CC BY
29УДК 624.014:624.012.4
DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-762-8-36-39
Б.Г. БУЛАТОВ1; инженер ([email protected]); Р.И. ШИГАПОВ2, инженер ([email protected]);
М.А. ИВЛЕВ3, канд. техн. наук ([email protected]), И.В. НЕДОСЕКО3, д-р техн. наук ([email protected])
1 Башкирский государственный аграрный университет (450001, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34)
2 ООО «Уфимская гипсовая компания» (450069, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Производственная, 8)
3 Уфимский государственный нефтяной технический университет (450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1)
Каркасно-монолитная технология строительства малоэтажных зданий из пеногипса и стальных тонкостенных конструкций
Описана конструкция каркасно-монолитных зданий на основе легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК) с заполнением внутреннего пространства стен и перекрытий монолитным пеногипсом. Малоэтажные каркасные здания на основе ЛСТК получили широкое распространение за рубежом и в настоящее время представляют собой перспективное направление для жилищного строительства в России. Применение ЛСТК совместно с монолитным пеногипсом в малоэтажном каркасном строительстве позволит снизить материалоемкость и повысить огнестойкость зданий. Представлены основные преимущества пеногипса в сравнении с другими теплоизоляционными материалами. Использование монолитного пеногипса, как показывает расчет, позволяет увеличить более чем в три раза расстояние между стойками каркаса и соответственно почти во столько же уменьшить расход стали. Приведены результаты испытаний несущей способности и деформативности экспериментальной конструкции каркасно-монолитного перекрытия на основе ЛСТК и пеногипса.
Ключевые слова: легкие стальные тонкостенные конструкции (ЛСТК), каркасное здание, монолитный пеногипс, утеплитель, малоэтажное строительство, несущая способность, деформативность, теплопроводность.
Для цитирования: Булатов Б.Г., Шигапов Р.И., Ивлев М.А., Недосеко И.В. Каркасно-монолитная технология строительства малоэтажных зданий из пеногипса и стальных тонкостенных конструкций // Строительные материалы. 2018. № 8. С. 36-39. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430Х-2018-762-8-36-39
B.G. BULATOV1, Engineer ([email protected]); R.I. SHIGAPOV2, Engineer ([email protected]); M.A. IVLEV3, Candidate of Sciences (Engineering) ([email protected]), I.V. NEDOSEKO3, Doctor of Sciences (Engineering) ([email protected])
1 Bashkir State Agrarian University (34, 50-letiya Octyabrya Street, Ufa, Republic of Bashkortostan, 450001, Russian Federation)
2 OOO «Ufimskaya gipsovaya kompaniya» (8, Proizvodstvennaya Street, Ufa, Republic of Bashkortostan, 450069, Russian Federation)
3 Ufa State Petroleum Technological University (1, Kosmonavtov Street, Ufa, Republic of Bashkortostan, 450062, Russian Federation)
Frame-Monolithic Technology of Construction of Low-Rise Buildings Made of Foam Gypsum and Steel Thin-Walled Structures
The design of frame-monolithic buildings on the basis of light steel thin-walled structures (LSTS) with filling of internal space of walls and ceilings with monolithic foam gypsum is described. Low-rise frame buildings on the basis of LSTS are widespread abroad and now represent a promising direction for housing construction in Russia. The use of LSTS together with monolithic foam gypsum in low-rise frame construction will reduce the material consumption and increase the fire resistance of buildings. The main advantages of foam gypsum in comparison with other thermal insulation materials are presented. The use of monolithic foam gypsum, as the calculation shows, can increase more than three times the distance between the pillars of the frame and, accordingly, almost as much to reduce the consumption of steel. The results of testing the bearing capacity and deformability of an experimental design of frame-monolithic overlap on the basis of LSTS and foam gypsum are presented.
Keywords: light steel thin-walled structures (LSTS), frame building, monolithic foam gypsum, heat insulator, low-rise construction, bearing capacity, deformability, heat conductivity.
For citation: Bulatov B.G., Shigapov R.I., Ivlev M.A., Nedoseko I.V. Frame-monolithic technology of construction of low-rise buildings made of foam gypsum and steel thin-walled structures. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 8, pp. 36-39. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-762-8-36-39 (In Russian).
Строительство доступного и комфортного жилья в России является важнейшей экономической и социальной задачей уже несколько десятилетий. Однако ее решение в силу как объективных, так и субъективных причин, связанных с дороговизной земли в крупных городах, доступом к инженерным коммуникациям и другими обстоятельствами, все усложняется. В настоящее время уже есть общее понимание того, что добиться решения данной задачи возможно за счет расширения малоэтажного строительства, что также имеет место в большинстве развитых стран Европы и Северной Америки.
К малоэтажному строительству относятся практически любые здания
жилищно-гражданского назначения (жилые дома, детские дошкольные учреждения, магазины и др.) до трех этажей включительно общей площадью до 1500 м2, на которые согласно действующему градостроительному кодексу не требуется разрешения экспертизы и контроля за строительством органов Госстройнадзора РФ. Данное обстоятельство безусловно снижает стоимость квадратного метра жилья и повышает его конкурентоспособность по сравнению с многоэтажной застройкой.
Значительное ужесточение норм теплосбережения в РФ за последние два десятилетия [1] заставляет искать новые варианты конструктивных решений малоэтажных зданий. Приме-
нение традиционной конструкции наружной стены из полнотелого керамического или силикатного кирпича, которая успешно использовалась в отечественном строительстве в течение более ста лет, в настоящее время не всегда целесообразно по различным причинам. Поэтому для снижения стоимости возводимых зданий необходимо применение как традиционных местных строительных материалов (низкоэнергоемких бесклинкерных вяжущих, гипса, заполнителей и др.) [2—5], так и современных эффективных теплоизоляционных материалов [6, 7], позволяющих существенно уменьшить толщину ограждающих конструкций зданий. Несмотря на простоту требо-
36
август 2018
1/1 ®
Рис. 1. Малоэтажный каркасный дом на основе ЛСТК
ваний к данным материалам (прочность, надежность, долговечность, экологичность, невысокая стоимость и высокие теплоизолирующие свойства), большинство из них, к сожалению, обладает теми или иными недостатками в техническом или экономическом аспектах.
В связи с тем, что стоимость квалифицированной рабочей силы будет только повышаться, а темпы строительства жилья должны только возрастать, одним из приемлемых путей достижения поставленных целей должно стать развитие комплексной застройки жилых домов из быстровозводимых конструкций, к которым можно отнести легкие стальные тонкостенные конструкции (ЛСТК) (рис. 1). Как показала практика, несмотря на перспективность для отечественного строительства, использование деревянного каркасного домостроения существенно ограничивается требованиями пожарной безопасности для условий плотной застройки пригородов и районных центров.
В данных каркасных зданиях хо-лодногнутый оцинкованный профиль применяется совместно с утеплителем на основе минеральной ваты (рис. 2). Такая конструкция имеет ряд существенных недостатков, основные из которых — отсутствие сплошности наружных стен и низкая долговечность утеплителя. Однако главная проблема состоит в
Рис. 5. Заполнение монолитным пеногипсом наружных стен
Рис. 2. Конструкция наружной стены из ЛСТК с применением минеральной ваты
том, что минеральная вата во время эксплуатации выделяет не только пыль, но и содержит токсичные компоненты (фенол и др.), которые входят в состав связующих используемых при производстве изделий.
Реальной альтернативой может являться каркасно-монолитная технология строительства подобных зданий на основе совмещения ЛСТК с легкими бетонами на гипсовой основе [7—10]. Пеногипс, обладая хорошей текучестью, образует сплошную конструкцию наружной стены без пустот и щелей. При разработке данного конструктивного решения каркасно-монолитного здания за основу взята технология изготовления домов из пеногипсов с деревянным каркасом (рис. 3), которая успешно реализована ООО «Уфимская гипсовая компания» при комплексной застройке территории одноэтажными жилыми зданиями социального назначения в Иглинском районе Республики Башкортостан [11—12].
Рассматриваемые наружные стены включают деревянный каркас, состоящий из унифицированного бруса 50x100x3000 мм, связанного перемычками и обшитого с двух сторон фибролитовыми плитами толщиной 2,5 см или облицованного с внутренней стороны гипсовыми па-зогребневыми плитами (в качестве несъемной опалубки), а с наружной стороны — стандартной опалубкой
Рис. 3. Одноквартирный жилой дом в п. Иглино с деревянным каркасом и заполнением наружных стен монолитным пеногипсом
Рис. 4. Сборка деревянного каркаса с обшивкой наружной и внутренней поверхностей стен фибролитовыми плитами
из ламинированной фанеры. Общая толщина стены в обеих случаях составляет 40 см (рис. 4). В данную конструкцию каркасной наружной стены механизированным способом осуществляют заливку теплоизоляционного пеногипса (рис. 5).
Однако данная технология возведения наружных стен малоэтажных каркасных жилых домов с применением деревянного каркаса и монолитного пеногипса (в качестве конструкционно-теплоизоляционного материала) имеет отдельные недостатки, в частности большое количество близко расположенных друг к другу (шаг стоек из бруса 40—60 см) различных элементов деревянных конструкций, что приводит к повышенному расходу древесины (рыночная стоимость пиломатериалов повысилась за последние три года на 20—30%) и трудоемкости сборки каркаса. К тому же огнестойкость зданий с деревянным каркасом недостаточна, несмотря на то что пеногипс негорючий материал (только в наружных стенах пеногипс защища-
Рис. 6. Каркас плиты перекрытия из ЛСТК перед заливкой пеногипса
Рис. 7. Опытный образец плиты перекрытия на основе ЛСТК и пеногипса в натуральную величину (1,8X6 м, толщина 22 см)
август 2018
37
а
Рис. 8. Расчетные значения нормальных напряжений при оценке несущей способности (а), и деформативности (б) каркасно-монолитного перекрытия на основе ЛСТК и пеногипса
ет деревянный каркас от возгорания), деревянные стропила и перекрытия не имеют конструктивной огнезащиты, подвержены горению и, как следствие, быстрой потере несущей способности. Было принято решение объединить преимущества ЛСТК и пеногипса как эффективного конструкционно-теплоизоляционного бетона в конструктивном решении малоэтажного дома.
При сравнении традиционной конструкций малоэтажного здания на основе ЛСТК с минераловатным утеплителем и монолитным пеногипсом, прочность которого по сравнению с минеральной ватой больше чем на порядок, расчеты показывают, что расстояние между стойками каркаса можно увеличить более чем в три раза и соответственно почти во столько же уменьшить расход стали [13]. Также нет необходимости в применении дорогостоящего термопрофиля, так как в приведенном конструктивном решении исключено появление мостиков хо-
лода, поскольку с наружной стороны элементы каркаса из ЛСТК изолированы слоем пеногипса значительной толщины.
Как показали проведенные расчеты несущей способности и дефор-мативности каркасно-монолитной конструкции межэтажного перекрытия на основе пеногипса и ЛСТК, выполненные с использованием современного программного комплекса ANSYS R17.0, позволяющего учитывать физическую и геометрическую нелинейность упруго-деформативных свойств используемых материалов, и натурные испытания опытных образцов перекрытий (1,8x6 м) (рис. 6—8), проведенные на производственной базе ООО «Уфимская гипсовая компания», пеногипс совместно с ЛСТК можно успешно применять в качестве конструкционно-теплоизоляционного материала не только в наружных стенах, но также и в межэтажных и чердачных перекрытиях (рис. 9). Испытания подтвердили,
Рис. 9. Натурные испытания опытной плиты перекрытия на действие разрушающих нагрузок. Выполнено на производственной базе ООО «Уфимская гипсовая компания»
что каркасно-монолитное перекрытие на основе ЛСТК и пеногипса обычной толщины 22 см (из которых 18 см — пеногипс и 4 см — це-ментно-песчаная стяжка) имеет практически ту же несущую способность, что и стандартная железобетонная многопустотная плита (более 600 кг/м2), но легче в 2,5—3 раза.
Следовательно, предложенная монолитно-каркасная технология позволяет возводить малоэтажные здания до трех этажей с полным каркасом ЛСТК и заполнением стен и перекрытий монолитным пеногипсом. Важным преимуществом данного конструктивного решения по сравнению с традиционными конструкциями малоэтажных зданий (с несущими кирпичными стенами или безригельным монолитным железобетонным каркасом), является также значительное снижение нагрузок на фундаменты и соответственно грунтовое основание, что позволит существенно упростить и удешевить возведение фундамента, например вместо ма-териалоемкого ленточного железобетонного фундамента под несущие стены использовать легкий столбчатый фундамент.
Таким образом, проведенные исследования показывают, что предложенную монолитно-каркасную технологию строительства малоэтажных зданий на основе ЛСТК и пеногипса можно рекомендовать к более широкому использованию.
Список литературы
1. Гайсин А.М., Бабков В.В. Анализ несущих наружных стен многоэтажных жилых домов в Республике Башкортостан с позиции удельной теплозащитной характеристики // Строительные материалы. 2016. № 10. С. 55-57.
2. Рахимов Р.З., Халиуллин М.И. Состояние и тенденции развития промышленности гипсовых строительных материалов // Строительные материалы. 2010. № 12. С. 44-46.
3. Vinnichenko V., Ryazanov A. Ecological indices of manufacture of Portland cement clinker and production of the dolomite clinker. MATEC Web of Conferences 116, 01020 (2017). DOI: 10.1051/matecconf/201711601020.
References
1. Gaysin A.M., Babkov V.V. Analysis of Bearing External Walls of Multistory Residential Buildings in the Republic of Bashkortostan from the Position of Specific Thermal Protection Characteristic. Stroitel'nyeMaterialy [Construction Materials]. 2016. No. 10, pp. 55-57. (In Russian).
2. Rakhimov R.Z., Khaliullin M.I. State and Tendencies of Development of the Gypsum Building Materials Industry. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2010. No. 12, pp. 44-46. (In Russian).
3. Vinnichenko V., Ryazanov A. Ecological indices of manufacture of Portland cement clinker and production of the dolomite clinker. MATEC Web of Conferences 116, 01020 (2017). DOI: 10.1051/matecconf/201711601020.
38
август 2018
От Ри>ГГЕЛЬ>Ы= 1/1 ®
4. Винниченко В.И., Рязанов А.Н., Виценко Н.Ю. Термодинамическая оценка условий образования первичных клинкерных минералов при обжиге до-ломитсодержащей шихты // Строительные материалы. 2016. № 10. С. 76-83.
5. Рязанов А.Н., Винниченко В.И., Недосеко И.В., Рязанова В.А., Рязанов А.А. Структура и свойства известково-зольного цемента и его модификация // Строительные материалы. 2018. № 1-2. С. 18-22.
6. Недосеко И.В., Бабков В.В., Алиев P.P., Кузьмин В.В. Применение конструкционно-теплоизоляционного керамзитобетона в малоэтажном строительстве // Жилищное строительство. 2008. № 3. С. 26-27.
7. Гайфуллин А.Р., Халиуллин М.И., Рахимов Р.З. Строительный гипс с добавками керамзитовой пыли // Известия КГАСУ. 2012. № 2. С. 166-171.
8. Сагдатуллин Д.Г., Морозова Н.Н., Хозин В.Г. Реологические характеристики водных суспензий композиционного гипсового вяжущего и его компонентов // Известия КГАСУ. 2009. № 2 (12). С. 263-268.
9. Булатов Б.Г., Недосеко И.В. Разработка структуры системы управления производством стеновых изделий на основе гипсосодержащих отходов // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2014. № 2. С. 109-112.
10. Недосеко И.В., Бабков В.В., Юнусова С.С., Гаито-ва А.Р., Ахмадулина И.И. Гипсовые и гипсошлако-вые композиции на основе природного сырья и отходов промышленности // Строительные материалы. 2012. № 8. С. 66-68.
11. Шигапов Р.И., Бабков В.В., Халиуллин М.И. Использование пеногипса в малоэтажном строительстве // Известия КГАСУ. 2014. № 2 (28). С. 211-216.
12. Бессонов И.В., Шигапов Р.И., Бабков В.В. Теплоизоляционный пеногипс в малоэтажном строительстве // Строительные материалы. 2014. № 7. С. 9-13.
13. Валиева Э.Т., Муфтахова Ю.Р., Салихова В.В., Шигапов Р.И., Недосеко И.В. Применение пеногипса в строительстве малоэтажных зданий с несущим каркасом из облегченных стальных профилей // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2018. № 5. С. 20-24.
4. Vinnichenko V.I., Ryazanov, A.N., Vicenco, N.Yu. Thermodynamic Evaluation of Formation Conditions of Primary Clinker Minerals When Burning Dolomite-Containing Charge. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2016. No. 10, pp. 76-83. (In Russian).
5. Ryazanov AN., Vinnichenko V.I., Nedoseko I.V., Ryazanov V.A., Ryazanov A.A. Structure and Properties ofLime-Ash Cement and its Modification. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 1-2, pp. 18-22. (In Russian).
6. Nedoseko I.V., Babkov V.V., Aliyev P.P., Kuzmin V.V. The use of structural and thermal insulation expanded clay concrete in low-rise construction Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2008. No. 3, pp. 26-27. (In Russian).
7. Gaifullin A.R., Khaliullin M.I., Rakhimov R.Z. Construction plaster with additives haydite dust. Izvestiya KGASU. 2012. No. 2, pp. 166-171. (In Russian).
8. Sagdatullin D.G., Morozova N.N., Khozin V.G. Rheological characteristics of water suspensions of composite gypsum binder and its components. Izvestiya KGASU. 2009. No. 2 (12), pp. 263-268. (In Russian).
9. Bulatov B.G., Nedoseko I.V. Development of the structure of the production management system of wall products based on gypsum-containing waste. Vestnik Bashkirskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2014. No. 2, pp. 109-112. (In Russian).
10. Nedoseko I.V., Babkov V.V., Yunusov S.S., Gaitova A.R., Akhmadullina I.I. Gypsum and Gypsum-Slag Compositions on the Basis of Natural Raw Materials and Industrial Waste. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2012. No. 8, pp. 66-68. (In Russian).
11. Shigapov R.I., Babkov V.V., Khaliullin M.I. The use of foamed gypsum in low-rise construction. Izvestiya KGASU. 2014. No. 2 (28), pp. 211-216. (In Russian).
12. Bessonov I.V., Shigapov R.I., Babkov V.V. Heat-Insulating Foamed Gypsum in Low-Rise Construction. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2014. No. 7, pp. 9-13. (In Russian).
13. Valiev E.T., Muftakhova Y.R., Salikhov V.V., Shiga-pov R.I., Nedoseko I.V. Application of foamed gypsum in the construction of low-rise buildings with a supporting framework of lightweight steel sections. Vestnik Belgorod-skogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2018. No. 5, pp. 20-24. (In Russian).
BAR К RAFT
axfs
BAPKftAFT
УФИМСКАЯ ГИПСОВАЯ КОМПАНИЯ
ПРОДАЖА ГИПСА
Г5 БМ строительный Г5 Gill формовочный ГВВС-1 б высокопрочный
ПРОДАЖА \ ТОЛЛИНГ ССС
Штукатурки,, шпаклевки Клеи, наливные полы
□ □
ТАРА ЫГ-БЭГ НАВАЛ
АВТО РФ/СНГ
ф Уфа, ул. Цветочная, 3\3 Q +7 [347) 226-
08-03
www.barkraft.ru
Реклама
научно-технический и производственный журнал
Vi
.-U-Í-ÁA/J.U® август 2018 39
