и пр. Исходя из анализа практики проектирования железобетонных каркасных зданий, нам представляется целесообразным применить следующую архитектурную классификацию каркасов:

 

Неполный (внутренний) каркас — комбинированная система, в которой каркас влияет только на организацию внутреннего пространства. Несущие наружные стены определяют внешний облик здания, типичный для стеновой системы. Способом выражения тектоники такого здания могут быть пилястры наружных стен, отвечающие структуре и шагу каркаса;

 

Полный каркас связевого или рамно-консольного типа. Каркас связевого типа представляет собой замкнутую самонесущую систему, наружные сетки или ячейки которой заполнены вкладышами из различных материалов или панельными стенами навесной конструкции. Является основным видом каркаса для общественных зданий. В каркасе рамно-консольного типа конструкция перекрытий выходит за наружные контуры, что позволяет наружные стены сделать навесными, а несущие колонны скрыть внутри здания. Такой каркас применяется обычно в жилых зданиях;

 

Каркасы с безбалочными перекрытиями являются самостоятельным типом со своими архитектурными особенностями. Такая система дает максимальные возможности для решения внутреннего пространства (за счет применения широкого шага колонн), а также выбора конфигурации плана. К этой же группе следует отнести каркасы зданий, возводимых методом подъёма перекрытий.

 

Некоторые экспериментальные системы каркаса в силу ряда причин получили локальное применение. К их числу следует отнести рамочно-панельную систему, предложенную впервые в СССР В. В. Михайловым (1956). Особенностью ее является несущая железобетонная рамка, окаймляющая панель. При монтаже вертикальные стойки двух или четырех панелей образуют стойку каркаса. На основе этой системы были построены экспериментальные жилые дома в СССР и большое число многоэтажных жилых домов в Чехословакии. В 70-е годы подобного рода сборно-монолитный рамный каркас был предложен и внедрен в Ереване архит. Р. Бадаляном.

 

Каркас собирается из элементов одного типа —рамок 6,1Х3,3 м сечением 15X30 см. Для замоноличивания каркаса между рамками и по вертикали закладывается арматура, после замоноличивания узлов образуется пространственный каркас. Первые попытки унифицировать параметры каркасно-панельных зданий были предприняты в Москве (МНИИТЭП, Моспроект-1) и в Киеве. На основе длительных исследований и технико-экономического анализа установлено, что каркас связевого типа является наиболее рациональным, так как позволяет обеспечить высокую прочность сооружения и в то же время дает экономию металла на 15% по сравнению с каркасом рамного типа.

 

Усовершенствованный (связевый) каркас ИИ-04 был разработан в 1972—1973 гг. и утвержден Госгражданстроем. В номенклатуру этого каркаса входят колонны высотой в 1—3 этажа (при высоте этажа 3,3; 3,6; 4,2 м) и сечением 30X30 и 40X40 см; диафрагмы жесткости; панели стен и перекрытий; ригели. В Москве на основе усовершенствованного каркаса построено несколько крупных зданий, в частности Институт хирургии им. А. В. Вишневского, Институт стандартов, многоэтажные жилые дома в микрорайоне Лебедь. В этих зданиях найдены новые формы, особенно в решении первых этажей зданий, поднятых на столбы. Однако нельзя считать целесообразным повсеместное применение каркаса ИИ-04. Очевидно, в городах, имеющих крупную индустриальную строительную базу, следует разрабатывать свои разновидности каркасов, позволяющие придать городу своеобразие.

 

Новой по своей конструкторской идее можно считать разработку системы со скрытым сталежелезобетонным каркасом (И. Д. Дмитриев, В. И. Ленский, А. Я. Пригожий и др.). Заключается она в том, что панели из легкого бетона с бортовыми элементами из профильного металла после монтажа и сварки образуют несущий пространственный каркас, наподобие рамочно-панельной системы В. В. Михайлова. В 1977 г. в Москве начато строительство первых многоэтажных зданий по этой системе. Из новых систем, предложенных за рубежом, следует отметить каркас из крестообразных элементов и каркас с корытообразной формой перекрытия. Своеобразная форма наружной колонны этого каркаса, совмещение панели перекрытия с ограждением стены, большие пролеты (9 м) демонстрируют возможности архитектурной трансформации каркасной системы. Определяющей тенденцией в проектировании каркасных зданий является укрупнение ячейки каркаса. Так, в многоэтажных промышленных зданиях наряду с наиболее распространённой сеткой 6X6 м проектируются здания с сеткой 12X12 м.

 

Впервые такой шаг применен на Волжском автозаводе в г. Тольятти. Аналогичные тенденции наблюдаются и в решении общественных и жилых зданий. Однако здесь до сих пор имеется противоречие между возможностями каркасов с широким шагом и мелкой планировочной структурой, которая фактически сводит на нет эти возможности.
Каковы основные особенности формообразования зданий каркасной системы из железобетона? Какие элементы и параметры каркаса представляют особый интерес для архитектора в поисках оригинальной формы?

 

Свободное композиционное решение плана и Объёма является главной архитектурной особенностью каркасных зданий. Поэтому предпочтение следует отдавать таким планировкам, структура которых не совпадает с сеткой каркаса. В малоэтажных каркасных зданиях это легко достигается широким шагом каркаса. Предусмотренные Единым каталогом сетки колонн размером 6X6, 6X9 и 9X9 м дают достаточно большие пространства и в многоэтажных зданиях. В них колонны можно или скрывать в перегородках, или делать акцентами пространства. Колонны можно оставлять снаружи, компонуя их с открытыми лестницами и другими элементами. Объёмная форма каркасных зданий может быть разнообразной. Следует применять не только прямоугольную, но и другие виды компоновки Объёмов (уступчатую, круглую, трапециевидную и др.).

 

Формы железобетонных колонн каркасных зданий могут быть индивидуальными по сечению и профилю. В массовом строительстве используются только два вида колонн (прямоугольные и круглые) сечением 30X30 и 40X40 см для зданий высотой до 16 этажей. Созданные П. Л. Нерви формы колонн в зданиях ЮНЕСКО в Париже и вокзала в Савоне показывают, как многообразны их архитектурные возможности. Эти возможности могут быть реализованы и в сборных колоннах.

 

Источник: В.Е. Ясиевич. Бетон и железобетон в архитектуре.М. Стройиздат 1980 г