CC BY
35Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова 2010, №3
Смоляго Г.А., д-р техн. наук, проф.
Дронова А.В., аспирант
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
К ВОПРОСУ ОПТИМИЗАЦИИ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ СТЕН МАЛОЭТАЖНЫХ ЖИЛЫХ ДОМОВ
ВАУ0212@уаМех. ги
Предложено конструктивное решение малоэтажных жилых домов с каркасом из монолитного керамзитобетона и стенами из монолитного пенобетона в несъемной опалубке из стружечно-цементной плиты (СЦП), в котором оптимально разграничиваются несущие и ограждающие функции конструктивных элементов.
Данное решение отличают пространственная жесткость и надежность, снижение нагрузок на фундаменты, возможность использования подъемных механизмов с меньшей грузоподъемностью и повышения производительности труда, экологичность и более низкая стоимость по сравнению с традиционными решениями.
Ключевые слова: малоэтажное строительство; конструкции стен, каркас; бетоны
Объемы индивидуального жилищного строительства постоянно возрастают. Эта тенденция прогнозируется и на ближайшую перспективу. По стоимости, материалоемкости и трудозатратам стены вместе с другими вертикальными несущими и ограждающими конструкциями составляют значительную долю от всех затрат при возведении малоэтажных жилых домов.
Ужесточение требований по теплоизолирующей способности наружных стен зданий привело к необходимости перехода либо к многослойным стенам с эффективным утеплителем, либо к стенам сплошной каменной кладки, материал которых (эффективные керамические изделия или изделия из ячеистого бетона) имеет высокое тепловое сопротивление.
Для малоэтажных зданий наиболее распространенной является стеновая конструктивная система с несущими многослойными наружными стенами. В качестве утеплителя таких стен, несущий слой которых выполнен из монолитного бетона, кладки из кирпича или мелких блоков, используются минераловатные плиты, а также экструзионный пенополистирол. Относительно пенополистирола (III 1С ) нужно отметить, что в момент испытаний после изготовления он обладает хорошими теплоизоляционными свойствами. Однако, противоречивые данные натурных наблюдений за поведением разных видов пенополистирола не позволяют в настоящее время с допустимой степенью риска прогнозировать достижение в период эксплуатации «порога накоплений» его дефектов, способных вызвать нарушение работоспособного состояния конструкций на его основе и комфортного микроклимата помещений, включая экологическую безопасность [2]. 56
Недостатком многослойных стен является применение, в ряде случаев, не отвечающих современным требованиям теплоизоляционных материалов. При использовании многослойных стен вследствие изменения свойств утеплителей в процессе эксплуатации в зависимости от различных факторов, стало неизбежным снижение как теплозащитных свойств, так и долговечности наружных стен, что практически не учитывается при проектировании. Следует также отметить, что долговечность большинства утеплителей существенно меньше, чем каменной кладки или железобетона. Гарантированный срок службы большинства отечественных и зарубежных утеплителей составляет 15-25 лет, что потребует в процессе эксплуатации дополнительного утепления наружных стен или полной замены используемого утеплителя.
Для таких бескаркасных систем также необходимо устройство материалоемких ленточных бетонных сборных (значительно реже -монолитных) фундаментов с использованием только на 20-30% их прочности [3].
Определенную нишу на рынке индивидуальных жилых домов занимают дома с использованием ячеистых бетонов, производство которых ежегодно постоянно увеличивается. С позиции создания комфортных условий для проживания такие стены благодаря своим показателям, в т.ч. и паропроницаемости, имеют явное преимущество.
В качестве материала несущих стен используют блоки из автоклавного ячеистого конструктивно-теплоизоляционного бетона марки по плотности Б500-0700. Для обеспечения пространственной жесткости в зданиях с такими стенами необходимо предусматривать железобетонные или армоцементные пояса, в крайнем
случае - армированную кирпичную кладку под плитами перекрытий. Такая конструктивная система достаточно чувствительна к неравномерным осадкам оснований, способствующим образованию трещин вследствие деформативности ячеистых бетонов [3].
В последнее время на рынке появились новые конструктивные и технологические решения, суть которых - в устройстве монолитных бетонных наружных стен в несъемной опалубке, например, технология «ЭТИС-ХХ1», когда наружные стены устраивают из пустотелых це-ментно-песчаных мелких блоков, изготовляемых на месте укладки вручную с последующим заполнением их пустот сыпучими теплоизоляционными материалами, технология «Изодом-2000», по которой устройство наружных и внутренних стен осуществляется из монолитного легкого бетона в несъемной опалубке из пустотелых пенополистирольных блоков. Эти конструкции не лишены недостатков: они требуют выполнения мокрых процессов внутри помещений в период отделочных работ, возведения перекрытий из сборных многопустотных плит, для перевозки и монтажа которых необходимо транспортное и тяжелое крановое оборудование [1].
Определенный интерес с точки зрения усовершенствования конструктивных решений стен представляет строительство зданий с наружными и внутренними каркасно-панельными стенами из деревянных досок и эффективного утеплителя, которые широко распространены в качестве жилья долговечностью до 25 лет в США, Канаде и других странах. На территории РФ есть опыт такого строительства в небольших объемах. Например, в Калужской области, предприятие ЗАО «Плитспичпром» возводит каркас-но-панельные дома под брендом «Доминант». Стены домов состоят из панелей, основой которых является несущий деревянный каркас из высушенной доски хвойных пород (145^45 мм). Каркас панелей обшивается древесными плитами (08Б). В качестве слоя внешнего утеплителя служит пенополистирол толщиной 40 мм. Несмотря на называемые экологичность, большую скорость монтажа и высокую степень заводской готовности, такое решение имеет и ряд несовершенств. К ним можно отнести уже названные
недостатки используемого утеплителя, необходимость выполнения комплекса противопожарных мероприятий и некое недоверие российского потребителя, привыкшего к кирпичу и железобетону, к таким легким деревянным конструкциям.
С позиции индустриальности и скорости возведения малоэтажных зданий, а также пространственной жесткости и надежности наиболее рациональными являются каркасные конструктивные системы, в которых оптимально разграничиваются несущие и ограждающие функции различных конструктивных элементов. В каркасных системах в наибольшей степени используется эффект пространственной работ здания, способствующий повышению его жесткости и конструктивной безопасности.
Использование каркасных конструктивных систем приводит к существенному снижению материалоемкости, а, следовательно, и стоимости строительства, особенно при монолитных элементах каркаса и его заполнении. По данным КБ по железобетону им. А.А.Якушева применение монолитного бетона в гражданском строительстве позволяет снизить приведенные затраты на 20-30% по сравнению с полносборным и кирпичным строительством. При использовании каркасных систем открываются широкие возможности по разработке концептуальных принципов поэтажного строительства дома с выполнением пристроек и надстроек второго или мансардного этажей, что достаточно актуально в настоящее время [3]. Каркасная конструктивная система здания предполагает фундаменты в виде ростверков по сваям или столбчатым фундаментам, что заметно снижает материальные и трудовые затраты на их возведение.
В предлагаемой нами конструктивной системе в качестве несущих элементов каркаса использованы колонны и ригели, которые выполняются из монолитного керамзитобетона у=1200 кг/м3 в несъемной опалубке из стружеч-но-цементных плит (СЦП) - (рис. 1).
Проектирование несущих конструкций -ригелей и колонн - производится в соответствии со статическим и конструктивным расчетами для каждого конкретного здания, с использованием различных программных комплексов.
Рис. 1 - Конструктивное решение
Выполненными расчетами установлено, что при шаге поперечных рам 3,0-4,5 м будет достаточным сечение колонн из керамзитобетона класса В20 с размерами 200^200 мм, сечение ригелей - 200x300 мм.
Применение керамзитобетона может реально обеспечить большие объемы малоэтажного строительства, увеличить пролеты и этажность зданий, укрупнить монтажные элементы, использовать более простые с меньшей грузоподъемностью механизмы для монтажа, повысить производительность труда и качество строительства, снизить стоимость, тем более что керамзит доступен по цене и выпускается во многих регионах страны. Керамзит является экологически чистым материалом: на протяжении всего периода эксплуатации и даже в условиях пожара полностью отсутствует вредное газовыделение; это обусловлено самой технологией получения керамзита - высокотемпературным обжигом глинистого сырья. Другое важное преимущество керамзита и керамзитобетона - высокая огнестойкость и длительное сохранение конструкционной прочности в условиях пожара, что обеспечивает безопасность людей в экстремальных ситуациях.
Современный зарубежный и отечественный опыт комплексного использования легких бетонов на пористых заполнителях типа керамзита при строительстве, особенно высотных зданий, обеспечивает заметное снижение материалоемкости и затрат на фундаменты, экономию арматуры и снижает стоимость строительства на 13-
15%. Представляется целесообразным ввиду небольшого расхода керамзитобетона на изготовление несущих конструкций (10-12 м3) изготавливать его на строительной площадке, что приведет к существенному уменьшению его стоимости.
Наружные стены каркасных зданий целесообразно выполнять из монолитного пенобетона марки по плотности Б300 в несъемной опалубке из СЦП с последующим покрытием слоем шпатлевочных материалов (рис. 2). Такие стены будут работать совместно с каркасом и в определенной степени повышать его несущую способность и жесткость. Стена с использованием СЦП и пенобетона как эффективного утеплителя обладает высокими теплоизолирующими свойствами. Проведенный теплотехнический расчет стены показал, что принятая конструкция стены полностью обеспечивает тепловую защиту здания - приведенное сопротивление теплопередаче стены больше нормируемых значений Яа=3,43 м2 °С/Вт >Янорм=2,86 м2 °С/Вт для Белгородской области.
Рис. 2 - Расчетная схема стены
Применение ячеистых бетонов в качестве самонесущих ограждающих конструкций в каркасных зданиях позволяет минимизировать их недостатки: существенно снижается вероятность образования трещин, а также потери устойчивости и прочности.
Применение метода несъемной опалубки обеспечивает качественно новый уровень строительства благодаря следующим преимуществам:
- более чем в 1,5 раза сокращается время строительства по сравнению с традиционными методами;
- за счет использования современных облегченных материалов, в частности пенобетона, снижается нагрузка на нижерасположенные конструкции и в целом на здание;
- уменьшается процент ручной работы -только 15% веса стройматериалов переносится и укладывается вручную, остальные 85% доставляет бетонорастворонасос и другие механизмы;
- обеспечивается экологическая чистота, отсутствуют неблагоприятные воздействия на окружающую среду.
Нами проведен сравнительный анализ удельных прямых затрат трех вариантов конструктивного решения вертикальных элементов здания, а именно: 1) монолитный каркас из ке-рамзитобетона со стенами из пенобетона марки по плотности Б300 в несъемной опалубке из СЦП, 2) многослойные несущие стены из керамического кирпича, утеплитель - пенополисти-рол с общей толщиной 510 мм, 3) стены из газосиликатных блоков Б600 толщиной 610 мм и монолитным железобетонным поясом по верху стен (толщина стен вариантов обоснована теплотехническим расчетом для г. Белгорода). Установлено, что стоимость возведения каркаса и стен по 1 -му варианту в 1,8 раза выгоднее 2-го варианта и в 1,4 раза - третьего. Это объясняет-
ся разницеи в стоимости самих материалов, работ по возведению, требуемой отделкоИ (стены в несъемной опалубке, как уже писалось выше, не требуют мокрых процессов при отделке), снижением нагрузки на фундаменты, и следовательно, снижением их стоимости.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Донченко, О.М. Новое конструктивно-технологическое решение малоэтажного индивидуального жилья минимальной стоимости/ О.М. Донченко, В.С. Филонич, Н.И. Меняйлова, Д.А. Гопчен-ко// Рациональные энергосберегающие конструкции, здания и сооружения в строительстве и коммунальном хозяйстве: Сб. научн. Тр. Международной научн.-практ. конф. - Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2002. - Ч. 1. - 309 с.
2. Сахаров, Г.П. Материалы для энергосберегающих ограждающих конструкций зданий/ Г.П. Сахаров, Р.А. Курнышев// Бетон и железобетон -пути развития. Научные труды 2-ой Всероссийской международной конференции по бетону и железобетону. 5-9 сентября 2005 г. - Москва: НИИЖБ, 2005. -Том 4. - 257-267 с.
3. Смоляго, Г.А. Разработка конструктивных систем индивидуальных жилых домов с использованием ячеистых бетонов / Г.А. Смоляго, Н.И. Меняй-лова, А.В. Долженко// Промышленное и гражданское строительство. - 2007. - №8. - С.42-44.
