1.3. Модульная координация основных геометрических параметров. Унификация, типизация и стандартизация в строительстве

Основным способом строительства, обеспечивающим сокращение сроков, повышения качества и снижения его стоимости, является индустриализация. Индустриализация осуществляется двумя путями:

1) Первый путь – полносборное строительство, т.е. перенос большинства производственных операций в заводские условия (изготовление укрупненных сборных элементов с высоким уровнем заводской готовности на механизированных или автоматизированных технологических линиях, а затем – нетрудоемкий механизированный монтаж этих элементов на строительной площадке). Этот путь является основным в индустриализации строительства. Он обеспечивает экономичность, снижение трудоемкости строительства, улучшение труда рабочих.

2) Второй путь – сохранение всех или почти всех производственных операций на строительной площадке, но со снижением их трудоемкости за счет применения механизированного производственного оборудования и инструмента (применение различных типов опалубок при возведении зданий из монолитных железобетонных конструкций, использование бетононасосов и бетоноукладчиков). Этот путь экономически равноценен полносборному строительству и в то же время способствует архитектурному разнообразию как зданий в отдельности, так и застройки в целом.

И заводское, и построечное изготовление строительных конструкций (в индустриальной опалубке) предъявляет к проектировщикам зданий и сооружений специфические требования унификации параметров.

Унификация – научно обоснованное сокращение числа общих параметров зданий и сооружений, а также их элементов путем устранения функциональных различий между ними (таким образом, унификация – это приведение к единообразию размеров конструктивных элементов).

Унификация позволяет применять однотипные изделия в зданиях различного назначения. Причем такое ограничение количества типов элементов не всегда приводит к ухудшению архитектурной выразительности здания в целом. Обеспечивая массовость и однотипность конструктивных элементов, унификация способствует экономической рентабельности их механизированного изготовления. Например, установленная единая высота этажа в жилых зданиях массовой застройки и соответственно один размер стен по высоте, позволяет значительно сократить затраты на элементы лестниц (типовой размер лестничных маршей), устройство лифтов, мусоропроводов и т.п.

Ограничение количества размеров осуществляется на основе единой модульной системы в строительстве (ЕМС), т.е. совокупности правил координации размеров зданий и их элементов на основе кратности этих размеров установленной единице, т.е. модулю.

Модуль – условная единица измерения, принятая в целях координации размеров.

В большинстве европейских стран, в том числе и в России, в качестве основного модуля принята величина М=100 мм. Все размеры здания, имеющие значение для унификации, должны быть кратны М (см. рис. 1.3.).

Для повышения унификации устанавливаются, помимо основного, производные модули (укрупненные и дробные):

укрупненные (мультимодули) – 2М, 3М, 6М, 12М, 15М, 30М и 60М (200, 300, 600, 1200, 1500, 3000, 6000 мм), применяются при назначении размеров основных архитектурно-конструктивных параметров зданий, сооружений и конструкций: пролетов перекрытий и шагов стен и перегородок, высоты этажей, размеров проемов и т.п.;

дробные (субмодули) – 1/2M, 1/5M, 1/10M, 1/20M, 1/50M,1/100M (50, 20, 10, 5, 2, 1мм). При этом дробные модули 1/2 М и 1/5 М служат при назначении размеров сечений основных конструкций (стен, перекрытий и др.), 1/10 М и 1/20 М – сечений тонких перегородок из плитных материалов, 1/10 М – 1/100 М – для назначений размеров швов и зазоров между сборными элементами.

При проектировании и в строительстве применяют следующие размеры (рис. 1.4):

- номинальный - проектное расстояние L_н между условными осями здания;

- конструктивный - проектный размер изделия L_к, отличающийся от номинального размера на величину конструктивного зазора ;

- натурный - фактический размер изделия L_ф, отличающийся от конструктивного на величину, определяемую допуском (положительным или отрицательным), величины которого зависят от установленного класса точности изготовления изделия и регламентированы для каждого из них.

Номинальный размер должен быть кратным принятому производному модулю, т.е.

L_н = кМ,

где к – коэффициент кратности модулю (целое число).

Конструктивный размер должен быть равен номинальному за вычетом установленного зазора между изделиями:

L_к = L_н –  = кМ– 

Натурный размер строительного изделия должен отличаться от конструктивного не более чем на половину принятого для данного изделия допуска, т.е.

,

где с – максимальная величина допуска. Допуском называют наибольшее допустимое отклонение размера изделия от установленного.

Как следует из этих формул, конструктивные и натурные размеры могут и не быть кратными основному и производным модулям. Например, номинальная длина многопустотной плиты перекрытия 1ПК – 6000 мм, ее конструктивная длина – 5980 мм, а натурная (или фактическая) длина должна быть в пределах 5975 мм ÷ 5985 мм (т. е. 5980 мм  5 мм).

Рис. 1.4. Размеры конструктивного элемента

При проектировании расположение конструктивных элементов осуществляется при помощи пространственной системы условных модульных плоскостей и линий их пересечения, расстояния между которыми равны основному или производному модулю. На плане здания некоторые эти плоскости, совпадающие с несущими конструкциями здания, образуют так называемые координационные (разбивочные) оси (как правило, это взаимно перпендикулярные линии). Расстояние между разбивочными осями всегда является номинальным размером.

Оси обозначаются марками (цифрами и буквами) в кружках (маркировка осей). В продольном направлении здания оси маркируются арабскими цифрами (по нижней стороне плана слева направо – 1, 2, 3 и т.д.), а в поперечном – прописными буквами русского алфавита (по левой стороне плана снизу вверх – А, Б, В, и т.д.). Оси не имеют буквенных значений: Ё, З, Й, О, Ч, Ь, Ы, Ъ.

К координационным осям привязываются все конструктивные элементы здания. Привязка элемента означает определение его положения в здании при помощи размеров, взятых от двух взаимно перпендикулярных координационных осей до грани или геометрической оси данного элемента. Она подчиняется определенным правилам, которые обеспечивают уменьшение количества типоразмеров конструктивных элементов, а также обеспечивают их взаимозаменяемость.

Правила привязки элементов к координационным осям различны и зависят от конструктивной схемы здания и конструктивного решения этих элементов. Основное значение имеет привязка элементов перекрытий.

В зданиях с несущими продольными или поперечными стенами внутренняя грань несущей наружной стены, на которую опирается перекрытие, размещается от разбивочной оси на расстоянии с, равном половине номинальной толщины внутренней несущей стены d, кратном М или 1/2 М. При этом допускаются совпадение внутренней или наружной грани стены с разбивочной осью, если это оправдано с конструктивной точки зрения (например, в наружных самонесущих стенах, на которые не опираются конструкции перекрытия, применяется так называемая «нулевая» привязка).

Во внутренних несущих стенах и столбах (колоннах) обычно геометрическая ось стены или столба должна совпадать с разбивочной осью.

Для гражданских зданий при назначении размеров между координационными осями обычно применяется укрупненный модуль – 300 мм (3М).

В промышленных зданиях для горизонтальных размеров приняты укрупненные модули 3000 мм (30М) и главным образом 6000 мм (60М); для вертикальных размеров – 600 мм (6М).

Правила привязки элементов к разбивочным осям позволяют унифицировать размеры и самих конструктивных элементов: столбов, колонн, балок и прогонов, плит перекрытий, покрытий и т.д. Наибольшее значение для унификации конструкций имеет применение одинаковых размеров между основными несущими конструкциями здания, т.е. пролетов, шагов и высот. Повышение степени унификации достигается также применением одинаковых размеров других частей здания, например лестничных клеток, лифтовых шахт, санитарных узлов и т.п.

Для жилых домов в настоящее время в основном принимается высота этажа 2,8 и 3 м; для массовых общественных зданий (школы, детские ясли-сады) 2,8; 3,3 и 4,2 м.

Высота этажа гражданских (жилых и общественных) зданий обычно измеряется от уровня поверхности пола нижнего этажа до уровня по­верхности пола верхнего этажа, которые являются гори­зонтальными модульными плоскостями. Высота одно­этажного промышленного здания измеряется от поверх­ности пола до низа выступающих конструкций покры­тия. Высота этажа промышленного многоэтажного здания измеряется так же, как гражданского.

Другим способом ликвидации многообразия конструктивных элементов является типизация – сведение множества типов конструкций и изделий (а также зданий и сооружений) к обоснованному ограниченному количеству.

Типизации подлежат:

- объемно-планировочные фрагменты зданий (блок-секции жилого дома, температурный блок одноэтажного промышленного здания и др.);

- здания в целом (детские сады, школы или др.);

- конструктивные элементы зданий (фундаментные блоки, элементы сборного каркаса, стеновые панели, лестничные марши и площадки и др.).

Таким образом, если цель унификации состоит только в ограничении числа типов изделий, то типизация конструкций, исходя из ряда стабильных требований к сборной продукции, позволяет отобрать для широкого применения наиболее совершенные и экономически эффективные изделия.

В настоящее время множество зданий массового строительства (в основном жилые и промышленные) возводится по типовым проектам. Типовое проектирование представляет собой систему серийной разработки архитектурно-конструктивных проектов на основе типизации зданий, их фрагментов или отдельных элементов для многократного повторения в строительстве.

Типовые проекты гражданских и промышленных зданий и сооружений обладают высокими качествами объемно-планировочного, конструктивного и экономического решения. В них предусматривается обязательное применение типовых конструктивных элементов. Применение типовых проектов способствует повышению индустриализации строительства, сокращает время на проектирование зданий и сооружений, повышает экономическую эффективность строительства и темпы строительного производства.

Однако массовое применение типовых проектов в середине и конце ХХ века (в основном в гражданском строительстве) привело к неудовлетворительным архитектурно-художественным решениям. Застройка городов типовыми зданиями выглядит монотонно, однообразно и не удовлетворяет минимальным эстетическим требованиям. Поэтому задача архитектора и инженера-проектировщика заключается в нахождении таких объемно-планировочных, конструктивных и архитектурно-художественных решений зданий, которые удовлетворяли бы как современным экономическим, так и эстетическим требованиям.

Методика типового проектирования непосредственно связана со стандартизацией. Стандартизация – утверждение для обязательного применения наилучших типовых конструкций и изделий, прошедших проверку в эксплуатации. Высшей формой стандартизации являются Государственные стандарты (ГОСТы). Наряду с этими общероссийскими стандартами в строительстве используются стандарты меньших категорий: ведомственные (ВСН, ВНП), территориальные (ТСН), заводские (технические условия – ТУ) и др. Требования, устанавливаемые ГОСТами, являются обязательными для проектирования, изготовления изделий и строительства, а также для формы и габаритов изделий.

Поскольку объектом массового изготовления для предприятия является не здание в целом, а строительные изделия, то предметом стандартизации для предприятия будут отдельные конструктивные элементы здания (колонны, ригели, перемычки, стеновые панели, оконные и дверные блоки и т.п.). Здание же в целом компонуют на основе принципов унификации из стандартных элементов, удовлетворяющих требованиям ГОСТ.