У світовому будівництві домінує монолітний бетон
Чому багато років монолітний спосіб зведення будівель не міг змагатися із збірним будівництвом? Тому, що він поступався за двома найважливішими показниками — трудовитратами і термінами зведення. Проблемою, і досить істотною, було ведення бетонних робіт в зимовий період. Інтерес до монолітного будівництва початків значно зростати з переходом будівельного комплексу на ринкові стосунки. І це зрозуміло: новий метод дозволив істотно поліпшити об'ємно-планувальні вирішення квартир, запропонував споживачам всілякіше і комфортніше житло. З'явилися розробки, які дають можливість будувати монолітні житлові будинки з показниками, порівнянними з аналогічними при використанні збірного бетону. Щорічне виробництво бетону для монолітного будівництва в світі — це більше півтора мільярдів кубометрів. За об'ємом виробництва і вживання монолітний бетон значно випереджає інші види стр оїтельних матеріалів. Показник вживання його складає в США 0,75; у Японії — 1,2; у Германії — 0,8; у Італії — 1,1; у Франції — 0,5; у Ізраїлі — 2,0. Для порівняння: у Туреччині — 0,35, в Росії — 0,15-0,2. На виготовлення бетону для монолітного будівництва витрачається більше половини світового виробництва цементу. У монолітного виконання зводяться промислові і житлові будівлі, об'єкти соцкульта, греблі, енергетичні комплекси, телевежі. Найвищі будівлі на всіх континентах мають монолітний залізобетонний каркас. У США побудовано більше 100 хмарочосів з монолітним каркасом, і бетон упевнено витісняє сталь з цієї області будівництва. У Москві з восьми висоток сталінського періоду три мають монолітний залізобетонний каркас. Розроблена програма будівництва в Москві 60 висотних будівель, у тому числі хмарочосів, в основному, в монолітному залізобетоні. Річний обсяг виробництва монолітного бетону і залізобетону в Росії, по оцінках фахівців, складає 20-30 млн м3. В середньому витрата н а 1 м2 загальної площі поверхів складає 0,4-0,7 м3 бетону, стали — 20-70 кг залежно від конструктивної схеми, прочностних характеристик матеріалів, навантажень, що діють, і інших чинників. Особливо ефективно виглядають в монолітному залізобетоні телевізійні башти. У побудованій 20 років тому Останкинськой башті при висоті 537 метрах залізобетонна частина складає 380 метрів. Башта прошла випробування пожежею два роки тому. Не дивлячись на те, що 70 відсотків напружуваних канатів руйнувалося, вона встояла, що свідчить про високі будівельно-технічні властивості монолітного залізобетону. Технологія монолітного будівництва має в своєму активі видатні досягнення. В результаті вживання ковзаючої опалубки в Норвегії при бетонуванні кесона нафтовидобувної платформи периметр одночасно бетонованих стенів і діафрагми сумарно досягав 2 км. Ковзаюча опалубка одномоментно переміщалася за допомогою 1000 гідравлічних домкратів. Сучасні самопод'емниє опалубки дозволяють міняти кут нахилу стенів. Наприклад, в Діснейленде у Флоріді при бетонуванні стенів будівлі сонячного годинника кут їх нахилу мінявся від 11 до 5 градусів. Якщо нахил Пізанської башти дорівнює 6 градусам, то нахил стіни виставкового павільйону на виставці “Експо-92” в Севілье склав 15 градусів. При виконанні високоточних бетонних робіт за допомогою самопод'емной опалубки на будівництві хмарочоса заввишки близько 200 метрів у Франкфурті отвори в монолітних стінах виконувалися з допуском 5 мм. Периметр зовнішніх стенів будівлі в плані складав 210 м. Темп бетонування — 8 днів на один поверх. Якість поверхонь стенів після зміни опалубки дозволяла виконувати обробні роботи без додаткового доведення (затерли). Досить широке вживання монолітний бетон знаходить і в малоповерховому будівництві. Наприклад, опалубні системи французької компанії “Утінорд” дозволяють бригаді з 7 чоловік бетонувати щодня одну блок-секцію дві квіріти трьох-чотириповерхового типового будинку. Хороші перспективи в незнімної опалубки з пен ополістірола. Її збирають досуха із застосуванням зв'язків між зовнішнім і внутрішнім шарами з окремих блоків завтовшки 7-10 см декількох тіпоразмеров. Після твердіння бетону, залитого всередину, зовні така стіна штукатуриться полімерним розчином по сітках із скловолокна або цементним розчином по сталевій сітці. В монолітного бетону ряд переваг перед металом при використанні в каркасах висотних будівель. Перш за все це ефективніша дисипація (розсіювання) енергії вагання будівель при вітрових навантаженнях. Наступна перевага — в тому, що поперечні перетини ядер можуть мати великі площі, що забезпечує істотне підвищення моментів опору і відповідно незначну деформатівность таких будівель. При зведенні монолітних висотних будівель найбільш поширеними є системи з ядрами (стволами) жорсткості в центрі плану. Зазвичай в ядрі жорсткості знаходяться ліфтові шахти. Незрідка замість ядра жорсткості по периметру плану будівлі бетонується просторовий конту р-оболочка, працюючий спільно з дисками перекриттів і розташованими усередині колонами, що сприймають в основному вертикальне навантаження.
Так, горизонтальні відхилення верху будівлі відносно висоти зазвичай не перевищують 1/1000. А з розробкою високорухливих високоміцних бетонів подача матеріалу на висоту може вестися із застосуванням бетононасосів, що набагато ефективніше за операції кранів, неминучі при монтажі сталевих конструкцій. Для таких будівель застосовується бетон високої міцності. У Далласі, США, при зведенні 58-поверхової адміністративної будівлі “Ту Юніон Сквер” в колонах використаний бетон (циліндровий) міцністю 133 МПа, що в перерахунку на кубіковую міцність рівне приблизно 160 МПа. У результаті витрата сталі зменшена більш ніж в 2 рази і на 30% понижена вартість. Зазвичай на практиці для цих цілей застосовується бетон міцністю 60 МПа і вище. Зарубіжне будівництво — це висока культура роботи з бетоном. Наприклад, при будівництві хмарочоса “Уотер Тауер” в Чикаго (74 поверхи) застосоване 24 сос тава бетонної суміші, різних залежно від висоти ділянки. Для ствола жорсткості і колон каркаса зовнішніх стенів з 1 по 25 поверх використовували бетон міцністю 62 МПа. У міжповерхових перекриттях застосували легкий бетон міцністю 45, 38 і 34 МПа. Це дозволило на 26% понизити навантаження від власної ваги, зменшити глибину заставляння фундаменту, отримати відчутний економічний ефект. Будівля нафтової компанії “Петронас” в Куала-Лумпуре — хмарочос. Виконаний він у вигляді двох рядом башт, що стоять, які сполучені посередині сталевим містком. Кожна башта круглого контура в плані по периметру має 16 залізобетонних колон діаметром 2,4 м кожна, зв'язаних в рівні кожного поверху кільцевими баками, утворюючи зовнішній каркас, що несе. Перекриття монолітні і по сталевому профільованому настилу спираються на кільцеві балки і ствол жорсткості по центру перетину. Повна висота споруди від підстави свайного фундаменту до верхньої точки телеантени на даху — 582 м. Бетонування велося в переставній опалубці з п омощью бетононасосів. Укладання значних об'ємів бетону виробляють, як правило, за допомогою потужних бетононасосів. У Германії їх доля при укладанні монолітного бетону складає 35%, в Швеції — 55%, висота стріли крупних автобетононасосів досягає 60 м, а продуктивність — 150 м в годину і більш. Є і світовий рекорд подачі бетонній суміші на висоту — 500 метрів — насос фірми Putzmeister в італійських Альпах. При зведенні хмарочосів Петронас висота подачі суміші склала 432 метри. Світовий рекорд перекачування бетону по горизонталі перевищує 2 км. Більше 100 млн м2 монолітних перекриттів з натягненням арматури на бетон побудовано за останні роки в США, далі слідує Канада. Заздалегідь напружена арматура в монолітних перекриттях залізобетонних конструкцій починає прийматися без зчеплення з довколишнім бетоном. Аби захистити арматурні елементи (канати) від корозії, їх поміщають в спеціальні оболонки, заповнені антикорозійним складом. У Росії таких перекриттів доки немає. Був час, коли американські фахівці вивчали можливість будівництва станцій з бетону на Луне. Дослідження показали: бетон на заповнювачі з місячного грунту є повноцінним будівельним матеріалом і володіє міцністю на стискування 78 МПа. Звичайний же бетон того ж складу — 56 МПа. Динамічний модуль — відповідно 21200 і 28100 МПа, міцність на розтягування — 9,4 і 9,6 МПа. Фахівці зробили вивід, що бетон для будівництва станцій на Луне переважно, чим інші матеріали із-за високої радіонепроніцаємості, і, головне, майже всі компоненти для його приготування можуть бути вишукані на місці, у тому числі вироблений і цемент. Наприклад, аби спорудити круглу триповерхову будівлю діаметром 62 метри, буде потрібно 1,5 тисяч тонн цементу. Воду можна отримати з'єднанням водню, витягуваного з деяких мінералів Луни, і кисню, що доставляється із Землі. Для здобуття необхідних матеріалів на будівництво цієї будівлі із Землі потрібно буде доставити всього 55 тонн кисню. Проте розширення будівельник ства монолітних будівель пов'язано з наступними проблемами: — небезпека виникнення технологічних тріщин в конструкціях від температурно-усадкових деформацій бетону в процесі його тверднення, що залежить від складу бетону, умов тверднення і розмірів ділянок бетонування конструкцій; — потрібна надійна оцінка міцності тверднучого бетону у момент тієї, що розпалубила і передачі навантаження від вищерозміщених елементів на конструкції, в яких бетон не досяг проектної потужності; — необхідність розробки розрахункових правил по встановленню допустимої проміжної міцності бетону при знятті і перестановці опалубки по поверхах для різних видів монолітних конструкцій (перекриттів, стенів, колон) з точки зору забезпечення трещиностойкості і міцності конструкцій під час зведення монолітної будівлі, а також включення в план виробництва робіт заходів щодо прискорення набору міцності бетоном; — потрібний ефективний контроль якості монолітних конструкцій. Тим часом, випробування монолітних конструкцій пробним вантаженням досить складні, а контроль міцності бетону по зразках недостатній, особливо в зимовий час. Центр тяжіння контролю міцності необхідно перенести на неруйнівні методи. Тобто зведення будівлі повинне супроводитися серйозним моніторингом для забезпечення його надійності і безпечною подальшій експлуатації. В даний час в Європі йде процес створення єдиної нормативної бази для країн — членів ЄС. В області будівництва в роботі знаходиться близько 200 документів, з них по бетону, залізобетону і складовим матеріалам включаючи методи випробування — більше ста. На думку багатьох фахівців, для кліматичних умов Росії надмірне захоплення монолітом не дуже раціонально. За кордоном же інтерес до збірного будівництва із залізобетону не слабіє, а, навпаки, посилюється.