Belgorod, Russian Federation
VAC 05.17.00 Химическая технология
VAC 05.23.00 Строительство и архитектура
UDK 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
In article the analysis of development of monolithic low-rise construction and its prospects shows that monolithic and precast-monolithic house-building is further developed and becomes the dominant method in the General structure of the low-rise building complex and creates the possibility of easier and cheaper than when prefabricated housing, to create diverse, distinctive layout and architecture of the buildings and structures of towns and villages, a flexible internal layout, no restrictions when choosing the number of storeys of the future house, which is important in the construction of the cottage. Contribute to the development of new technologies, the use of modern formwork systems and integrated mechanization and industrialization of technological processes of preparation, delivery, supply and laying of concrete mix etc.
low-rise, high-rise building
В настоящее время, благодаря достижениям строительного материаловедения, расширению сырьевой базы композиционных вяжущих, за счет применения сырьевых ресурсов с высокой свободной внутренней энергией, рынок малоэтажного строительства является самым перспективным направлением развития строительной отрасли [1–4].
Не смотря на сложную политическую и экономическую ситуацию в стране (наблюдается кризис), доля этого сегмента рынка, по сравнению с данными 20-ти летней давности, показало прирост 37 %, а к 2020 году объемы малоэтажного строительства должны составить не менее 70 % от общей доли [5]. Для того, чтобы данные планы воплотились в жизнь, нужно строить около одного миллиона домов в индивидуальном секторе каждый год. Чтобы это осуществить, российским производственникам необходимо увеличить долю выпуска строительных материалов, как минимум в 1,5 раза, при этом необходимо обосновывать производство строительных материалов, учитывая потребности региональных рынков, максимально используя местные ресурсы. И, в первую очередь, это направленно на обеспечение снижения массы строящихся зданий, высокого энергосбережения в процессе их эксплуатации, экологическую безопасность, снижение себестоимости, обеспечения комфортных условий для проживания.
Основная часть. При строительстве малоэтажных жилых домов применяются различные технологии: панельная; монолитная и сборно-монолитная; для кирпичных и блочных зданий (на основе ячеистых бетонов: газобетон, пенобетон) – технология ручной кладки несущих стен; для деревянных – технология рубленных бревенчатых стен и т. д.
Накопленный в последнее время опыт монолитного домостроения выявил технико-экономические преимущества этого метода строительства по сравнению с кирпичным, крупноблочным и даже крупнопанельным (рис.1).
В монолитном домостроении прослеживается два ключевых направления развития. Одно из них нацелено на строительство уникальных зданий, а другое – на возведение множества типовых жилых сооружений, в том числе и коттеджных, из бетонной смеси с использованием специальных форм (опалубки) непосредственно на строительной площадке.
Внедрение монолитного железобетона дает возможность проще и дешевле, чем при сборном домостроении, создавать разнообразные, выразительные по планировке и архитектуре здания и сооружения городов и сел, гибкую систему внутренней планировки, отсутствие ограничений при выборе этажности будущего дома, что немаловажно в коттеджном строительстве [6–15].
При монолитном строительстве здание полностью возводится из сплошного бетона, а при сборно-монолитном – создается жесткий монолитный каркас с различными видами ограждающих конструкций и элементов перекрытия (рис. 2).
Одним из основных преимуществ, при четко отработанной схеме монолитной технологии, является возможность существенного сокращения сроков возведения конструкции зданий (стены, перекрытия, колонны, лестничные марши и др.) непосредственно на строительной площадке практически любой этажности и формы, зависящих от сложности и площади возводимого коттеджа.
Современные технологии позволяют этап возведения каркаса загородного дома или коттеджа сократить от месяца до 5 – 6 дней.
Рис. 1. Способы возведения зданий и сооружений из бетона
|
|
|
Рис. 2. Возведение малоэтажного здания из монолитного железобетона |
Трудозатраты при возведении таких объектов гораздо меньше (для монтажа опалубки и заливки бетона требуется гораздо меньше времени). Монолитные здания на 15–20 %, легче кирпичных что дает возможность строить их на “проблемных” почвах. За счет облегчения веса конструкций уменьшается материалоемкость и, соответственно, удешевляется устройство фундаментов. В монолитных зданиях нагрузка передается на несущий каркас, при этом отпадает необходимость устройства толстых внутренних перегородок, а наружные стены выполняют роль ограждающей, звуко- и теплоизолирующей конструкции. Они имеют больший срок эксплуатации и лучшую сейсмическую устойчивость. За счет меньшей толщины стен и перекрытий существенно увеличивается внутренняя (полезная) площадь монолитного дома.
Монолитная конструкция обеспечивает равномерную и очень незначительную усадку здания, что предотвращает образование трещин в его элементах, а также позволяет почти сразу после возведения дома приступить к внешним и внутренним отделочным работам. Кроме того, при качественно выполненной работе исключается необходимость производить отделку поверхностей (стяжку и штукатурку стен и потолков), что позволяет значительно снизить затраты на используемые отделочные материалы. Такие дома являются практически бесшовными, что существенно повышает их прочность и увеличивает срок службы. Все это существенно улучшает комфортность системы «человек-материал-среда обитания», создавая предпосылки для творческой активности, работоспособности и др.
Таким образом, коттеджи, возведенные по монолитной технологии, не только прочны и надежны, но и имеют долгий срок службы, устойчивы к любым неблагоприятным воздействиям со стороны окружающей среды.
Активно внедряются отечественные (и с использованием зарубежного опыта) комплектные строительные системы (СС) малоэтажного строительства, в значительной степени удовлетворяющие указанным выше требованиям [13]. К некоторым СС индустриального строительства относятся: Радослав, Канадский дом, Экопан, Итонг, Изодом, Сталдом, Конкор-дом, Растущий дом и др., а также различные смешанные СС индивидуального домостроения на основе штучных блоков из газо- или пенобетона, керамзитобетона и др. материалов: Термоблок, DURISOL и др.) [17]. В последние годы ежегодное производство товарного бетона для монолитного строительства в мире намного опережает другие виды строительных материалов и превышает 2 млрд. м3 (рис.3).
Рис. 3. Доля выпуска монолитного бетона, на душу населения, м3
Метод монолитного возведения зданий, несмотря на явные преимущества, имеет и ряд недостатков, к которым можно отнести [17]:
- опасность образования технологических трещин в монолитных конструкциях от температурно-усадочных деформаций бетона в процессе его твердения, зависящих от состава бетона, условий твердения и размеров участков бетонирования конструкций;
- надежная оценка прочности твердеющего бетона в момент распалубки и передачи нагрузки от вышележащих элементов на конструкции, в которых бетон не достиг проектной прочности;
- необходимость разработки расчетных правил по установлению допустимой промежуточной прочности бетона при снятии и перестановке опалубки по этажам для различных видов монолитных конструкций (перекрытий, стен, колонн) с точки зрения обеспечения трещиностойкости и прочности конструкций во время возведения монолитного здания, а также включение в план производства работ мероприятий по ускорению набора прочности бетоном;
- эффективный контроль качества монолитных конструкций.
Монолитное строительство имеет более высокую трудоемкость и стоимость по сравнению с каркасно-панельным, но ниже, чем с кирпичным строительством (снижается за счет некоторой экономии в материалах, уменьшения количества рабочих и строительной техники).
В монолитном доме должны быть заранее предусмотрены каналы для инженерных сетей и дымоходов, поскольку возможность осуществления перепланировки в нем практически отсутствует.
Для обеспечения высокой прочности и монолитности конструкции процесс заливки бетона должен вестись непрерывно, причем одновременно во многих направлениях, а уплотнение залитой смеси должно производиться максимально качественно, т.к. даже незначительные отступления от этого правила сводят на нет все плюсы монолитных домов.
Железобетонные стены имеют высокую теплопроводность (а значит, плохую теплоизоляцию), поэтому требуют дополнительного утепления.
Достаточно сложно проводить испытания монолитных конструкций пробным нагружением, а контроль прочности бетона по образцам недостаточен, особенно при бетонировании в зимнее время в связи с чем контроль прочности бетона должен осуществляться неразрушающими методами.
В условиях малоэтажного строительства возникают проблемы, связанные с рассредоточенностью строительных площадок, в основном с небольшим объемом работ и неудовлетворительными транспортными связями.
Но в последние годы все большее количество преуспевающих строительных компаний переходит на технологию монолитного возведения домов, которая постоянно оптимизируется, применяются новые оснастки, средства механизации.
Развитию малоэтажного строительства на территории Белгородской области способствует реализация областных целевых программ [3]:
- инженерного обустройства микрорайонов массовой застройки индивидуального жилищного строительства;
- обеспечения жильем отдельных категорий граждан (молодых семей, детей-сирот и др.
- финансовая поддержка индивидуальных застройщиков,
- высокая миграционная привлекательность области и др.
Увеличение доли ввода малоэтажного жилья (застройки городского типа «таунхаус» и коттеджные застройки) в 2015 году в Белгородской области составило от 80,5 % до 98,2 %. При этом доля индивидуального домостроения в общей площади жилья в целом по России составила 40,9 %.
Технология монолитного строительства состоит из нескольких этапов [9]: приготовление бетонной смеси, установка опалубки, заливка готовой смеси в опалубку, выдержка образовавшихся форм до приобретения необходимой прочности, и, наконец, демонтаж опалубки и эксплуатация полученной конструкции (рис. 4).
Приготовление бетонной смеси чаще всего происходит в заводских условиях с помощью использования специальных автоматизированных бетоносмесителей и производственных емкостей. При небольших масштабах строительства бетонную смесь изготавливают механическими способами непосредственно на территории строительной площадки. Транспортирование бетонной смеси до места монтажа сооружений осуществляется посредством специально оборудованной строительной дорожной
техники – автобетоносмесители, обеспечивающие требуемое качество перевозимой бетонной смеси на большие расстояния. Они могут загружаться на заводе как готовой бетонной смесью, так и сухими компонентами.
При строительстве малоэтажных зданий в отдаленных от центральных бетоносмесительных заводов районах доставка бетонной смеси в автобетоносмесителях не эффективна, так как требует дополнительных транспортных расходов и четкого графика доставки смеси на объект.
Укладка бетона является одним из самых ответственных моментов при монолитном строительстве коттеджа.
Очень важно учитывать время доставки бетона, его температуру, жесткость смеси при выгрузке, скорость бетонирования, время и шаг вибрирования, соблюдение времени разрывов, качество швов.
На сегодняшний день прогрессивным способом подачи и укладки бетонной смеси является бетононасосная подача по трубопроводам. Для подачи бетонной смеси на высоту применяют передвижные или стационарные бетононасосы с большим запасом мощности, а на укладке литой бетонной смеси используется стрела раздатчик.
Опыт показывает (рис. 5), что большую долю трудозатрат при возведении монолитных конструкций имеют опалубочные и бетонные работы [8, 10]. Выбор опалубки во многом определяет необходимость применения грузоподъемных механизмов, трудоемкость, стоимость, качество и скорость строительства.
Применяют монолитные технологии со съемной опалубкой (щитовые, объемно-переставные или туннельные, скользящие) и с несъемной опалубкой (из пенополистирола, арболита, фибролита, стекломагнезита и др.). Проведенный анализ показывает, что для малоэтажного домостроения целесообразно применение легких разборно-переставных опалубок, позволяющих выполнять опалубочные работы по бескрановой технологии и обеспечивают высокое качество бетонирования конструкций.
Рис. 4. Этапы монолитного строительства
|
|
|
Рис. 5. Виды технологических процессов в монолитном строительстве |
Монолитные коттеджи возводятся путем применения трех основных типов опалубки: переставной, скользящей и их сочетаний [10]. Каждый вид опалубки позволяет проектировать определенную архитектурную форму монолитного коттеджа.
Например, с учетом применения переставной опалубки, состоящей из опалубочных модулей, проектируют монолитные коттеджи объемно-модульной структуры.
С применением скользящей опалубки стен в сочетании со щитовой опалубкой перекрытий строят монолитные коттеджи с вертикальной структурой стен любого очертания в плане.
Для монолитного строительства коттеджей криволинейной пространственной формы применяется пневматическая опалубка.
Возможны варианты сочетания скользящей опалубки для стен первых этажей монолитных коттеджей, щитовой опалубки для перекрытий и пневматической опалубки для монолитного строительства коттеджей со второго этажа.
Пневматическую опалубку используют только для монолитного строительства коттеджей с тонкостенными конструкциями из тяжелого бетона, защищенными от промерзания и перегрева слоем эффективного утеплителя. Все три группы опалубки отличаются по технологии укладки бетонной смеси. На пневматическую опалубку бетон набрызгивают «шприц машиной», а в другие – бетон заливают с применением бетононасоса.
Известно применение при строительстве монолитных коттеджей переставной и скользящей немецкой опалубки фирмы Пэри [10], позволяющей возводить практически любую архитектурную форму малоэтажного здания из тонкостенных конструкций с применением тяжелого бетона. В смонтированную и закрепленную опалубку бетонная смесь подается с помощью специальной бадьи или автобетононасоса. Толщина стен из монолитного коттеджа принимается: 18–40 см для легкого бетона и 10–20 см для тяжелого. Тело бетона армируется сварными сетками или арматурными каркасами в соответствии с требованиями прочности и устойчивости оболочек. В качестве утеплителя железобетонных оболочек монолитного коттеджа используется пенопласт или плиты минеральной ваты. Перекрытия коттеджа из монолитного бетона используется для домов с плоской совмещенной кровлей. Благодаря монолитному соединению всех элементов, несущий остов монолитного коттеджа отличается высочайшей степенью жесткости и устойчивости.
Важным этапом монолитного строительства коттеджей является качество ухода за бетоном, контроль и регулирование температуры и влажности схватывания бетонной смеси. Нарушение технологии на этом этапе недопустимы. После набора проектной прочности и демонтажа опалубки бетон готового конструктива проходит финишную доводку. Только после точного выполнения всех технологических операций процесс монолитного строительства коттеджа можно считать оконченным, т.е. возведение здания должно сопровождаться серьезным мониторингом для обеспечения его надежности и последующей безопасности.
Вопросам современного монолитного строительства посвящены работы многих ученых [18–32]. Результаты их научной и практической деятельности позволили обобщить и развить основные идеи современной технологии монолитного железобетона. Как ни один другой материал, монолитный железобетон является важным формообразующим элементом современной архитектуры, при этом реальные возможности достижения архитектурной выразительности сооружений из бетона еще очень слабо использованы отечественными архитекторами и проектировщиками – повсеместно встречается монолитный железобетон в унифицированных модульных зданиях, подходящих больше для сборного строительства.
Выводы. Таким образом, монолитное и сборно-монолитное домостроение получает дальнейшее развитие и становится доминирующим методом в общей структуре малоэтажного строительного комплекса. Этому способствуют освоение новых технологий, использование современных опалубочных систем и комплексной механизации и индустриализации технологических процессов приготовления, доставки, подачи и укладки бетонной смеси и др.
1. Postanovlenie Pravitel'stva RF ot 25 avgusta 2015 g. № 889.
2. Proekt Gosudarstvennoy programmy «Obespechenie kachestvennym zhil'em i uslugami ZhKH naseleniya Rossii» [Elektronnyy resurs]. Portal Ministerstva regional'nogo razvitiya Rossiyskoy Federacii. Rezhim dostupa: http://www.minregion.ru/ Lfnf j,hfotybz (data obrascheniya 04.08.2016).
3. Informacionnoe agentstvo «Bel.Ru». [Elektronnyy resurs]. Rezhim dostupa: http://www.bel.ru/news/region/ 913303.html (data obrascheniya 04.08.2016).
4. Lesovik V.S. Povyshenie effektivnosti proizvodstva stroitel'nyh materialov s uchetom genezisa gornyh porod. M.: Izd. ASV, 2006. 526 s.
5. Hamidov M.A., Gishlakaeva M.I., Hasiev R.M. Sovremennye material'no-tehnologicheskie podhody k monolitnomu domostroeniyu // Materialy Mezhdun. nauch.-praktich. konferencii, posvyasch. 95-letiyu FGBOU VPO «GGNTU im. akad. M.D. Millionschikova» Rossiya, g. Groznyy. 2015. T.2. S. 582-590.
6. Gavrikova T.A., Yavorskiy A.A., A.N. Smirnov. Ob effektivnosti tehnologii maloetazhnogo domostroeniya s ispol'zovaniem nes'emnyh opalubochnyh blokov // Stroitel'stvo i arhitektura: sb. materialov kvalifikacionnyh i nauchnyh rabot studentov i magistrantov. NNGASU. N. Novgorod. 2003. Vyp. 5. S. 88-91.
7. Afanas'ev A.A. Intensifikaciya rabot pri vozvedenii zdaniy i sooruzheniy iz monolitnogo zhelezobetona M., Stroyizdat, 1990. 384 s.
8. Evdokimov N.I., Stepanov A.P., Pyatakova O.G., Evdokimova E.A., Kruglova A.V. Opalubka dlya monolitnogo stroitel'stva: sostoyanie, perspektivy razvitiya i problemy // Stroitel'nye materialy. 2005. №6. S. 50-52.
9. Tehnologiya nes'emnoy opalubki v monolitnom stroitel'stve // StroyPROFIL'. 2004. №4. S.84-89.
10. Monolitnoe stroitel'stvo kottedzhey - Rezhim dostupa: http://suprom.ru/id_1.html
11. Nesvetaylo V.M. Innovacionnaya tehnologiya monolitnogo betona // Tehnologii betonov. 2014. № 6 (95). S. 40-43.
12. Korovyakov V.F. Rol' nauchno-tehnicheskogo soprovozhdeniya v povyshenii kachestva monolitnogo stroitel'stva // Tehnologii betonov. 2014. № 12 (101). S. 20-21.
13. Losev Yu.G., Ermakov V.V. Analiz sovremennyh stroitel'nyh sistem monolitnogo maloetazhnogo stroitel'stva // Obrazovanie, nauka, proizvodstvo i upravlenie. 2011. T. II. S. 20-25.
14. Murtazaev S.A.Yu., Hasiev R.M., Hamidov M.A. K voprosu o podhodah po primeneniyu opalubochnyh sistem v sovremennom monolitnom maloetazhnom stroitel'stve // Trudy Groznenskogo gosudarstvennogo neftyanogo tehnicheskogo universiteta im. akademika M.D. Millionschikova. 2013. № 12,13. S. 170-178.
15. Abramyan S.G., Ahmedov A.M., Halilov V.S., Umancev D.A. Razvitie monolitnogo stroitel'stva i sovremennye opalubochnye sistemy // Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Seriya: Stroitel'stvo i arhitektura. 2014. № 36 (55). S. 231-239.
16. Maklakova T.G., Nanasova S.M. Konstrukcii grazhdanskih zdaniy: uchebnik. M.: Izd. ASV. 2008. 296 s.
17. Tehnologiya monolitnogo stroitel'stva chastnyh domov - preimuschestva i nedostatki [Elektronnyy resurs]. Rezhim dostupa: http://better-house.ru/stroitelstvo/monolitnoe-stroitelstvo-chastnyx-domov / (data obrascheniya 04.08.2016).
18. Filonenko K.A. Nekotorye aspekty primeneniya vyazhuschih veschestv v monolitnom stroitel'stve // Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. 2015. № 8 (103). S. 132-140.
19. Gips v maloetazhnom stroitel'stve / Pod obschey red. A.V. Ferronskoy. M.: 2008. Izd-vo ASV, 240 s.
20. Lesovik V.S., Suleymanova L.A., Kara K.A. Energoeffektivnye gazobetony na kompozicionnyh vyazhuschih dlya monolitnogo stroitel'stva // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Stroitel'stvo. 2012. № 3. S. 10-20.
21. Lesovik V.S., Chernysheva N.V., Klimenko V.G. Processy strukturoobrazovaniya gipsosoderzhaschih kompozitov s uchetom genezisa syr'ya // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Stroitel'stvo. 2012. №4. S.3- 11.
22. Yuy C.L., Spesh P., Brouers Y. Razrabotka ul'tralegkogo betona dlya monolitnyh betonnyh konstrukciy // Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo stroitel'nogo universiteta. 2014. № 4. S. 98-106.
23. Shigapov R.I., Babkov V.V., Haliullin M.I. Ispol'zovanie penogipsa v maloetazhnom stroitel'stve // Izvestiya Kazanskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroitel'nogo universiteta. 2014. № 2. S. 211-217.
24. Chernysheva N.V. Ispol'zovanie tehnogennogo syr'ya dlya povysheniya vodostoykosti kompozicionnogo gipsovogo vyazhuschego // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2014. №7. S. 53-56.
25. Chernysheva N.V. Stenovye materialy povyshennoy vodostoykosti na kompozicionnom gipsovom vyazhuschem // Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2014. №8. S. 57-60.
26. Lesovik V.S., Gridchina A.A. Monolitnye betony na osnove rasshiryayuschih dobavok i himicheskih modifikatorov // Stroitel'nye materialy. 2015. № 8. S. 81-83.
27. Mamochkin S.A. Nizkomarochnyy monolitnyy beton dlya maloetazhnogo stroitel'stva // Sovremennaya nauka: aktual'nye problemy i puti ih resheniya. 2015. № 7 (20). S. 31-33.
28. Chernysheva N.V., Drebezgova M.Yu. Stenovye materialy na kompozicionnom gipsovom vyazhuschem dlya maloetazhnogo stroitel'stva // Suhie stroitel'nye smesi. 2015. № 3. S. 19-21.
29. Sovann Ch. Melkozernistyy fibrobeton dlya monolitnogo stroitel'stva v Kambodzhe // Materialy Mezhdunar. nauch.-prakt. konf., posvyasch. 95-letiyu FGBOU VPO «GGNTU im. akad. M.D. Millionschikova» / Rossiya, g. Groznyy . 2015. t.1. S. 417-424.
30. Glagolev E.S. Vysokoprochnyy melkozernistyy beton na kompozicionnyh vyazhuschih i tehnogennyh peskah dlya monolitnogo stroitel'stva: diss. … kand. tehn. nauk. Belgorod. 2010. 206 s.
31. Chernysheva N.V., Lesovik V.S., Drebezgova M.Yu. Vodostoykie gipsovye kompozicionnye materialy s primeneniem tehnogennogo syr'ya: monografiya / g. Belgorod: Izd-vo BGTU, 2015. 321 s.
32. Chernysheva N.V., Drebezgov D.A. Svoystva i primenenie bystrotverdeyuschih kompozitov na osnove gipsovyh vyazhuschih // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2015. №5. S. 125-133.
