CC BY
13Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 693.9: 699.841
О.В. ФОТИН1 ([email protected]), директор проектно-конструкторского департамента; В.Н. ЯРМАКОВСКИЙ2 ([email protected]), канд. техн. наук, почетный член РААСН, главный научный сотрудник, Д.З. КАДИЕВ2, инженер
1 ЗАО «Иркутский домостроительный комбинат» (664047, г. Иркутск, ул. Трудовая, 60-315) 2 ФГУП «Научно-исследовательский институт строительной физики (НИИСФ РААСН) (127238, г. Москва, Локомотивный пр., 21)
Энергоресурсосберегающая конструктивная система каркасных зданий для сейсмических регионов и инновационные технологии производства сборных элементов системы
Приводятся основные особенности запроектированной проектно-конструкторским департаментом ЗАО «Иркутский домостроительный комбинат» (ЗАО «ИДСК») с участием НИИСФ РААСН энергоресурсосберегающей конструктивной системы каркасных зданий для строительства в сейсмических районах, а также инновационные технологии изготовления сборных железобетонных элементов этой системы различных видов и назначения.
Ключевые слова: конструктивная система, сейсмостойкий каркас, узлы сопряжения, технологические линии, многопустотные плиты перекрытия, колонны, ригели, трехслойные навесные стеновые панели.
O.V. FOTIN1 ([email protected]), Director of Design Department , V.N. YARMAKOVSKII2 ([email protected]), Candidate of Sciences (Engineering), Honorary Member of RAABS,
D.Z. KADIEV2, Engineer 1 ZAO «Irkutsky DSK» (60-315, street Trudovaya, Irkutsk, Russian Federation) 2 Scientific and Research Institute of Building Physics of RAABS (21, Lokomotivny Passage, 127238, Moscow, Russian Federation)
Energy-Resources-Saving Construction System of Reinforced Concrete Frame Buildings for Seismic Regions and the Innovative Technologies for Production the Precast Elements of the System
The main features of energy-resources-saving construction system of reinforced concrete frame buildings for seismic regions which designed of the Project and Design Department «Irkutsk house building factory» with the participation of NIISF RAABS including those for the seismic regions, as well as innovative technologies to manufacture precast concrete elements of various types and purposes of this system are presented
Keywords: structural system, earthquake resistant structure, interface nodes, processing lines, hollow core slabs, columns, beams, sandwich curtain wall panels.
В статье генерального директора ЦНИИЭП жилища, д-ра техн. наук С.В. Николаева [1] отмечено, что за последние 30 лет из 400 домостроительных предприятий страны мощностью более 50 тыс. м2 в год утрачена половина (по количеству) этих предприятий и 80% по объему продукции.
При этом оставшиеся действующие предприятия зачастую в целях модернизации старых ДСК или КПД, увеличения их мощности за счет ввода в действие новых или усовершенствованных действующих технологических линий приобретают технологическое оборудование за рубежом [2-8]. К тому же автор данной статьи [1] отмечает, что можно привести примеры, когда приобретается зарубежное оборудование, а проекта здания еще не существует!
К этому следует добавить, что при проектировании новых технологических линий далеко не всегда принимается во внимание необходимость решения актуальных задач ресурсоэнергосбережения на всех стадиях строительства и эксплуатации зданий, а именно, на стадии производства
3'2016 ^^^^^^^^^^^^^
альтернативных традиционным низкоэнергоемких строительных материалов, несущих и ограждающих элементов конструктивной системы (ЭКС) здания с использованием этих материалов, а также на стадиях монтажа и эксплуатации ЭКС здания [2, 3].
В качестве примера комплексного подхода к решению вышеизложенных вопросов в данной статье рассматривается создание в Восточной Сибири нового домостроительного предприятия - ЗАО «Иркутский домостроительный комбинат», предназначенного для выпуска сборных железобетонных изделий и строительства каркасных зданий с ресурсоэнергосберегающей конструктивной системой в сейсмических (до 9 баллов включительно) районах, а также эффективные инновационные отечественные технологии изготовления различных сборных элементов этой системы.
Конструктивная система зданий РКД «Иркутский каркас» - это рамно-связевый каркас с диафрагмами жесткости и навесные трехслойные наружные стеновые панели новых модификаций. Последние будут рассмотрены ниже.
- 35
Крупнопанельное домостроение
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
Система РКД «Иркутский каркас» предназначена для применения в строительстве многоэтажных жилых домов, школ, детских садов, торговых центров и других общественных зданий как в сейсмических районах, так и в несейсмических. Каркас запроектирован в соответствии с требованиями Свода правил СП 14.13330.2011 Актуализированная редакция СНиП 11-7-81 «Строительство в сейсмических районах». Конструктивные решения каркаса были рассмотрены Центром исследований сейсмостойкости зданий ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко ОАО «НИЦ «Строительство» и выдано «Заключение об оценке возможности применения зданий и сооружений с конструктивной системой РКД «Иркутский каркас» в районах с сейсмичностью 7-9 баллов». Каркас вписывается практически в любые архитектурно-планировочные решения зданий с возможностью свободной планировки помещений в любой период проектирования, строительства и эксплуатации. На рис. 1 приведен пример монтажа многоэтажного жилого дома с таким каркасом.
Основные особенности конструктивной системы жилых и общественных зданий с каркасом РКД «Иркутский каркас» по сравнению с традиционными широко используемыми в стране системами следующие:
- отсутствуют многочисленные монтажные приспособления для фиксации ригеля и плит перекрытия в проектном положении до набора прочности стыка «колонна-ригель»;
- упразднена энергоемкая и трудоемкая ванная сварка опорной арматуры с выпусками из колонны в верхней зоне узла сопряжения «колонна-ригель»; повышена жесткость омоноличиваемого узла (рис. 2, 3);
- ригели опираются на столики колонн, а опорная арматура узла колонна-ригель проходит через разрыв в колонне цельным сечением;
- в сопряжении диафрагм жесткости по высоте через петлеобразные верхние и нижние выпуски по всей длине шва проходит продольная арматура (рис. 4); это позволяет повысить жесткость стыка диафрагм, считая диафрагму жесткости единой по всей высоте здания, от фундамента до покрытия.
Система сейсмостойкого сборно-монолитного РКД «Иркутский каркас» по сравнению с монолитным вариантом также сейсмостойкого несущего каркаса здания позволяет:
Рис. 2. Узел сопряжения «колонна-ригель» (до омоноличивания бетоном)
Рис. 1. Поэлементный монтаж многоэтажного жилого дома с конструктивной системой РКД «Иркутский каркас»
Рис. 4. Узел сопряжения диафрагм жесткости: 1а — сборная железобетонная верхняя диафрагма жесткости;1б — сборная железобетонная нижняя (с полками) диафрагма жесткости; 2 — петлевые выпуски диафрагм жесткости; 3 — продольная арматура Рис. 3. Монтажный вид здания с узлами сопряжения элементов узла; 4 — сборная железобетонная многопустотная плита пере-
несущего каркаса (в разрезе)
крытия безопалубочного формования; 5 — бетон замоноличивания
36
32016
Научно-технический и производственный журнал
- снизить стоимость строительства минимум до 20%;
- сократить сроки строительства более чем в два раза;
- снизить расход арматуры минимум на 20%;
- снизить расход бетона минимум на 30%;
- сократить объем «мокрых» процессов на 90% (без учета фундаментов);
- сократить энергопотребление на строительной площадке в зимний период до 70%.
Важно отметить с позиций импортозамещения в строй-индустрии, что более 80% технологического оборудования для производства сборного железобетона рассматриваемой конструктивной системы зданий разработано и поставлено на ЗАО «ИДСК» группой отечественных компаний «ВИКОН» (г. Санкт-Петербург). Комбинат производительностью 150 тыс. м2 сборного железобетонного каркаса в год введен в действие в начале 2016 г.
На комбинате предусмотрены технологические линии с современным оборудованием и оснасткой, позволяющим выпускать железобетонные изделия различной номенклатуры с высоким качеством. На всех технологических линиях предусмотрена адресная подача бетона с помощью кю-белей к бетонораздатчикам (рис. 5) в места его укладки в конструкцию, что позволяет снизить время бетонирования конструкций на 50%.
Бетонораздатчик разработан таким образом, что идеально подходит для формования и фасадных и внутренних стеновых панелей. Он в одинаковой степени позволяет использовать самоуплотняющиеся и жесткие бетонные смеси.
Сама бетонная смесь готовится по ранее разработанным составам в автоматическом режиме на бетонном узле. При этом используются два бетоносмесителя планетарного типа действия (рис. 6).
Планетарный смеситель с объемом загрузки 1500 л и объемом выпуска бетонной смеси 1000 л характеризуется высокой производительностью (60 м3/ч). Он надежно обеспечивает приготовление бетонных смесей любой марки и плотности как сверхжестких, так и самоуплотняющихся.
На шести линиях длиной по 120 м производятся предварительно напряженные многопустотные плиты безопалубочного формования с использованием стабилизированных высокопрочных арматурных канатов и высокопрочной проволоки Вр11 (рис. 7).
Это позволяет сократить в 1,5-2 раза расход высокоэнергоемкой стальной арматуры за счет отказа от стерж-
Рис. 5. Бетонораздатчик
невой напрягаемой арматуры и исключения в плитах арматурных сеток и каркасов. Кроме того, применение метода безопалубочного формования позволяет отказаться от дорогостоящего оборудования с высокоэнергозатратными технологическими процессами по изготовлению сварных арматурных изделий (сеток и каркасов) и сокращает производственную площадь до 15%.
Колонны, ригели и другие длиноразмерные конструкции изготавливаются в шестидесятиметровых так называемых «ручьевых» формах, которые позволяют задавать изделию любую длину. Ширина изделия регулируется боковой опалубкой с тремя протяженными щитами (рис. 8).
Плоскостные изделия (балконные плиты и экраны, перегородки и т. п.) изготавливаются на металлических греющих поверхностях с помощью боковой опалубки с магнитными держателями, что позволяет производить изделия различной номенклатуры с различными габаритами и толщиной.
Производство длиномерных и плоскостных железобетонных конструкций с помощью греющих металлических поверхностей и применение магнитной опалубки позволяет сократить производственные площади почти на 25% по сравнению с традиционными методами и исключает содержание большого парка металлической опалубки, выполненного под конкретный вид железобетонной конструкции. Экономия высококачественного металла составляет до 35 кг на 1м3 сборного железобетона.
Рис. 6. Планетарный бетоносмеситель
Рис. 7. Линия ЗАО «ИДСК» безопалубочного формования многопустотных плит перекрытия
Крупнопанельное домостроение
Ц M .1
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 8. Цех производства длинномерных изделий РКД «Иркутский каркас» (колонны, ригели, сваи и т. п.)
Для производства наружных трехслойных стеновых панелей с гибкими композитными связями предусмотрено применение поворотных столов с греющей поверхностью (рис. 9). Данное оборудование позволяет изготавливать одновременно на одном столе до трех стеновых панелей и поворотом рабочей поверхности на 80° к вертикали бережно, без дополнительных усилий на конструкцию, снимать панель со стола по окончании формования и тепловлажностной обработки. Боковая металлическая опалубка панелей устанавливается с помощью магнитных держателей, что позволяет производить стеновые панели различной номенклатуры по габаритам. Применение поворотных столов позволяет более эффективно использовать технологическое оборудование по сравнению с линией циркуляции палет и в то же время экономичнее на 25%.
Технология формования трехслойных наружных стеновых панелей с использованием поворотных столов с греющей поверхностью имеет следующие преимущества по сравнению с традиционной стендовой технологией:
- энергозатраты на тепловую обработку меньше в 2 раза;
- трудоемкость производства меньше в 1,5 раза;
- практически исключена возможность повреждения панели при выемке ее из опалубочной формы.
Немаловажно отметить, что тепловлажностная обработка практически всей номенклатуры железобетонных изделий рассматриваемой в статье конструктивной системы зданий производится на технологических линиях в местах укладки бетонной смеси в конструкцию. После укладки бетонной смеси и соответствующей технологической выдержки конструкция накрывается термопокрывалом. Через трубопроводы под металлическую греющую поверхность опалубки подается горячая вода или пар. Подъем и снижение температуры теплоносителя, время тепловой обработки для каждой конструкции задаются в автоматическом режиме. По сравнению с традиционными методами тепловлажностной обработки железобетонных изделий (как правило, пропариванием) экономия энергоресурсов достигает 20-25% на 1м3 сборного железобетона.
Рис. 9. Отформованные трехслойные наружные стеновые панели на поворотных столах
К вышеизложенному следует добавить, что на рассматриваемой технологической линии ЗАО «ИДСК» освоено формование новой, наиболее эффективной модификации трехслойных наружных стеновых панелей: здесь наружный и внутренний бетонные слои панели соединены гибкими композитными связями, производимыми в настоящий момент из стеклопластика Бийского завода «Стеклопластик», а в перспективе - из более щелочестойкого базальтопла-стика. Результаты исследований, выполненных в НИИСФ РААСН, и использование их в 2012-2014 гг. на технологических линиях ЗАО «Томская ДСК» [8] показывают, что замена широко распространенных в практике производства трехслойных наружных стеновых панелей традиционных железобетонных связей (шпонок) на гибкие композитные связи обеспечивает следующие основные преимущества новой модификации панелей:
- меньше на 30% тепловые потери через гибкие связи;
- выше теплотехническая однородность панелей;
- на порядок меньше главные растягивающие напряжения в узлах сопряжения связей с бетонными слоями панели и соответственно меньше опасность развития в них трещин (особенно в наружном бетонном слое) за счет улучшения напряженно-деформированного состояния бетона в этих слоях.
Разработанная авторами энергоресурсосберегающая конструктивная система многоэтажных каркасных зданий для сейсмически активных (до 9 баллов) районов вместе с высокоэффективными низкоэнергоемкими инновационными технологиями производства сборных железобетонных элементов этой системы включена по итогам рассмотрения экспертной комиссией отделения строительных наук (ОСН) РААСН (председатель комиссии - член-корр. РААСН, д-ра техн. наук, проф. Т.А. Суэтина) в альбом 13 лучших инновационных разработок ОСН РААСН, выполненных в 2015 г. ее специалистами совместно с внедряющими производственными организациями. Альбом утвержден на заседании президиума РААСН в феврале 2016 г.
Список литературы
References
1. Николаев С.В. Возрождение домостроительных комбинатов на отечественном оборудовании // Жилищное строительство. 2015. № 5. С.1-5.
2. Ярмаковский В.Н. Ресурсоэнергосбережение при про-
изводстве элементов конструктивно-технологических
1. Nikolaev S.V. The possibility or revival of house building factories on the basis of domestic equipment. Zhilishchnoe Stro'teistvo [Housing Construction]. 2015. No. 5, pp. 1-5 (In Russian).
2. Yarmakovskii V.N. Energy-resources-saving under manufacturing at the elements of structural-technological building
38
3'2016
Научно-технический и производственный журнал
систем зданий, их возведении и эксплуатации // Строительные материалы. 2013. № 6. С. 4-6.
3. Yarmakovsky V.N. & Pustovgar A.P. The scientific basis for the creation of a composite binders class characterized of the low heat conductivity and low sorp-tion activity of cement stone // Procedia Engineering, № 5. 2015. P. 12-17.
4. Юмашева Е.И., Сапачева Л.В. Домостроительная индустрия и социальный заказ времени // Строительные материалы. 2014. № 10. С. 3-11.
5. Семченков А.С. Наукоемкие конструктивные решения многоэтажных зданий // Строительный эксперт. 2006. № 16 (227). С. 4-8.
6. Ярмаковский В.Н., Семченков А.С., Козелков М.М., Шевцов Д.А. О ресурсоэнергосбережении при использовании инновационных технологий в конструктивных системах зданий в процессе их создания и возведения // Вестник МГСУ. 2011 № 3. Т. 1. С. 209-2015.
7. Грызлов В.С. Шлакобетоны в крупнопанельном домостроении // Строительные материалы. 2011. № 3. С. 40-41.
8. Ярмаковский В.Н., Семенюк П.Н. Родевич В.В., Луговой А.В. К совершенствованию конструктивно-технологических решений трехслойных наружных стеновых панелей крупнопанельных зданий в направлении повышения их теплозащитной функции и надежности в эксплуатации. Материалы IV Академических чтений, посвященных памяти академика РААСН Г.Л. Осипова «Актуальные вопросы строительной физики - энергосбережение, надежность, экологическая безопасность» (3-5 июля 2012 г.), Москва, 2012. С. 88-95.
systems, their rising and exploitation. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 6, pp. 4-6. (In Russian).
3. Yarmakovsky V.N. & Pustovgar A.P. The scientific basis for the creation of a composite binders class characterized of the low heat conductivity and low sorp-tion activity of cement stone. Procedia Engineering, No 5. 2015. P. 12-17 (In English).
4. Yumasheva E.I., Sapacheva L.V. House-building industry and social order of time. Stroitel'nye materialy [Construction materials]. 2014. No. 10, pp. 3-11. (In Russian).
5. Semchenkov A.S. Knowledge-based solutions of constructive system of multystorey buildings. Stroitelnyi expert. 2006. № 16 (227), pp. 4-8.
6. Yarmakovsky V.N., Semchenkov A.S., Trestles M.M., Shevtsov D.A. About energy saving when using innovative technologies in constructive systems of buildings in the course of their creation and construction. Vestnik MGSU. 2011. No. 3, T. 1, pp. 209-2015. (In Russian).
7. Gryzlov V.S. Shlakobetona in large-panel housing construction. Stroitel'nye Materialy [Construction materials]. 2011. No. 3 , pp. 40-41. (In Russian).
8. Yarmakovskii V.N., Semenyuk P.N., Rodevich V.V., Lugo-voi V.A. To improve design-technological solutions of the three-layer outside wall panels of large-panel buildings in direction of heat resistance function and exploitation reliability. Pro-ceeding of the fourth Academic readings dedicated to the memory of academician of RAASN G.L. Osipov «Actual questions of building physics - energy saving, reliability, environmental safety» (3-5 July 2012), Moscow. 2012, pp. 88-95 (In Russian).
InterStroy
Expo
22-я Международная выставка строительных и отделочных материалов строительной техники
20-22 апреля 20.1.6
■'— л Т1ЦР-1
Ciiw; г-Песч^эйург, KBU ЭКСГСФСРУМ.-
I IbTjyrTKUi Jil Ьчл
i nterstro уекро. со m
