Возведение зданий и сооружений методом подъема перекрытий и покрытий является одним из перспективных направлений индустриального строительства и позволяет сочетать положительные качества сборного и монолитного железобетона, что снижает расход основных строительных материалов и затрат труда и открывает широкие возможности для возведения архитектурно-выразительных зданий и сооружений различного функционального назначения и этажности, в том числе зданий с различной высотой этажей, по единой технологии. Архитектурно-конструктивно-технологическая система (АКТС) на основе метода подъема перекрытий открывает новые более широкие возможности для решения комплекса архитектурно-градостроительных задач индустриального жилищного строительства, в первую очередь:
- экономичное использование застраиваемых территорий с учетом требований градостроительства, сейсмичности, климатических условий и демографии;
- рациональное использование материально-технических и трудовых ресурсов;
- улучшение объемно-планировочных решений и архитектурно-эстетической выразительности зданий, а также их эксплуатационных качеств;
- повышение комфортности проживания.
Применение метода подъема перекрытий позволяет в единой системе АКТС широко использовать для жилых домов центрическую композицию плана, увязанную с соответствующей конструктивной схемой, при этом конфигурация в плане может быть различной: круг, овал, квадрат, прямоугольник, ромб, крест. Вокруг железобетонного ядра жесткости, размещающего лестнично-лифтовый узел и вертикальные коммуникации, могут быть сформированы различные системы связевого каркаса. Такая конструктивная схема каркаса с использованием в качестве связевого элемента железобетонного ядра жесткости замкнутого сечения (кольцевого либо прямоугольного) является наиболее рациональной для строительства зданий повышенной этажности. Центральное расположение ядра жесткости и симметричное решение плана здания благодаря совмещению центра масс и центра жесткости позволяет также удовлетворять нормативные требования по сейсмостойкости.
Применение метода подъема перекрытий в сочетании со «свободным» каркасом позволяет формировать не только точечные, но и протяженные структуры, в том числе различной этажности, позволяющие создавать компактные жилые комплексы, повышая плотность городской застройки. При этом здания, возводимые методом подъема, могут быть и градостроительно акцентными домами, и архитектурными доминантами в застройке жилых комплексов и микрорайонов. Кроме того, метод подъема обеспечивает возможность архитектурных решений, соответствующих условиям исторически сложившейся застройки города.
Архитектурно-планировочные решения позволяют сосредоточить на узел вертикальных коммуникаций максимально допускаемую по нормам жилую площадь - 300м2 на этаж при одной лестничной клетке. Одновременно при этом обеспечиваются комфортные условия квартир, обычно присущие секционному типу дома, и гигиенические нормативные требования. Двусторонняя ориентация квартир удовлетворяет условиям проветривания, аэрации и инсоляции, что особо важно для южных районов.
Одним из главных направлений повышения комфортности в современном жилище является организация функциональных зон и их взаимосвязь в рамках пространственно-планировочной среды квартиры. Плиты перекрытий с консольными выпусками дают возможность для организации летних помещений, служащих важным элементом композиции фасада здания при различных пластических решениях.
Использование каркаса с безбалочными плитами перекрытий любой конфигурации в плане и площадью на весь этаж со свободной расстановкой колонн, увязанной с планировочным решением, дает широкие возможности для разработки новых типов жилых многоэтажных зданий с гибкими архитектурно-планировочными и объемно-пространственными решениями, отвечающих требованиям индустриального строительства. В домах, возводимых методом подъема, возможны разнообразные планировочные решения в пределах этажа, что позволяет получить любой состав квартир с различным количеством комнат в зависимости от демографических условий или других требований. Кроме того, в пределах квартиры может быть осуществлена гибкая планировка, позволяющая объединять и разъединять объемы или менять их назначение в зависимости от конкретных требований. Это обеспечивается наличием безбалочных плоских перекрытий и применением ненесущих, легко трансформирующихся перегородок. Возможна также полная трансформация планировочного решения и, в конце концов, получение помещений нового функционального назначения, в том числе с измененной высотой этажа. Таким образом, в зданиях, возводимых методом подъема, обеспечивается универсальность использования их внутреннего пространства. Она позволяет в необходимых случаях осуществлять также переустройство зданий при их моральном износе.
Идея строительства многоэтажных зданий методом подъема готовых перекрытий впервые была высказана французским инженером Лафаргом, однако в то время она не могла быть осуществлена из-за отсутствия необходимого подъемного оборудования. В 1951 г. в США было построено методом подъема перекрытий первое многоэтажное здание. Вскоре после проведения эксперимента по подъему перекрытий этот метод получил широкое распространение и стал применяться во многих странах Европы и Японии. В России примененный впервые в Ленинграде в 1959 г., он нашел свое дальнейшее развитие в практике строительства Москвы, а также широко применялся в городах Армении.
Сущность возведения зданий и сооружений методом подъема заключается в том, что на нулевом уровне предварительно изготовляют или монтируют из отдельных сборных элементов крупногабаритные строительные конструкции, которые затем по направляющим опорам поднимают, вверх и без горизонтального перемещения закрепляют на проектных отметках. В большинстве случаев плиты перекрытий зданий изготовляют последовательно одна на другой в виде пакета. Направляющими опорами служат железобетонные или металлические колонны, а также железобетонные ядра жесткости. Ядра жесткости обычно изготовляют монолитными в переставной или скользящей опалубке, а железобетонные колонны -
сборными высотой на один или несколько этажей. На проектные отметки конструкции поднимают с помощью специального оборудования, устанавливаемого внизу здания или на направляющих опорах. В основном используется каркас с безбалочными плитами перекрытий площадью на весь этаж, а также со свободной сеткой колонн. Это позволяет применять плиты перекрытий любой функционально требуемой формы, обусловленной архитектурно-планировочным решением (круг, овал, квадрат, прямоугольник, ромб, крест), поскольку контур плит обеспечивается только бортовой опалубки. В результате оказывается возможным проектирование домов центрической композиции со сложной конфигурацией в плане. Такое архитектурно-планировочное решение позволяет достичь значительной архитектурной выразительности зданий, которая не является самоцелью, а должна рассматриваться как результат решения комплекса архитектурно-градостроительных задач индустриального строительства, что создает реальные предпосылки для получения существенного экономического эффекта.
Универсальность применяемого каркаса обусловливает при необходимости возможность получения в одном здании этажей различной высоты. Это позволяет компоновать в жилом доме этажи, отводимые под культурно-бытовые, торговые и другие помещения, создавая предпосылки для проектирования домов-комплексов. Потенциально широкие формообразующие возможности метода подъема делают его не просто конкурентоспособным с другими технологическими способами индустриального возведения многоэтажных жилых зданий, а наиболее предпочтительным в определенных градостроительных ситуациях. Преимущественное применение центрических композиций со сложной конфигурацией плана и разнообразной пластикой фасадов характерное для многоэтажных жилых зданий, возводимых методом подъема, объясняется особенностями природно-климатических и градостроительных условий, а также спецификой задач и архитектурно-художественными требованиями, предъявляемыми к жилищному строительству.
Применение метода подъема при возведении зданий различного функционального назначения позволяет:
- осуществлять на индустриальной основе по индивидуальным проектам строительство зданий любой формы в плане и при необходимости с разными высотами этажей по единой технологии без создания специальной базы стройиндустрии;
- обеспечить решение разнообразных архитектурно-градостроительных задач при возведении зданий на стесненных участках городской застройки, на рельефе, в разнообразных и сложных природно-климатических условиях;
- осуществлять максимальное раскрытие внутреннего пространства применением большепролетных каркасов и свободной расстановки колонн;
- обеспечить восприятие большепролетным каркасом значительных полезных нагрузок, в том числе разнотипных и изменяющихся как по этажам, так и в пределах одного этажа;
- сосредоточить в одном объеме здания помещения различного функционального назначения одного комплекса с их дифференциацией и взаимной увязкой функционирования;
- обеспечить разнообразие параметров каркаса, в том числе значительную ширину здания, а также неодинаковые функциональные требования к отдельным частям здания в пределах единого объема.
Таким образом, метод подъема открывает большие возможности в выборе архитектурных решений зданий и наряду с решением функциональных задач позволяет создавать выразительные объемно-пространственные композиции с развитой пластикой фасадов. Метод подъема на современной стадии развития пригоден для осуществления строительства зданий в крупных городах с развитой базой стройиндустрии и на вновь осваиваемых территориях. Это говорит об универсальности технологического приема и складывающегося на его основе метода архитектурного формообразования. Основное преимущество метода - это возможность возведения зданий различной конфигурации с цельными неразрезными плоскими безбалочными бескапительными плитами перекрытий.
Технологический прием возведения каркаса здания методом подъема, как никакой другой, известный на сегодня, способ индустриального строительства, позволяет развивать структуру каркаса во всех трех направлениях, в том числе и по вертикали. Таким образом, отсутствие в конструктивно-технологической системе зданий, возводимых методом подъема, элементов с жесткими габаритами, связанными с модульными сетками, резко увеличивает пространственную гибкость системы и дает реальные предпосылки для создания универсальной объемно-пространственной структуры зданий любых типов, разнообразных как по своей архитектуре, так и по назначению.
Цельные неразрезные плиты выполняют роль горизонтальных диафрагм и надежно предают нагрузки на элементы, обеспечивающие поперечную жесткость здания. Это обусловливает повышение сейсмостойкости возводимых объектов. Применение плоских безбалочных бескапительных плит перекрытий без выступающих ригелей обеспечивает свободную планировку этажей и уменьшает строительные объемы зданий.
Многолетняя практика проектирования и строительства показала, что метод подъема является одним из эффективных направлений в индустриальном строительстве, позволяющем при минимальных затратах на создание производственной базы обеспечить рост эффективности капитальных вложений, производительности труда с одновременным сокращением материалоемкости и повышением уровня архитектурных решений застройки городов. Образование каркаса здания методом подъема перекрытий в сочетании с индустриальными способами устройства внутреннего заполнения этажей превратило этот вид строительства в один из универсальных способов домостроения.
Технико-экономический анализ показывает, что при возведении зданий методом подъема перекрытий показатели стоимости, расхода основных строительных материалов, затрат труда и сроков строительства до 20 %, а по отдельным позициям и более, ниже, чем показатели зданий, сооружаемых любым другим индустриальным способом. Экономия при методе подъема достигается за счет максимального облегчения строительных конструкций, применения высокоэффективного механического подъемного оборудования, а также в результате усовершенствования архитектурно-планировочных, конструктивных и технологических решений, приводящих в итоге к уменьшению физических объемов конструкций и видов работ.
Все факторы, влияющие на эффективность применения метода подъема, можно разделить на три группы: не находящие отражения при технико-экономическом анализе, учитываемые частично при технико-экономическом анализе, максимально учитываемые при технико-экономическом анализе. Подобная группировка факторов вызвана тем, что при сравнительном технико-экономическом анализе могут учитываться лишь те факторы, которые отражают конкретные объемно-планировочные и конструктивные решения сопоставляемых зданий. При технико-экономическом анализе не находят отражения следующие факторы:
- эффективное использование объемов здания благодаря осуществлению свободной планировке, установлению плит перекрытий соответствующего этажа на необходимой высоте и строительство зданий наиболее рациональной конфигурации;
- ограничение строительной площадки максимальными размерами объекта в плане;
- возведение зданий и сооружений с различными объемно-пространственными и архитектурно-планировочными решениями с использованием одних и тех же основных фондов строительной организации при одном и том же подъемном оборудовании.
При технико-экономическом анализе частично учитываются следующие факторы:
- применение неразрезных плит перекрытий размером на этаж - неотъемлемой части рассматриваемого метода строительства, предающих сейсмические и ветровые нагрузки на вертикальные элементы жесткости здания, что в наибольшей степени соответствует условиям сейсмического строительства;
- проведение значительной части работ на земле с последующим подъемом перекрытий до заданных отметок, что позволяет осуществить комплексную механизацию процессов зданий, а также улучшает условия труда и повышает безопасность строительства.
К факторам, максимально учитываемым при технико-экономическом анализе, относятся:
- сокращение сроков строительства благодаря максимальному совмещению смежных строительно-монтажных процессов, что оказывается возможным благодаря особенностям рассматриваемого метода возведения зданий;
- наиболее эффективное использование оборудования для возведения зданий благодаря его применению только в период проведения подъемно-монтажных работ;
- использование преимущества изготовления плит перекрытий в пакете на земле - исключения опалубочных работ, а так же выполнение арматурных и бетонных работ широким фронтом;
- использование преимущества связевого каркаса с несущими железобетонными ядрами жесткости и плоскими плитами перекрытий, в том числе эффективное использование лестнично-лифтовых групп, что приводит к уменьшению физических объемов конструкций и видов работ;
- сокращение капитальных вложений в производственную базу строительной индустрии и сопряженные отрасли строительства, а также изменение состава основных фондов при переходе к возведению зданий методом подъема.
Перечисленные факторы находят свое отражение в натуральных и стоимостных показателях, на основе которых определяется экономическая эффективность строительства жилых зданий, возводимых методом подъема. В целом экономия при использовании строительства методом подъема перекрытий достигается в результате усовершенствования архитектурно-планировочных и конструктивных решений, способов возведения, а также максимального облегчения строительных конструкций, за счет применения легкого бетона, высокоэффективного электромеханического оборудования. Перечисленные выше основные преимущества нового метода возведения зданий и сооружений, приводящие к существенному технико-экономическому эффекту, послужили мощным стимулом для широкого применения метода во многих странах мира в различных областях строительства. Обозначенный в ФЦП «Жилище» на период 2011-2015 годы акцент на развитие сегмента жилья экономкласса, и поставленная в связи с этим задача строительства социального жилья стоимостью не более 30 т.р./м2 предопределяет необходимость развития эффективных технологий индустриального домостроения. Одним из перспективных направлений может быть метод подъема перекрытий.