Монолитное и сборно-монолитное домостроение

Щитовая

 

Упрощенно технология возведения стен из монолитного бетона состоит в следующем - непосредственно на стройплощадке монтируются специальные формы - опалубки, повторяющие контуры будущего конструктивного элемента, например, колонны, стены и т.д., в которые устанавливается по проекту арматура и заливается конструкционный бетон. После затвердевания бетона получается готовый конструктивный элемент здания. Опалубочные элементы либо демонтируются (при применении сборно-разборных опалубок) либо становятся частью стены (при использовании несъемной опалубки).

 

Монолитное домостроение не сразу завоевало широкое признание в нашей стране. Долгие годы предпочтение отдавалось полносборному строительству. Монолит при возведении зданий применялся редко, в основном выполнялись отдельные монолитные участки, для которых невозможно было использовать сборные элементы конструкций.

Первые примеры возведения многоэтажных гражданских и промышленных зданий с монолитными бетонными стенами и перекрытиями в России относятся к 1880-м годам. Затем на протяжении столетия интерес к этой системе периодически возрождался в 1910-х и в конце 1920-х - начале 1930-х годов, затем в 1950-х годах при строительстве знаменитых московских высоток. Качественно новый этап в монолитном домостроении начался с середины 1960-х годов и был связан с индустриализацией методов возведения: созданием новых опалубочных конструкций и способов транспортирования бетонной смеси.

В настоящее время перспективность данной технологии широко признана и в первую очередь для возведения комбинированных конструктивных систем (с монолитным каркасом и наружными стенами из штучных материалов).

 

К преимуществам монолитного домостроения можно отнести бÓльшую возможность создания свободных планировок с большими пролетами и требуемой высотой потолка. Другим преимуществом данной технологии является возможность создания любых криволинейных форм, что также расширяет палитру архитекторов при создании уникальных образов зданий. Монолитные и сборно-монолитные здания по жесткости одинаковы, а иногда и превосходят панельные. Поэтому их применение особенно целесообразно в сложных грунтовых условиях и в условиях сейсмики. Нижняя граница этажности монолитных зданий определялась из технико-экономических требований. Применение монолитных конструкций, возводимых в объемно-переставной опалубке, экономически целесообразно для зданий выше 8 этажей в обычных условиях и выше 4 этажей - в сейсмических. Для метода скользящей опалубки нижние границы экономической целесообразности составляют соответственно 15 и 8 этажей.

 

Возможность возведения монолитных стен и перекрытий меньшей толщины уменьшает нагрузку на фундамент, и соответственно затраты на его возведение. Технология выполнения каркаса здания из монолита позволяет возводить здания разного назначения различной этажности, т.к. такой каркас способен выдерживать большие нагрузки. Стены, выполненные по монолитной технологии, практически не имеют швов, и соответственно не возникает проблем со стыками и с их герметизацией.

 

При всех достоинствах монолитного домостроения данная технология не лишена и некоторых проблем. Производственный цикл перенесен на строительную площадку под открытым небом, а это значит, что дождь, снег, ветер, жара и холод создают дополнительные трудности производству монолитных конструктивных элементов. Особые сложности возникают в холодное время года, поэтому возникает необходимость ускорения твердения бетона при отрицательных температурах. Это в свою очередь приводит к удорожанию кв. метров.

Содержащаяся в бетоне вода затворения на начальном этапе твердения в основном находится в свободном виде. При повышении температуры химическая активность воды увеличивается, что приводит к ускорению твердения. При понижении температуры химическая активность воды падает, а при температуре 0⁰С - происходит переход в твердую фазу - лед. Замерзающая вода увеличивается в объеме, что приводит к нарушению структуры бетона, снижению его физико-технических характеристик и, прежде всего, прочности. При этом морозостойкость и водонепроницаемость монолитного изделия может снизиться в несколько раз.

 

Также следует учитывать некоторую пролонгированность возведения монолитных и сборно-монолитных каркасов зданий вследствие необходимости выдерживания бетона в опалубке до достижения им 70% от проектной прочности.

 

Проведение строительных работ при отрицательных температурах требует применения одного из методов зимнего бетонирования:

· Применение специальных вяжущих и противоморозных добавок. Это наиболее простой, эффективный и чаще всего применяемый метод твердения бетона при отрицательных температурах. Выбор модификатора противоморозного действия зависит от типа и условий эксплуатации объекта строительства.

· Предварительный разогрев бетонной смеси перед укладкой в опалубку. Бетонная смесь разогревается, укладывается в опалубку, уплотняется, укрывается теплоизоляцией и выдерживается до достижения бетоном требуемой прочности.

· Обогрев нагревательными проводами (метод электропрогрева). Обогрев бетона монолитных конструкций осуществляется посредством нагревательных проводов, закладываемых в бетон. В процессе электропрогрева происходит усушка влаги, что негативно влияет на качество бетона. Применение этого метода целесообразно для прогрева бетона в малоармированных конструкциях.

· Применение 'теплого' бетона. Суть этого метода сводится к тому, что инертные компоненты бетона прогревают до расчетной температуры в условиях завода. После твердения и достижения необходимой прочности бетонную смесь перевозят в миксерах автобетоновозов. Чтобы избежать загустения, в бетонную смесь вводятся пластифицирующие добавки, а также добавки, регулирующие сроки схватывания.

· Греющие опалубки. Для прогрева бетона возможно применение современных опалубочных систем, оснащенных нагревателями в виде греющего провода, сеток, лент, и др., в виде греющих элементов, устанавливаемых в бетон, в виде специальных, наносимых на опалубку греющих покрытий.

Вышеописанные методы электропрогрева приводят к ощутимому удорожанию строительства, так как для поддержания необходимой температуры бетонной смеси требуются значительные затраты энергоресурсов.

 

Следует также отметить, что для возведения монолитных конструктивных элементов требуется высококвалифицированный персонал, а также необходим жесткий контроль за соблюдением всех технологических режимов. При этом необходимо понимать, что выполнение контроля на стройплощадке гораздо сложнее, чем в заводских условиях при производстве элементов полносборного домостроения.

Современные системы опалубки являются средством для реализации экстравагантных проектов.

 

 

Рис….

а - фасады жилого массива в городе Плохинген; б - павильон Андалузии с наклонной на 15° цилиндрической стеной.

На архитектурно-планировочное и конструктивное решение монолитных и сборно-монолитных зданий оказывает существенное влияние применяемый метод бетонирования несущих конструкций. В отечественном монолитном домостроении наибольшее распространение получили: - при возведении бескаркасных зданий методы бетонирования в скользящей, объемно-переставной и крупноразмерной щитовой опалубке, - при возведении каркасных - методы подъема перекрытий (МПП) и подъема этажей (МПЭ). Метод скользящей опалубки предусматривает непрерывное бетонирование несущих стен в системе синхронно перемещаемых по вертикали опалубочных щитов, установленных по контуру всех несущих стен здания или секции-захватки. Метод объемно-переставной опалубки основан на цикличном (поэтажном) бетонировании стен и перекрытий с последующим перемещением элементов Г- или П-образной (объемной) опалубки, объединяющей вертикальные и горизонтальные щиты опалубки на отметку верхнего этажа. Метод крупноразмерной щитовой (крупнощитовой) опалубки заключается в цикличном (поэтажном) бетонировании несущих стен в поэтажно устанавливаемых крупных (размером на конструктивно-планировочную ячейку) плоских опалубочных щитах. Метод подъема перекрытий сводится к бетонированию плит междуэтажных перекрытий и покрытия размером на всю площадь здания на нулевой отметке в инвентарной бортовой опалубке с последующим перемещением этих плит по вертикальным несущим конструкциям (колоннам и объемно-пространственным бетонным шахтам – стволам жесткости) и креплением к этим конструкциям на проектных этажных отметках. Различие между методами подъема перекрытий и подъема этажей сводится к месту монтажа вертикальных ограждающих конструкций. При МПП их устанавливают после закрепления перекрытий на проектных отметках. При МПЭ ограждающие конструкции каждого этажа (преимущественно полносборные) монтируют на нулевой отметке и перемещают на проектную отметку вместе с плитой междуэтажного перекрытия.

 

Рис….. Колонны, панели и ригели для сборно-монолитного домостроения на домостроительном комбинате.   Рис. ….. Узловые сопряжения сборно-монолитных несущих конструкций, подготовленных к омоноличиванию.

 

Наиболее распространенной из числа сборно-монолитных становится система с вертикальными монолитными элементами жесткости, возводимыми в скользящей опалубке, в сочетании со сборными панельными или каркасно-панельными конструкциями. Эта комбинированная строительная система позволяет повысить прочность несущих конструкций, этажность зданий по сравнению с этажностью полносборного здания из тех же конструктивных элементов.

При возведении зданий из монолитного железобетона используют различные типы сборно-разборных опалубок: скользящие, объемно-переставные и крупнощитовые опалубки, рамные, балочные и туннельные опалубки, несъемные опалубки.

При объемно-переставной опалубке монолитными выполняют стены и перекрытия, а опалубку после твердения бетона передвигают в направлении продольных или поперечных стен.

Иной вид опалубки с движением вверх - скользящая щитовая. В этом случае наиболее эффективен технологический процесс, при котором первоначально выполняют вертикальные элементы здания - наружные и внутренние стены. При строительстве в стенах оставляют отверстия участков для плит перекрытий. При этом перекрытия, плиты балконов и лоджий могут выполняться: монолитными, тогда устанавливают щитовую опалубку с заведением арматуры в опорные пазы; сборными, тогда плиты выполняют специальной формы и заводят в опорные отверстия.

 

Применение современных опалубочных систем в монолитном домостроении значительно повышает технологичность строительства. Сроки, качество возведения конструкций во многом определяет применяемая опалубка.

Опалубочные системы должны отвечать предъявляемым к ним требованиям по конструктивной прочности, надежности и долговечности, иметь высокие механические свойства. В зависимости от назначения опалубки должны соответствовать требованиям по допустимым нагрузкам и прогибам. К опалубочным системам также предъявляются высокие требования по точности изготовления и надежности. Качественные опалубки возможно изготавливать только на современном оборудовании, используя передовые технологии.

Опалубки могут изготавливаться как полностью стальными, так и комбинированными (с элементами из других материалов) рис 100.

а б

рис100. Виды опалубок

а - стальная комбинированная опалубка RASTO (THYSSEN HUNNEBECK) с, б - алюминиевая опалубка AluStar (MEVA)

Применяемый материал существенно влияет как на технические характеристики опалубок, так и на их стоимость. Сталь, используемая для изготовления опалубок, применяется оцинкованная или гальванизированная, с порошковым покрытием. Покрытие не только защищает сталь от коррозии, но обеспечивает быструю очистку опалубки в процессе эксплуатации. Сталь, как известно, обладает высокой несущей способностью, хорошей сопротивляемостью деформациям.

Кроме стали для производства опалубочных систем применяется и алюминий, точнее сплав алюминия и кремния (для повышения прочностных характеристик). Алюминий - легкий, прочный и устойчивый к воздействию агрессивной среды металл. Но он подвержен коррозии, поэтому алюминиевые элементы должны подвергаться специальной антикоррозионной обработке. Алюминиевая опалубка легче стальной в три раза, что существенно уменьшает стоимость и трудоемкость транспортировки и монтажа опалубки (рис. 100б). Но в то же время алюминиевые элементы практически не подлежат восстановлению и легче подвержены деформации, чем стальные. Применение принципа экструзии для производства алюминиевых элементов опалубки позволяет добиться необходимой жесткости конструкции.

Использование древесины для изготовления элементов опалубки обусловлено ее относительно низкой ценой. Преимущественно для изготовления деревянных элементов применяют клееную древесину. Клееные элементы обладают малой деформативностью и высокой прочностью. Но древесина, как известно, обладает и существенным недостатком - гигроскопичностью. Деревянные элементы впитывают воду из бетона, изменяя при этом свои размеры, снижается их грузоподъемность и появляется прогиб. При механических повреждениях деревянные элементы опалубки не всегда поддаются восстановлению, и значит, требуется их частая замена.

Для быстроизнашивающихся, часто заменяемых (так называемых расходных) элементов используют фанеру (в т.ч. ламинированную), клееную древесину и пластмассу.

Современные опалубочные системы можно классифицировать по различным критериям. По области применения - опалубки для стен, опалубки для перекрытий, опалубки для колонн, опалубки для лифтовых шахт, и др. Необходимо понимать, что это достаточно условное деление, т.к. опалубочные системы для стен могут позволять изготавливать и колонны. Разработаны также и многофункциональные, универсальные опалубки.

По конструктивным особенностям опалубки могут быть рамными (рис. 4а), балочными (рис. 4б). Рамные и балочные опалубки применяют при строительстве различных конструкционных элементов: стен малоэтажных и высотных зданий различной конфигурации, перекрытий, колонн, шахт лифтов, и т.д.

а б
рис. 3 Опалубки для стен

а - рамная (опалубочная система МОДОСТР); б - балочная (DOKA).

Разработаны также опалубочные системы для выполнения специальных задач: опалубка кольцевых стен с изменяемым радиусом; переставная опалубка; туннельная опалубка; односторонняя опалубка, и др. Рассмотрим более подробно некоторые типы опалубочных систем для возведения стен.

Рамные опалубочные системы.(найти рис)

Рамная опалубочная система включает в себя: каркасные щиты, подпорные элементы и детали крепежа. Могут при необходимости использоваться угловые элементы (внешние и внутренние), а также подмости для бетонирования и леса.

Основой рамных опалубочных систем являются каркасные щиты. Они состоят из несущей металлической рамы (стальной или алюминиевой), ребер жесткости и опалубочной плиты. Рама из замкнутого полого профиля с фасонным гофром предохраняет торцы опалубочной плиты от повреждений и позволяет соединить элементы в любом месте. Металлический каркас не только обеспечивает необходимую жесткость опалубочной конструкции, но и значительно облегчает и ускоряет монтаж модульных элементов.

Опалубочная плита изготавливается обычно из многослойной фанеры. Но у фанеры как древесного материала есть недостатки, о которых шла речь выше. Поэтому деревянные опалубочные плиты чаще, по сравнению с остальными элементами опалубок, нуждаются в ремонте и замене. Ряд фирм, выпускающих опалубочные системы, сегодня занимаются вопросом увеличения количества циклов эксплуатации опалубки и улучшения качества поверхности готового монолитной конструкции.

Одной из таких новых разработок является новый 'сэндвич'-материал (найти рис), разработанный немецкими специалистами. Его отличают: низкая гигроскопичность, меньший вес по сравнению с фанерой, стойкость к ультрафиолетовому излучению, стойкость к механическим повреждениям, малая прилегаемость к бетону и упрощенная очистка. 'Сэндвич'-материал состоит из слоя пенопропилена, облицованного с двух сторон алюминиевыми листами и слоями РР-полипропилена. Данный материал применяется для производства опалубочных плит, которые представляет на российском рынке фирма 'МЕВА'. Цена м² такой плиты в два раза выше, чем фанерного щита, однако она обеспечивает большее количество циклов использования опалубки и улучшенное качество бетона.

Для получения ровной поверхности стены, перекрытия, и т.п. важным моментом является сохранение геометрии опалубки в процессе замоноличивания. Каждая фирма-производитель уделяет огромное внимание разработке оригинальных соединительных деталей (замков, анкерных элементов, накладок, и др.), позволяющих легко осуществлять надежное, прочное, с ровными стыками крепление элементов опалубки. Соединения между элементами опалубки должны выполняться таким образом, чтобы каркас системы мог воспринимать высокие нагрузки на сжатие, растяжение и изгиб. Достоинством крепежных систем опалубки считается возможность сборки вручную с применением простейших инструментов, а также возможность применения минимального количества соединительных элементов для обеспечения требуемой жесткости конструкции. Номенклатура крепежных изделий, предлагаемая ведущими производителями, обширна - в ней разработаны специальные угловые зажимы, накладки и другие элементы, позволяющие соединять опалубочные модули перпендикулярно по отношению друг к другу и под различными углами (различные стационарные и шарнирные угловые элементы).

Балочные опалубочные системы.(Найти рис)

Балочная опалубочная система включает в себя: балки, щиты, элементы крепления, подпорные элементы, ригель, подмости для бетонирования и леса.

Основой балочных опалубочных систем являются балки. Балки представляют собой конструкцию из древесины двутаврового сечения, выдерживающую большую нагрузку. Детали из древесины могут быть цельными или клееными по длине и сечению. Длина балок нормирована. Для обеспечения долговечности на балки крепятся стальные или пластмассовые наконечники, предотвращающие откалывание пояса балки. Балки устанавливаются с определенным шагом и крепятся к щиту опалубки. Соединение балок между собой осуществляется с помощью стальных элементов крепления.

Туннельная опалубка(найти рис)

Основным элементом конструкции является полусекция, которая состоит из одной горизонтальной и одной вертикальной панели. Туннельная опалубка предназначена для одновременного опалубливания стен и перекрытий типовых секций. Монтаж туннельной опалубки осуществляется при помощи крана. Подобного типа опалубка применяется для серийного производства одинаковых секций.

Крупнощитовые(найти)

 

На строительный объект опалубочные системы доставляются в разобранном виде, что удобно для складирования и транспортировки. Монтаж современных опалубочных систем осуществляется как вручную так и при помощи строительного оборудования: кранов, подмостей, лесов. В ряде случаев, например, в центральных частях городов, при реконструкции, где нет возможности для размещения строительной техники, применяют специальные опалубочные системы, монтаж которых полностью производится вручную. В данной ситуации имеет большое значение как вес опалубочных элементов, а значит и применяемый для изготовления опалубки материал, так и размеры элементов опалубки.

Трудоемкость при проведении монтажных работ сказывается на общих сроках возведения конструкции.

На российском рынке опалубочные системы представлены, например, следующими зарубежными фирмами: 'Aluma Sistems' (Канада), 'DOKA' (Австрия), 'MEVA' (Германия), 'NOE' (Германия), 'Outinord' (Франция), 'PERI' (Германия), THYSSEN HUNNEBECK (Германия). Среди отечественных производителей можно назвать: 'ДВК-Е', 'Стройметаллконструкция', ЦНИИОМТП. Представлена также в РФ система МОДОСТР белорусских специалистов из БелНИИС (представляет фирма 'Стромтрейдинг').

 

Сборно-разборные опалубки различаю в зависимости от способа перестановки опалубки: скользящая опалубка и объемно-переставная опалубка.Выбор очередности выполнения работ определяет выбор вида и способа перемещения опалубки.

 

Рассмотрим несколько примеров.