X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Значительное количество современных зданий жилого и общественного назначения в России и мире возводиться из железобетона. Такие здания обладают повышенной прочностью и долговечностью, но при этом обладают весьма существенным недостатком, ограничивающим применение данного материала – высокий вес изделий из железобетона. Для восприятия нагрузок от веса железобетонных конструкций, приходится усиливать все остальные несущие элементы каркаса здания. Данная необходимость приводит к увеличенному расходу различных материалов, что является отрицательной тенденцией, и плохо сказывается на материалосбережении.

Большой вес конструкций из железобетона так же приводит к том, что возникает необходимость в более мощном грузоподъемном оборудовании, усложняется доставка конструкций от завода изготовителя к строительной площадке – в случае сборного железобетона, а так же требуется много трудоемких работ по уходу за бетонной смесью, и в процессе твердения конструкций из монолитного железобетона.

Общее увеличение объемов материалов, в связи использования более тяжелых железобетонных элементов приводит к удорожанию всего строительства. Для достижения целей материалосбережения в строительстве необходимо применять конструктивные решения, которые при одновременном удовлетворении требований по надежности и безопасности, является самыми экономичными и рациональными с точки зрения расхода строительных материалов. Для этого в рамках научного исследования проводится изучение современного рынка передовых строительных технологий и систем, для выявления наиболее отвечающим целям экономии материалов.

Одной из наиболее персептивных направлений, в вопросе качественной экономии строительных материалов - снижение веса железобетонных конструкций, и как следствие облегчение всего здания, с пониженной потребностью в материалах. При этом, снижение веса элементов должно иметь качественный характер, то есть железобетонные элементы должны удовлетворять всем требованиям по надежности, качеству выполнения и безопасности для жизни и здоровья людей.

Железобетон - непрерывно развивающийся строительный материал [2, стр. 186], и вопросам снижения веса железобетонных изделий, и разработкой перспективных конструкций из этого вида материалов, активно занимаются многие современные ученые.

Попытки облегчения веса железобетонных конструкций имеют давнюю историю, от заполнения пространства в бетоне деревянными бревнами, в старинных конструкциях, до практики отечественного и зарубежного строительства с применением пустотообразователей в - в виде пластиковых и металлических труб. Еще одним вариантов решения проблемы облегчения веса конструкций из бетона – кессонные перекрытия, и использование в одном изделии слоев бетона различной плотности. Уменьшение веса железобетонных конструкций так же достигается размещением в теле конструкции различных облегченных вкладышей [1, стр. 16].

С точки зрения достижения целей материалосбережения в строительстве интересна разработка швейцарской фирмы «Cobiax», которая разработала систему «bubbledeсk» для решения проблемы снижения веса железобетонных перекрытий и одновременного обеспечения при его устройстве ровной потолочной поверхности [3, стр. 18].

Автором данной системы считается Йорген Брённинг, датский инженер –строитель, который в 1992 году изобрел систему пустотных армированных бетонных перекрытий с двухмерной структурой, которая впоследствии получила название «bubbledeсk» [5].

В переводе «bubbledeсk» происходит от английского «bubble» – «шар, пузырь» и «deck» - «настил, платформа». Конструктивно такое перекрытие собирается из изготовленных в заводских условиях панелей –моделей. В состав модуля входит несъемная бетонная опалубка с арматурной сеткой в качестве нижнего слоя, арматурные каркасы и расположенные между ними пустотелые или заполненные изоляционным материалом шары. Каркас жесткости плиты выполняется из 2 сварных арматурных сеток, соединёнными со стальными каркасами. Концепция работы плиты основана на том, что бетон, расположенный в нейтральной зоне плиты практически не влияет на ее работу, а следовательно его можно заменить на более легкий материал или убрать.

Такое концептуальное решение похоже на работу круглопустотных железобетонных плит, производство которых повсеместно налажено со времен СССР. Основными преимуществами данной конструкции плиты являются [8, и другие источники]:

Снижение массы железобетонной плиты, соответственно более низкие нагрузки на колонны и фундамент здания, при сохранении требований по несущей способности конструкций.

Увеличение расстояния между несущими опорами (колоннами) [5, 6]

Более низкая масса монтируемого элемента позволяет выбирать краны меньшей грузоподъёмности.

В качестве материала для шаровиспользуются вторично перерабатываемые материалы.

Снижение количества потребляемого бетона до 35 процентов в сравнении с монолитным железобетоном [6, 7]

Снижение расхода стальной арматуры до 22 %, за счет конструктивных особенностей каркаса модуля панели [6]

Повышение производительности труда, за счет высокой скорости монтажа панелей в 1 час [5,6]

Небольшие потребности к персоналу на строительной площадке, 4-5 человек рабочих необходимо для монтажаи бетонирования 1 этажа за 4-5 дней[5,6].

Технология заводского производства «bubbledeсk» панелей осуществляется в следующей последовательности:

Производиться сварка нижней арматурной сетки, верхней арматурной сетки и продольных арматурных каркасов. Затем на нижнюю сетку устанавливают и приваривают пространственный арматурные каркасы. В пространство между каркасами и в ячейки сетки устанавливают круглые шары, которые изготовлены из отходов промышленности – пустотелые или заполнены изоляционным материалом, для повышения теплозащитных и звукоизоляционных характеристик. Шары равномерно распределяют по ячейкам металлоконструкции, облегчая железобетонное изделие и снижая потребность в бетоне [6]. Параллельно с этим, в подготовленную по необходимой конфигурации и размерам форме опалубки, заливают нижний слой бетона.

После установки щаров – пустотобразователей – «Баблдэки», производят установку верхней арматурной сетки каркаса, и сваривают воедино всю пространственную арматурную конструкцию. Следующим этапом производят установку арматурного каркаса жесткости а незастывший нижний слой бетона, выполняющий функцию несъемной опалубки. Для создания защитного слоя бетона каркасы укладываются на пластмассовые фиксаторы, которые обеспечивают соблюдение точного расстояния между поверхностью настила опалубки и арматурой. Кроме этого, используется вариант устройства конструкций по данной системе, при которой на заводе изготавливают только арматурные каркасы с размещёнными шарами, а установку в нижний слой бетона и бетонирование всей конструкции производят на строительной площадке [3, стр. 19].

После затвердения бетонной смести единую конструкцию панели вынимают из формы и отправляют на склад готовой конструкции, с последующей отправкой на строительную площадку.

В местах расположения проемов в перекрытии и сопряжении перекрытия с вертикальными несущими конструкциями устраивают сплошную монолитную железобетонную плиту [3, стр. 20]. Шары в данных местах в каркасе не размещают.

Технология монтажа «bubbledeсk» панелей на строительной площадке осуществляется в следующей последовательности:

Изготовленные в заводских условиях панели необходимой конфигурации в плане доставляются на строительную площадку. Доставленные модули устанавливают на инвентарные стойки с помощью подъемного крана. Панель краном устанавливают на место в здании, затем соседние панели соединяют между собой арматурными прутками и сетками. После этого бригадой из 4-5 человек рабочих заливается бетоном поле перекрытия.

По данным [5] подъемный кран может произвести монтаж и установку до 12 панелей в час, общей площадью 240 м² (20 м² – каждая). Бетонирование перекрытия может достигать скорости до 4-5 дней, на 1 этаж.

Шары пустотообразователи фирмы «Cobiax» выпускаются в двух основных исполнениях [9]:

Eco-Line - шарообразные пустотелые модули, для перекрытий толщиной 300-600 мм.

Slime-Line – плоские пустотелые модули, для перекрытий 200-350 мм.

Одним из первых задний, построенных с использованием данной технологии – здание колледжа Хаври Мадд (Harvey Mudd, HMC), США, которое было спроектированной компанией Bora [7].

Не смотря на то, что данную технологию успешно используют порядка 55 стран [5, 6, 7] в России пока не произошло широкое применение данной технологии.Одной из первый российских компаний, применившей технологию «doubledeck» является ярославская компания «СК Прогресс», при строительстве 17-этажного жилого дома [5].

Стоит отметить что перспективы применения данной технологии активно изучаются отечественными учеными, частности хотелось бы отметить работу[2]. Кроме этого, известны и разработки, других ученых по этому направлению – в частности в работе [4] предложен пустотообразователь в виде недорого и легкого материала – пенополистирола или минеральной ваты.

В заключении хотелось бы отметить, что применение подобных систем в отечественной строительной практике является перспективным с точки зрения обеспечения материалосбережения в строительстве.

Применение данной системы «bubbledeсk» позволяет экономить основные строительные материалы – арматуру и бетон, а так же снижает общую потребность в других строительных материалах в несущих элементах, в виду более низкой массы конструкций (на устройство дополнительный опор например).В строительстве используются менее грузоподъемные механизмы, а это значительно сокращает общие затраты на все строительное производство, упрощается доставка изделий с заводов на строительные площадки,повышается общая скорость производства строительных работ. Кроме этого, данная система использует в качестве пустотообразователей шары из вторичных ресурсов, что является решением экологических проблем – путем уменьшения количества отходов и вовлечения х во вторичное производство.

Однако, применение данной системы в нашей стране имеет ряд ограничивающих особенностей. Недостатком данной технологии является малая изученность данной системы в отечественными учеными. Необходимо произвести дополнительные расчеты по прочности и долговечности подобных систем с учетом требований наших нормативных документов. Кроме этого, нет опыта производства подобных панелей и сформированной системы качества производства подобных конструкций, что значительно влияет на качество готовой продукции. Возникает необходимость в дальнейшем изучении и адаптации подобных технологий в строительную практику.

Требуется сформировать производственную базу и систему контроля за производством, данной технологии с учетом Российских условий.

Библиографический список:

Малахова А.Н. Пустотные кессонные плиты перекрытий монолитных многоэтажных зданий // Вестник МГ СУ. 2016. № 6. С. 15—24.

Тамразян А.Г. Бетон и железобетон — взгляд в будущее // Вестник МГСУ. 2014. № 4. С. 181—189.

Р.А. Сагадеев. Современные методы возведения монолитных и сборно монолитных перекрытий. Учебное пособие. – М.: ГОУ ДПО ГАСИС, 2008. – 35 с.

Шмуклер В.С. Эффективная система облегченных железобетонных элементов // Бетон и железобетон — взгляд в будущее: науч. тр. III Всеросс. (II Междунар.) конф. по бетону и железобетону: в семи томах (г. Москва, 12—16 мая 2014 г.). М. : МГ СУ, 2014. Том 2. Безопасность железобетонных конструкций при особых природных и техногенных воздействиях. Опыт строительства зданий и сооружений. Мониторинг состояния конструкций зданий и сооружений С. 346—356.

А. Торба. Воздушный шар в бетоне//Строительная газета. [Электронный ресурс, заголовок с экрана] Режим доступа https://www.stroygaz.ru/publication/item/vozdushnyy-shar-v-betone/ (01.11.2017).

Новая технология перекрытия с шарами Баблдэк. [Электронный ресурс, заголовок с экрана] Режим доступа http://pobetony.ru/bloki-i-perekrytiya/babldek/ (01.11.2017).

Татьяна Пашинцева. Кое-что про шары. [Электронный ресурс, заголовок с экрана] Режим доступа https://archi.ru/tech/news_47864.html (02.11.2017).

Cobiax, lightweightconcreteslabs [Электронный ресурс, заголовок с экрана] Режим доступа http://www.cobiax.com/home (02.11.2017).

Codiax, легкие бетонные перекрытия//Экотехплаза [Электронный ресурс, заголовок с экрана] Режим доступа http://ecotechplaza.com/wp-content/uploads/2016/12/COBIAX_booklet_2016.pdf (02.11.2017).

Код для цитирования: Скопировать