Материальная база современной архитектуры

Особенно внимательно  следует подходить к определению  эффективности и выбору лучшего варианта из взаимозаменяемых стеновых и других конструкционных материалов. Так, например, на эффективность использовав ния материалов, применяемых для возведения наружных стен зданий, влияют их прочность, размеры (определяющие степень механизации и трудоемкость работ), плотность, коэффициенты теплопроводности, морозостойкости и другие показатели. При этом важнейшие эксплуатационные свойства-прочность и теплопроводность материалов-в значительной мере определяют толщину стены, а значит и материалоемкость ограждающей конструкции. Коэффициент теплопроводности стеновых и теплоизоляционных материалов, применяемых в наружных ограждениях,- важнейший показатель, влияющий на величину эксплуатационных затрат на отопление.

Сопоставимость  при оценке взаимозаменяемых стеновых материалов обеспечивается их равной несущей способностью, поскольку нельзя сопоставлять стеновые материалы, предназначенные для использования в различных конструктивных системах зданий (например, с самонесущими и легкими на- * весными стенами), а также одинаковой степенью заводской готовности. Так, при сопоставлении кирпича с отделанной лицевой поверхностью с обыкновенным глиняным кирпичом, требующим отделки стены на строительной площадке, должны быть учтены все дополнительные единовременные и эксплуатационные затраты.

Таким образом, при выборе наиболее приемлемого варианта для осуществления проектного решения архитектор проверяет соответствие имеющихся в его распоряжении взаимозаменяемых материалов и изделий предъявляемым к ним архитектурно-строительным требованиям. При этом полное соответствие материала требованиям к главному эксплуатационному показателю является обязательным, но недостаточным условием для обоснования его применения.

Не менее важна оценка сравнительной экономической эффективности взаимозаменяемых строительных материалов и изделий, которая, как отме- чалось, не должна ограничиваться их сметной стоимостью, включая затраты на транспортировку и монтаж, а также принимать во внимание и эксплуатационные расходы.

Эстетические параметры  являются важнейшими для материалов с открытой лицевой поверхностью, однако сохранность высокого эстетического качества материала должна гарантироваться соответствующими эксплуатационно-техническими показателями.

В определении рациональных областей применения строительных материалов и изделий в конструкциях и отделке зданий и сооружений существенную помощь архитектору-проектиров- щику оказывают нормативно-инструктивные документы, каталоги, справочники и т.п.

Номенклатура взаимозаменяемых строительных материалов и изделий и эффективность  их применения

Широкая номенклатура современных строительных материалов и изделий была рассмотрена в рамках их классификации по происхождению и по виду основного сырья, позволяющей в наиболее общей форме познакомиться с основами их производства, строением и свойствами. Однако эта классификация не позволяет провести сравнения материалов и изделий одного назначения, изготавливаемых из разного сырья и неодинаковыми технологическими приемами. Но именно такое сопоставление дает возможность архитектору представить многовариантность проектных решений, которые могут быть созданы на основе имеющихся в его распоряжении взаимозаменяемых материалов и изделий.

Классификация строительных материалов и изделий по основным областям применения позволяет систематизировать знания по материаловедению применительно к их использованию в архитектурном проектировании, обращает внимание на вопросы технико-экономической эффективности и перспективы внедрения прогрессивных материалов в строительную практику, создает логическую связь курса материаловедения с последующим изучением архитектурных конструкций и технологии строительного производства.

В конечном счете потребителям продукции  промышленности строительных материалов и строительной индустрии - архитекторам и строителям важно знать потребительские свойства материалов и изделий, т. е. их эксплуатационно-технические, эстетические, экономические и другие характеристики, и уметь правильно оценить эффективность их применения независимо от того, из какого .сырья и каким способом они произведены.

В настоящей главе  рассмотрены основные тенденции и сравнительная эффективность применения взаимозаменяемых строительных материалов и изделий в рамках условно укрупненной классификации по областям их использования в строительстве: в несущих и ограждающих конструкциях, в наружной и внутренней отделке зданий и сооружений. В отдельные группы выделены материалы для ландшафтной архитектуры и дорожного строительства, а также материалы, применяемые для реставрации памятников архитектуры.

1. Строительные материалы и изделия  для несущих и ограждающих  конструкций

Развитие современной  строительной индустрии отличается высокими темпами научно-технического прогресca, существенными качественными изменениями в характере строительного производства и оценке его эффективности. В первую очередь, это относится к совершенствованию и развитию производства и применения новых конструкционных материалов и изделий, обеспечивающих существенное повышение производительности труда в строительстве за счет максимального увеличения сборности всех изделий и деталей конструкций, комплексной механизации, снижения трудовых затрат на заводе и стройке, снижения массы зданий.

В одиннадцатой пятилетке  поставлена задача расширять выпуск новых эффективных материалов и сборных строительных элементов, легких и экономичных крупноразмерных конструкций и изделий улучшенного качества и с высокой степенью заводской готовности, шире применять железобетонные конструкции из высокопрочных и легких бетонов, асбестоцементные конструкции, изделия из алюминиевых сплавов, клееные деревянные конструкции, предусмотреть дальнейшее развитие домостроительных комбинатов и предприятий по выпуску облегченных строительных конструкций и изделий. Выполнение этих мероприятий обеспечит дальнейшее повышение уровня индустриализации, снижение материалоемкости и стоимости строительства, а также надежность, комфортность и архитектурную выразительность зданий и сооружений.

Номенклатура взаимозаменяемых МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ НЕСУЩИХ  КОНСТРУКЦИЙ зданий и сооружений (каркасов, фундаментов, перекрытий, покрытий)² сравнительно невелика, поскольку к этим конструкциям предъявляются жесткие требования по прочностным характеристикам, долговечности, огнестойкости, морозостойкости, стойкости к коррозии, а проблема их производства и внедрения является межотраслевой проблемой, охватывающей помимо промышленности строительных материалов такие отрасли, как металлургическая, лесная, деревообрабатывающая и химическая промышленность.

Среди материалов для несущих  конструкций ведущее место принадлежит сборному железобетону, наиболее широко применяемому в производстве изделий и элементов конструкций для индустриального строительства. Его внедрение дает значительную эффективность в повышении степени заводской готовности конструкций и их сборности, в улучшении эксплуатационных качеств зданий и сооружений, их долговечности, огнестойкости, коррозионной стойкости несущих конструкций, в сравнительно невысокой стоимости самого материала и изделий из него.

Сравнительный технико-экономический анализ и опыт проектирования и строительства зданий и сооружений с несущими конструкциями из сборного железобетона подтверждают его высокую эффективность по сравнению со строительной сталью для ряда конструктивных систем. Это обусловлено широкой распространенностью сырьевой базы, простотой технологии изготовления, невысокой капиталоем

костью производства (среднеотраслевые капитальные вложения на прирост единицы объема продукции, равнозначной по потребительской ценности, из сборного железобетона- в 1,5-1,75 раза меньше, чем из стали). Эксплуатационные расходы на ремонт и покраску 1 т стальных конструкций составляют в среднем около 5 руб., а на эквивалентный объем железобетонных-около 1,5 руб.

Номенклатура изделий  из железобетона, применяемых для сборного домостроения, наиболее разнообразна и многочисленна по видам и типоразмерам. Из железобетона изготавливают сваи и фундаментные блоки, колонны, балки, прогоны, панели стен, плиты перекрытий, лестничные маршии площадки. В сборном железобетоне решаются каркасы и ограждения жилых, общественных и промышленных зданий, мосты и эстакады, мачты и башНи.

Вместе с тем, несмотря на многие ценные строительные и эксплуатационные свойства сборного железобетона, его нельзя никак считать универсальным конструкционным материалом. Главный его недостаток - высокая масса изделий из тяжелого бетона, в 4-6 раз превышающая массу аналогичных металлических и деревянных конструкционных изделий и элементов. Этот недостаток сборного железобетона ощущается тем более, чем дальше приходится перевозить большеразмерные и тяжелые готовые изделия от места изготовления до места их монтажа.

Способ монтажа также  является существенным фактором в оценке эффективности внедрения сборного железобетона, который при несоблюдении двух факторов (минимальная транспортировка и высокомеханизированный монтаж) оказывается, например, намного дороже монолитных железобетонных конструкций. И, наконец, эффективность сборного железобетона определяется малой трудоемкостью его массового индустриального изготовления на высокопроизводительных технологических линиях крупных специализированных предприятий (до 1,5-2 чел.-дн. на 1 м изделий). Себестоимость продукции таких предприятий в среднем на-^/з ниже, чем мелких цехов и заводов.

Для оценки эффективности  применения тех или иных конструкционных материалов при анализе проектного решения здания или сооружения независимо от его конструктивной схемы расчет ведут на 1 м² жилой полезной или производственной площади, на 1 место в школе, зрительном зале, стадионе и т.д., т.е. по обобщенной единице измерения, а не на 1 м² перекрытия, стены и др., как это делается при сопоставлении эффективности использования отдельных элементов конструкций из различных материалов в пределах общей конструктивной схемы.

При таком анализе сравнение  различных каркасов промышленных зданий (с учетом всего комплекса конструкций) показывает, например, что стоимость зданий с железобетонными каркасами выше, чем стоимость зданий со стальными каркасами и железобетонными плитами покрытий, на 12-15%, а сроки возведения стальных каркасов в 1,5-2 раза меньше, чем железобетонных.

В то же время сравнение  вариантов проектных решений  многоэтажных каркасно-панельных жилых  зданий (в расчете на 1 м² полезной площади) показывает, что применение сборного железобетонного каркаса и перекрытий при высоте зданий до 25 этажей экономически более целесообразно, чем применение стального каркаса с аналогичными перекрытиями. При большей этажности в нижних этажах целесообразно применение обетонированных стальных элементов.

Однако в любом случае следует иметь в виду, что оценка эффективности применения железобетона, стали или других материалов в несущих конструкциях зданий и сооружений зависит от многих местных условий. Так, например, в отдаленных и труднодоступных районах более легкие металлические конструкции, как правило, оказываются эффективнее железобетонных, а применение последних целесообразно, если конструкции эксплуатируются в условиях влажной или агрессивной среды. В определенных условиях и особенно в районах страны, где нет необходимых для цементного бетона качественных заполнителей, экономически целесообразно применение некоторых элементов несущих конструкций из силикатного бетона.

Намечены основные пути снижения массы  бетонных и железобетонных несущих конструкций и повышения эффективности их применения в строительстве объектов различного назначения: это-повышение марки бетона и снижение его средней плотности применение тонкостенных пространственных конструкций, применение высокопрочной стальной арматуры и ее предварительное напряжение. К концу текущего десятилетия только благодаря применению легкого и тонкостенного железобетона масса зданий снизится (по сравнению с традиционными конструкциями из этого же материала) примерно на 370 млн. т, а годовой экономический эффект от внедрения всех видов эффективных сборных и монолитных железобетонных изделий и конструкций составит не менее 2 млрд. руб.

Повышение предела прочности  бетона при сжатии до 80 МПа и выше позволит в среднем на 20% снизить его расход при изготовлении сборных элементов конструкций, несущих большие нагрузки. Из высокопрочных бетонов (марок М600-М800) преимущественно будут изготавливаться элементы линейных несущих конструкций, а также тонкостенные панели и своды, длинномерные плиты покрытий и перекрытий. Применение высокомарочных бетонов в производстве элементов несущих конструкций (колонн, балок, свай и пр.) без изменения размеров их поперечных сечений позволяет использовать имеющуюся на заводах оснастку и значительно сократить расход арматурной стали, достигающий в отдельных деталях 100 кг на 1 м³ изделия.

Широкое применение находят  предварительно напряженные конструкции, доля которых в общем объеме потребления железобетонных изделий в 1975 г. составляла около 25%. Метод предварительного напряжения арматуры из высокопрочной стали позволяет снизить расход металла на 1 м³ изделий на 30-35% и общую массу конструкций при одновременном повышении жесткости, трещиностойко- сти, долговечности и других эксплуатационных качеств. Весьма эффективно применение предварительно напряженного железобетона для изготовления длинномерных изделий, большепролетных конструкций и т.п.

Исходя из технико-экономической  эффективности применения, в ближай- j шем будущем будет сокращаться доля использования сборного железобетона в таких конструкциях, как каркасы многоэтажных зданий, большепролетные покрытия, фундаменты, а дшгя некоторых видов облегченных стеновых панелей и плит перекрытий в общем объеме выпуска сборных изделий из этого материала возрастет.

К 1990 г. около ³/₄ всего объема производства сборного железобетона будет применяться в непроизводственном строительстве, тогда как в строительстве зданий и вооружений производственного назначения его потребление сократится примерно в 1,5 раза (в 1975 г. здесь применялось более 40% сборных железобетонных конструкций).