18.02.2019
Современное строительство отличают высокие темпы возведения зданий, а также повышенные требования к их энергетической эффективности. Сокращение периода освоения инвестиций является одним из факторов, определяющих выбор конструктивных схем и систем зданий, а также конструкционных и теплоизоляционных материалов.
Тенденция энергосбережения в строительстве заключается в том числе в использовании таких технических решений наружных ограждающих конструкций, включая светопрозрачные заполнения, которые обеспечивают комфортные условия пребывания в помещениях при минимальном расходе невозобновляемых источников энергии. В этой связи следует заметить, что требования государственных директивных документов и национальных строительных норм европейских стран с относительно холодной и продолжительной зимой в части удельного энергопотребления зданиями приводят к необходимости применения многослойных конструкций наружных стен с эффективным теплоизоляционным слоем. При этом слоистые конструкции наружных стен устраивают и в тех случаях, когда в качестве конструкционного материала используют автоклавный ячеистый бетон (газобетон).
Повышению темпов строительства зданий с применением ячеистого бетона в значительной степени способствует применение армированных изделий, номенклатура которых включает, как правило, панели стен и перегородок, плиты перекрытий, перемычки и простеночные элементы. Сокращение объемов ручной кладки из мелких блоков и замена ее армированными изделиями или укрупненными элементами позволяют существенно ускорить процесс возведения несущего остова здания. Об этом, в частности, свидетельствует опыт компании SIPOREX (в настоящее время входит в состав холдинга H+H International A/S, выпускающего изделия из газобетона под торговой маркой SIPOREX). Так, монтаж полносборного дома из ячеистобетонных панелей, перемычек и плит перекрытий может осуществлять бригада из 6 человек, включая машиниста автомобильного крана. При этом затраты времени на монтаж 1 м3 изделий в среднем составляют 0,5 ч, что намного меньше аналогичных затрат при кладке из ячеистобетонных блоков. Средняя удельная трудоемкость строительства с учетом конструкции фундамента, сопутствующих (устройство кольцевого анкера перекрытия) и отделочных работ не превышает 3,5 чел.∙ч/м3 (из расчета на единицу объема ячеистобетонных изделий SIPOREX).
Рис. 1
Показательным примером полносборного строительства зданий высотой до 5 этажей включительно с использованием армированных ячеистобетонных изделий является опыт работающего на территории США отделения компании Hebel, входящей в состав холдинга Xella (рис. 1). Несущие стены устраивают из панелей вертикальной (рис. 2) разрезки, боковые грани которых могут быть как плоскими, так и профилированными. Стеновая система зданий также может быть выполнена из горизонтальных панелей (рис. 3).
Рис. 2
Рис. 3
Армирование и замоноличивание стыков вертикальных панелей, имеющих на боковых гранях пазы полукруглой или трапециевидной формы, не только обеспечивают фиксацию панелей из плоскости стены, но и за счет устройства «скрытого» каркаса позволяют повысить сопротивление стен действию горизонтальных нагрузок и упрощают устройство связей стен с перекрытиями. Кроме того, замоноличенные стыки повышают сопротивление стен воздухопроницанию, а также улучшают звукоизолирующие показатели, что при определенных условиях позволяет отказаться от перетирки монтажных швов между панелями (например, при облицовке стен листовыми или штучными изделиями).
Проемы в несущих стенах перекрывают перемычками, которые могут быть изготовлены специально для конкретного конструктивного решения стен или путем обрезки по месту стеновых панелей. И в том и в другом случае армирование перемычек должно обеспечивать восприятие проектных нагрузок. Подоконные зоны проемов выполняют как из укороченных стеновых панелей, так и специально изготовленных для этой цели элементов.
В процессе монтажа панели фиксируют с помощью инвентарных или изготавливаемых по месту подкосов. Для предупреждения раскрытия монтажных швов между угловыми панелями их соединяют винтовыми анкерами Helifix, устанавливаемыми попарно накрест в нескольких уровнях по высоте.
Ячеистобетонные плиты в основном длиной до 6 м включительно (рис. 1) используют в качестве несущих элементов междуэтажных перекрытий и покрытия. Межплитные швы армируют по всей длине и замоноличивают мелкозернистым бетоном или прочным цементно-песчаным раствором для обеспечения передачи вертикальных усилий между смежными плитами (засчет профиля боковых граней). Концы арматурных стержней межплитных швов загибают и заводят за стержни каркасов кольцевых анкеров, устраиваемых по периметру каждой ячейки перекрытия. Необходимо заметить, что кольцевые анкеры являются неотъемлемыми элементами перекрытий в зданиях с несущими стенами [6–8] и согласно [6] выполняют ряд важных функций как в условиях нормальной эксплуатации здания, так и при аварийных воздействиях.
Так, объединение плит перекрытия в диск повышает пространственную жесткость несущего остова и его сопротивление горизонтальным нагрузкам (рис. 4, а), а также геометрическую неизменяемость стеновой системы в уровнях перекрытий (рис. 4, б). Кольцевой анкер также способствует перераспределению усилий между неравномерно нагруженными стенами и исключает разницу их вертикальных деформаций (рис. 4, в). Кроме того, важная функция кольцевого анкера заключается в ограничении температурных и усадочных деформаций (рис. 4, г), возникающих вследствие естественных колебаний температуры наружного воздуха и снижения влажности ячеистого бетона до равновесного уровня в процессе эксплуатации здания. В случае неравномерных осадок фундаментов (рис. 4, д) кольцевые анкеры в уровнях перекрытий препятствуют развитию значительных горизонтальных деформаций стен и способствуют ограничению ширины раскрытия трещин.
Рис. 4 а, б, в, г, д
При аварийных воздействиях, результатами которых могут быть разрушения отдельных простенков (рис. 4,е) или углов несущих стен (рис. 4, ж), кольцевые анкеры препятствуют непропорциональному обрушению перекрытия над поврежденной опорой и при определенных условиях могут воспринимать часть нагрузки от расположенных выше частей зданий.
Рис. 4 е, ж
Применение газобетонных панелей для устройства перегородок является достаточно распространенным конструктивно-технологическим решением в зарубежной практике строительства. Панели изготавливают, как правило, на высоту помещения (за вычетом монтажных зазоров). Их перемещение и монтаж ввиду относительно большой массы (более 100 кг) осуществляют вручную с помощью специальных тележек. Монтажные элементы закрепляют к перекрытию путем устройства скользящих опор. При необходимости (в зависимости от профиля стыкообразующих граней) панели могут быть дополнительно соединены между собой. Перемычки над проемами в перегородках устраивают как из элементов, получаемых путем обрезки перегородочных панелей, так и из брусковых перемычек, применяемых в конструкциях из мелких блоков.
Анализ зарубежной нормативной и технической литературы свидетельствует о том, что описанная выше принципиальная конструкция несущего остова здания и перегородок из армированных газобетонных элементов получила достаточно широкое распространение в странах, предприятия которых выпускают продукцию в номенклатуре, обеспечивающей комплексное применение автоклавного ячеистого бетона в полносборном строительстве.
В этой связи следует заметить, что строительство полносборных зданий из газобетонных армированных изделий требует соответствующей подготовки инженерно-технического и рабочего персонала, а также оснащения необходимыми инструментами, машинами, грузоподъемными и иными механизмами. При этом вспомогательные материалы и изделия, применяемые при монтаже, играют весьма важную роль. Наряду с уже упоминавшимися винтовыми анкерами Helifix необходимо сказать о специальных составах, используемых при монтаже стеновых и перегородочных панелей с плоскими стыкообразующими гранями. Об особых свойствах применяемых растворных смесей свидетельствует тот факт, что состав, по способу применения соответствующий тонкослойным растворам для кладки, наносят на монтируемый элемент высотой (длиной) до 6 м в горизонтальном положении, который затем поднимают грузоподъемным механизмом и перемещают к месту установки. При этом в процессе поворота в вертикальное положение и перемещения монтажного элемента не происходит отслаивания или сползания раствора. Очевидно, что для обеспечения высокого качества работ монтажники должны обладать соответствующими навыками и располагать необходимым техническим оснащением.
С учетом мирового опыта применения армированных газобетонных изделий в полносборном строительстве и в рамках развития новых эффективных конструктивных систем гражданских зданий ОАО «УКХ «Забудова» и УП «ЦНТУС» в 2013 г. начали экспериментальную разработку и освоение конструктивно-технологической схемы малоэтажных зданий со стенами из панелей вертикальной разрезки. В качестве объекта экспериментального строительства был принят одноэтажный жилой дом в д. Ракутевщина Молодечненского района, объемно-планировочное решение которого представлено на рис. 5.
Рис. 5. Фасад и план экспериментального полносборного жилого дома из армированных ячеистобетонных изделий
Объект представляет собой одноэтажное здание площадью216 м2 с подвалом под частью дома и холодным чердаком под скатной стропильной кровлей (ГАП И.В. Чудовская, УП «ЦНТУС»). С учетом инженерно-геологических условий строительной площадки, особенностей объемно-планировочного и конструктивного решения несущего остова фундамент запроектирован с монолитными перекрестными фундаментными лентами и стенами подвала из бетонных блоков с монолитными вставками (рис. 6).
Рис. 6. Фундамент экспериментального жилого дома в процессе строительства
Наружные и внутренние стены образованы вертикальными панелями шириной 600 мм и высотой до 3,5 м. Перемычки над проемами приняты высотой 600 мм и шириной, равной толщине стен. Заполнения подоконных зон выполнены укороченными панелями вертикальной разрезки. Все панели и перемычки наружных и внутренних стен изготовлены по индивидуальным чертежам, разработанным в составе проектной документации.
Для изготовления панелей и перемычек наружных стен толщиной 500 мм применяли ячеистый бетон автоклавного твердения класса по прочности на сжатие В2,5 и марки по средней плотности D500, для панелей внутренних стен толщиной 300 мм – соответственно В3,5 и D600. Наружные и внутренние стеновые панели запроектированы с пазогребневым профилем стыкообразующих граней. Соединения панелей в углах были предусмотрены специальными накладками из оцинкованной стали. Кроме того, каждую панель в нижней части крепили к основанию (монолитной железобетонной плите) с помощью стальных соединительных деталей, а в верхней соединяли с конструкцией перекрытия путем устройства замоноличенных шпонок с арматурными выпусками.
В соответствии с принятыми в зарубежной практике строительства принципами компоновки каменных зданий, рассмотренными выше, перекрытие над жилым этажом запроектировано из газобетонных плит толщиной 250 мм с замоноличенными армированными межплитными швами и обвязочным контуром. В местах пересечения перекрытия инженерными коммуникациями, а также в зоне выхода на чердак были предусмотрены монолитные участки. Плиты перекрытий запроектированы на основе материалов типовой серии Б1.043.1–2.08 из бетона класса В3,5 и марки по средней плотности D700.
Для передачи нагрузок от стропильной кровли карнизные участки стены выполнены кладкой из ячеистобетонных блоков на тонкослойном (клеевом) растворе, при этом верхний ряд кладки – из лотковых блоков, в пространстве которых устроен монолитный обвязочный контур с арматурными выпусками для крепления мауэрлата.
Общий вид строящегося дома с накрытой кровлей из цементно-песчаной черепицы производства ОАО «УКХ«Забудова» представлен на рис. 7.
Рис. 7. Общий вид смонтированного дома
Для устройства перегородок приняты панели вертикальной разрезки сплоскими стыкообразующими гранями (рис.8), запроектированные на основе материалов типовой серии Б1.031.1–4.10 из бетона класса В3,5 и марки по средней плотности D700. Крепление перегородок к стенам перпендикулярного направления, перекрытию, а также соединение между собой предусмотрено с помощью П-образных элементов из полосовой стали.
Рис. 8. Фрагменты перегородок из сборных панелей
Одна из концепций экспериментального полносборного жилого дома заключалась в максимальном использовании теплотехнических свойств газобетона. Поэтому панели наружных стен были приняты толщиной 500 мм из условий выполнения нормативных требований к сопротивлению теплопередаче Rт.норм. = 3,2 м2∙°С/Вт. Перекрытия над подвалом и жилой частью, а также стены цоколя дополнительно утеплены: перекрытие над подвалом – до Rт. = 3,0 м2∙°С/Вт, над жилой частью – до Rт.=6,0 м2∙°С/Вт, стены цоколя – до Rт. = 3,0 м2∙°С/Вт на глубину 1 м ниже планировочной отметки грунта.
Тем не менее детальный анализ тепловых потерь дома с учетом его расположения относительно сторон света, а также объемно-планировочного и конструктивного решения, выполненный при участии ИООО «Сен-Гобен Строительная Продукция Белрус», показал, что расчетная величина удельного энергопотребления на отопление составила qh = 120 кВт∙ч/м2 в год. Полученный результат не отвечает требованиям ТКП 45–2.04–196–2010 [14], согласно которому нормативное значение удельного расхода тепловой энергии за отопительный период на отопление и вентиляцию жилых зданий для г. Минска (ближайший областной центр к д. Ракутевщина) составляет qh req = 96 кВт∙ч/м2. Кроме того, при полученном расчетном значении удельного расхода тепловой энергии здание соответствовало классу D (пониженный), в то время как вновь проектируемые жилые здания должны отвечать требованиям класса не ниже В (А+, А, В).
Для достижения требуемых показателей ИООО «Сен-Гобен Строительная Продукция Белрус» провело расчеты вариантов сокращения тепловых потерь (в том числе с механической системой вентиляции и рекуперацией), на основании которых было принято решение обеспечить выполнение нормируемых параметров только за счет соответствующего утепления наружных стен и перекрытия над жилой частью. В итоге толщина дополнительной тепловой изоляции из минераловатных плит (с учетом тепловых потерь через теплопроводные включения навесной конструкции фасада) наружных стен составила 180 мм, перекрытия – 400 мм. Это способствовало повышению приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен (без учета светопрозрачных заполнений) до Rт. = 7,0 м2∙°С/Вт, а перекрытия – до Rт. = 11,2 м2∙°С/Вт. Такое решение позволило обеспечить выполнение нормируемых показателей удельного расхода тепловой энергии, снизить его расчетное значение до qh = 74,5 кВт∙ч/м2 (на 38% от первоначального показателя) и по рейтингу расхода тепловой энергии перевести дом в класс А (очень высокий).
Следует заметить, что новая конструктивно-технологическая система строительства с применением армированных газобетонных изделий потребовала освоения новых методов монтажа с использованием специальных приспособлений. В первую очередь это относится к панелям стен вертикальной разрезки. Для обеспечения возможности монтажа указанных изделий Заводом ячеистого бетона ОАО УКХ «Забудова» были разработаны, изготовлены и при участии ЧУП «Чисть-Бау» апробированы в построечных условиях монтажные устройства: вилочная траверса для захвата панели со стороны одной из стыкообразующех граней (рис. 9) и винтовой захват, прижимные «щеки» которого накладываются на фасадные поверхности.
Рис. 9. Монтаж стеновых панелей вилочной траверсой
Таким образом, по итогам проектирования и строительства экспериментального полносборного жилого дома из армированных газобетонных изделий следует отметить, что разработка и опытная апробация новой конструктивно-технологической системы выявили целый ряд технических и технологических вопросов, которые требуют детального изучения, всестороннего анализа и соответствующей проработки для получения эффективных строительных решений. Благодаря наличию современного производства продукции из автоклавного ячеистого бетона и возможности его модернизации для наращивания объема выпуска армированных изделий новая система полносборного строительства гражданских зданий высотой до 5 этажей включительно имеет в Республике Беларусь хорошую перспективу и может составить достойную конкуренцию традиционным конструктивно-технологическим решениям.