ЛЕКЦИЯ 3
3.1. Общие положения
Эти системы применяются, преимущественно, для возведения многоэтажных жилых зданий каркасной, каркасно-ствольной, стеновой или каркасно-стеновой конструктивных систем. К системе монолитного строительства относится возведение всех несущих конструкций из монолитного бетона, а к сборно-монолитной – исполнение несущих конструкций частично из монолитного, частично из сборных железобетонных конструкций.
С 1980-х годов монолитное строительство в Украине стало интенсивно развиваться как отрасль жилищного строительства. Были проведены работы по созданию индустриальных опалубок, освоение технологий, возведение экспериментальных зданий и изучение их эксплуатационных качеств в отечественных природно-климатических условиях. С 90-х годов монолитное строительство в Украине получило дополнительный стимул в своем развитии за счет активизации деятельности совместных и зарубежных фирм, которые импортировали разнообразное технологическое оборудование, которое обеспечило широкий диапазон технологических решений и отбор наиболее совершенных из них.
Отход от возведения типовых панельных многоэтажных жилых зданий, повышенные требования к планировке и отделке зданий, сроков возведения, качества и надежности конструкций делают монолитное строительство одним из наиболее популярных способов выполнения строительных работ. Расширяется рынок строительных материалов, изделий и оборудования для монолитного строительства.
В наше время монолитное строительство является одним из наиболее прогрессивных методов возведения многоэтажных жилых зданий, который позволяет строить технологично, качественно и быстро.
Основными техническими, экономическими и архитектурными преимуществами монолитного строительства являются:
- выполнение строительных работ на строительной площадке; при сборном варианте этот процесс выполняется в 2 приема (на заводах со своей структурой и на строительной площадке);
- возможность использования разных конструктивных систем зданий (каркасной, стеновой, ствольной, оболочковой, каркасно-стеновой, каркасно-ствольной, ствольно-оболочковой);
- высокие конструктивные жесткость и прочность, которые обуславливают высокую сейсмостойкость и долговечность зданий;
- высокие темпы строительства;
- большая степень свободы формирования зданий – в монолитном бетоне легче разнообразить архитектурно-планировочные решения и создать индивидуальные фасады для каждого здания;
- широкая вариантность объемно-планировочных решений – закруглений, выступов, изломов, разрывов, подрезки, уступов, острых углов, консольных выносов и т.д. (рис. 3.1);
- высокая прочность несущей системы, - возможность возведения высотных зданий (до 60 этажей);
- для высотных зданий просто решается вопрос изменения толщины стен по высоте уступами согласно расчетам;
- большая нормативная нагрузка на перекрытие (600 кгс/м2) – в два раза больше, чем в панельных зданиях, что позволяет устанавливать тяжелое бытовое оборудование (стиральные машины, гидромассажные ванны, минибассейны и т.д.);
- значительно проще обеспечение пожарной безопасности высотныхзданий (по сравнению с металлическими каркасами);
- возможность возведения в условиях уплотненной городской застройки.
| а |
| б |
| в |
Рис. 3.1. Здания из монолитного железобетона. а – возможные формы; б – фрагмент фасада гостиницы; в – разрез здания санатория.
При том, что монолитное строительство имеет много преимуществ, данная технология имеет и свои недостатки. Производственный цикл, перенесенный на строительную площадку под открытое небо означает, что дождь, снег, ветер и холод создают дополнительные трудности при бетонировании конструкций. Основные неудобства возникают в холодный период года, когда необходимо ускорять твердение бетона при минусовых температурах. Кроме того, появляются большие объемы отделочных работ, что увеличивает продолжительность строительства.
3.2. Классификация опалубок для монолитных конструкций
Опалубка – временная или постоянная (несъемная) вспомогательная конструкция предназначена для формирования монолитных (сборно-монолитных) бетонных и железобетонных конструкций заданных размеров и конфигураций. Опалубки состоят из несущих, формующих и поддерживающих элементов, выполненных из разных материалов, которые имеют разные конструкции.
Основные требования. Опалубки должны быть прочными, жесткими, иметь неизменяемую форму и устойчивость в рабочем положении и обеспечивать широкую вариантность изготовления монолитных элементов, проектную точность геометрических размеров монолитных конструкций и заданное качество их поверхностей, быструю разъемность соединительных элементов, быструю установку и разборку без повреждений, минимальное сцепление с бетоном (кроме несъемной), фиксацию закладных деталей в проектном положении, возможность укрупненной сборки и переоснащения (изменение размеров или конфигурации), температурно-влажностный режим, необходимый для твердения бетона.
Классификация. Опалубки разделяют по таким признакам:
По конструктивно-технологическими – разборно-переставная мелкощитовая и крупнощитовая, блочная, объемно-переставная, скользящая, несъемная, пневматическая.
Разборно-переставная мелкощитовая опалубка состоит из элементов весом до 50 кг, в том числе щитов, которые поддерживают и крепежные элементы (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Разборно-переставная мелкощитовая опалубка
а – общий вид; б – телескопическая стойка; в – балочная струбцина для крепления щитов опалубки; г – щиты для бетонирования стен; д – то же самое, угловых участков; 1 – щит опалубки; 2 – хомут; 3 – балочная струбцина; 4 – стойка; 5 – растяжка; 6 – домкратное устройство; 7 – выдвижная штанга; 8 – балка; 9 – винтовой упор; 10 – кронштейн; 11- шарнир.
Используется для бетонирования разнотипных конструкций, в том числе с вертикальными, горизонтальными и наклонными поверхностями разного очертания.
Преимущества – технологическая гибкость, возможность использования подъемных механизмов малой грузоподъемности.
Недостатки – относительно высокая трудоемкость установки, что увеличивает продолжительность строительства, необходимость дополнительных мер по обеспечению качества поверхности конструкций.
Рис. 3.3. Разборно-переставная мелкощитовая опалубка. Общий вид.
Разборно-переставная крупнощитовая опалубка (рис. 3.4) состоит из поддерживающих элементов, элементов соединений и креплений. Оборудуется подмостями для бетонирования, регулирующими и устанавливающими домкратами
Рис. 3.4. Унифицированная разборно-переставная крупнощитовая опалубка. 1 – лоток; 2 – стяжка; 3 – тяги; 4 – подмостки; 5 – щит; 6 – вертикальная ферма; 7 – оттяжка; 8 – домкрат; 9 – подкос.
Используется для бетонирования крупноразмерных и массивных, в том числе стен и перекрытий.
Преимущества – относительно высокая технологическая гибкость, высокая скорость возведения зданий при использовании сборных элементов перекрытия.
Недостатки – сложность обеспечения качества бетона в углах, большое количество крановых операций.
Блочная опалубка (рис. 3.5) состоит из крупнопанельных щитов и пространственных поддерживающих элементов, собранных в блоки. Конусность неразъемных блоков составляет 1/10 высоты. Для отрыва от бетона используются устройства типа домкратов. Разъемные блоки перед демонтажом поверхности опалубки отделяются и отводятся от бетона. Перенастроенная опалубка допускает изменение размеров в плане и по высоте.
| в |
| а |
| б |
Рис. 3.5. Основные элементы блочной опалубки: а – нижняя рама; б – подвижное жесткое пространственное ядро; в – опалубка для лифтовых шахт.
Блочную опалубку используют для бетонирования замкнутых отдельно расположенных конструкций, а также элементов зданий, например, лифтовых шахт.
Преимущества – простота технологии использования и изготовления; возможность использования рабочей силы более низкой квалификации; большая скорость возведения зданий по сравнению с крупнощитовой.
Недостатки – меньшая, чем у скользящей и крупнощитовой опалубок, технологическая гибкость, относительно высокая монтажная масса элементов (особенно при большом шаге внутренних стен).
Объемно-переставная опалубка (рис. 3.6) состоит из блоков, которые во время установки в рабочее положение создают в поперечном разрезе опалубку П-образной формы.
Используется для бетонирования стен и перекрытий жилых и нежилых зданий.
Рис. 3.6. Конструктивные схемы объемно-переставных опалубок: 1 – вертикальный щит; 2 – подкос; 3 – роликовая опора с домкратом; 4 – стяжка; 5 – телескопическая стойка; 6 – леса; 7 – гидравлическая система; 8 – гибкая палуба; 9 – горизонтальная вставка с механизмом для распалубки.
Преимущества – бетонирование стен и перекрытий в едином технологическом цикле, улучшенное качество конструкций с позиций их взаимного расположения и обеспечения звукоизоляции.
Недостатки – меньшая технологическая гибкость (объемно-планировочные возможности) по сравнению с щитовыми и скользящими опалубками, необходимость привлечения рабочих высокой квалификации.
Скользящая опалубка (рис. 3.7) состоит из щитов, рабочего пола и домкратов, закрепленных на домкратных рамах, приводных станций и других элементов (подвесных лесов, домкратных стержней, козырьков и т.д.). Опалубка поднимается домкратами на высоту бетонирования. Щиты закрепляются на домкратных рамах с уширением книзу на 1/200…1/500 высоты щитов на 5…7 мм на каждую сторону.
Скользящая опалубка является рациональной для возведения вертикальных несущих конструкций зданий преимущественно постоянного сечения высотой больше 40 м и толщиной не меньше 120 мм.
Преимущества – высокая технологическая гибкость, сокращение сроков возведения стен, минимальная металлоемкость конструкций, возможность использования кранов малой грузоподъемности.
Недостатки – повышенные требования к организации работ по бетонированию, сложность устройства перекрытий, большое количество рабочей силы.
Рис. 3.7. Скользящая опалубка: 1 – внешние навесные леса; 2 – гидродомкрат; 3 – домкратная рама; 4 – обвязочный брус; 5 – щиты опалубки; 6 – домкратный стержень; 7 – подвески; 8 – леса подвесные внутренние; 9 – кружальные доски.
Несъемная опалубка (рис. 3.8) состоит из формообразующих (опалубочных) элементов (плит-скорлуп, панелей, балок, блоков, труб, листов), креплений и поддерживающих устройств (стоек, прогонов, распорок, подкосов и т.д.). Опалубочные элементы являются несъемными, т.е. они остаются в монолитной конструкции и работают совместно с монолитной частью как единое целое. Детали крепления и поддерживающие элементы в зависимости от конструктивного решения могут сниматься или не сниматься.
Несъемные формообразующие элементы опалубок по материалу могут быть железобетонными, армоцементными, фибробетонными, деревобетонными, металлическими и пластмассовыми.
Несъемная опалубка используется для возведения разнообразных конструкций без распалубки. В ряде случаев она может выполнять дополнительные функции утеплителя, гидроизоляции или облицовки.
Преимущества несъемной опалубки – высокая скорость бетонирования, отсутствие операций по демонтажу, возможность придания поверхностям архитектурной выразительности.
Рис. 3.8. Примеры несъемной опалубки: а – плита-скорлупа; б – тавровая балка; в – профилированный стальной лист; г – угловая панель; д – тонкостенная стальная труба; е – пустотелый блок.
Пневматическая (надувная) опалубка (рис.3.9) состоит из гибких или пневматических поддерживающих элементов с формообразующей оболочкой.
Рис. 3.9. Примеры использования пневматической опалубки: а – устройство перекрытий; б – возведение покрытий шедового типа; в – возведение куполов; 1 –пневмоопалубка; 2 – канаты; 3 – телескопическая балка; 4 – телескопическая стойка.
Пневматическая опалубка используется для возведения конструкций перекрытий и покрытий криволинейного очертания.
Преимущества – возможность создания конструкций криволинейных конфигураций, в том числе большепролетных покрытий; сравнительно низкие трудозатраты и себестоимость опалубочных работ; малый вес (0,5…1,5 кг/м2); высокая оборачиваемость; низкая трудоемкость монтажа и демонтажа.
По материалам формообразующих элементов – деревянная, фанерная, деревометаллическая, металлическая, железобетонная, армоцементная, пластмассовая, синтетическая.
По использованию при разных температурах наружного воздуха и характеру влияния на бетон – неутепленную, утепленную, термоактивную.
Типы опалубок выбирают в зависимости от вида и размеров бетонируемых конструкций, а также способа производства арматурных и бетонных работ.
3.3. Конструктивные системы монолитных и сборно-монолитных зданий
Монолитные жилые здания по конструктивному решению и материалом несуще-огражадющих конструкций можно классифицировать на четыре большие группы:
- цельномонолитные стеновые – все несущие стены и перекрытия выполнены из монолитного железобетона (рис. 3.9, б);
- монолитные стеновые – внутренние несущие стены и перекрытия выполнены из железобетона, а наружные самонесущие – каменные (рис. 3.9, а).
- монолитные каркасно-стеновые (каркасно-монолитные) – вертикальные несущие конструкции (колони, пилоны, короткие и длинные стены, стволы жесткости), перекрытия и покрытия выполнены из железобетона (рис. 3. 9, в,г,д,е), а стены – фахверковые;
- сборно-монолитные и с несъемной опалубкой – преимущественно вертикальные конструкции из монолитного железобетона, а горизонтальные (перекрытия и покрытия) – из сборных элементов заводского изготовления.
Рис. 3.9. Конструктивные системы монолитных жилых зданий: а – стеновая с малым шагом стен; б – то же, с большим шагом; в, г – каркасно-монолитные безригельные; д – то же, ригельная; е – ригельная с несущими пилонами.
Стеновая конструктивная система с малым (3000…3600 мм) или большим (до 9000 мм) шагом несущих железобетонных внутренних стен наиболее распространенное решение для жилищного строительства (рис. 3.9, а,б).
Конструкции внутренних несущих стен – это пластины из бетона сплошного сечения, работающие на внецентренное сжатие. При назначении толщины внутренних стен выбирают оптимальную по условиям обеспечения прочности, опирания перекрытий, звукоизоляции и огнезащиты. Для многоэтажных зданий толщина стен принимается не менее 160 мм из тяжелого бетона класса не ниже С8/10.
| г |
Наружные стены в монолитном бетонном исполнении имеют разнообразные решения. По конструктивно-технологическим признакам их можно свести к трем модификациям (рис. 3.10).
Рис. 3.10. Конструктивно-технологические варианты монолитных бетонных наружных стен: а – однослойная; б – двухслойная с последующей отделкой; в – трехслойная; г – примеры рельефной поверхности наружных стен из монолитного бетона; 1 – бетон; 2 – защитный наружный слой бетона; 3 – объемный арматурный каркас; 4 – плоский арматурный каркас; 5 – утеплитель; 6 – дюбель; 7 – гибкая связь из стеклопластика.
Первый вариант (рис. 3 10, а) – однослойная стена из легкого или тяжелого бетона. Современные требования тепловой изоляции ограничивают сферу применения однослойных стен из легкого бетона неотапливаемыми зданиями сезонного использования.
Второй вариант (рис. 3.10, б) – утеплитель со стороны фасада здания – предусматривает последующую защиту декоративной штукатуркой или облицовкой с устройством вентилируемого промежутка (навесного фасада). Третий (рис. 3.10, в) – утеплитель внутри стены, который требует только декоративного оформления со стороны фасада (штукатурка или облицовка).
При применении специальных матриц совместно с опалубкой можно получать рельефную поверхность наружного слоя стены ( рис. 3.10, г ). Все три варианта достаточно сложны и трудоемки в возведении. Вот почему нередко наружные стены монолитнобетонных зданий перекрестно-стеновой конструктивной системы выполняются из панелей навесными (по поперечным стенам и/или плитам перекрытий) или самонесущими на этаж (с опиранием на перекрытия) из мелкоштучных изделий.
Толщину бетонного слоя наружных стен назначают по максимальной из величин, полученных в результате расчета на прочность и теплотехнического расчета (при применении конструкционно-теплоизоляционных бетонов), но не менее 160 мм. В высотных зданиях, как правило, толщина стен изменяется по высоте уступами в зависимости от расчетных нагрузок и может достигать в нижних этажах 600-700 мм.
Арматура, устанавливаемая в стенах монолитных зданий, подразделяется на расчетную и конструктивную. Параметры расчетной арматуры определяются расчетом стен в плоскости на особое сочетание нагрузок. Устанавливается она обычно у торцевых граней стен (включая грани, образуемые проемами) в виде плоских каркасов, объединяемых в блоки горизонтальными стер жнями.
Если по расчету арматура не требуется, то согласно нормам предусматривается конструктивное армирование стен (рис. 3.11)в их пересечениях, в местах резкого изменения толщины и у торцовых граней вертикальными стержнями с площадью сечения 0,025% соответствующего сечения стены.
Рис. 3.11. Схемы конструктивного армирования монолитных бетонных стен многоэтажных зданий: а - примыкание внутренней стены к наружной; б - пересечение стен; в - угол стен; г - проем в стене; 1 - проем; 2 - простенок; 3 - перекрытие; 4 - объемный каркас в сопряжениях стен; 5 -плоский каркас у грани проема; 6 - объемный каркас перемычки над проемом; 7 - арматура поля стены.
В монолитных зданиях стеновой конструктивной системы устойчивость и прочность обеспечивается поперечными и продольными монолитными внутренними и наружными стенами, объединенными в единую пространственную систему монолитными железобетонными плитами перекрытия и покрытия (рис. 3.12).
Рис. 3.12. План перекрытия жилого здания с монолитными стенами.
На рис. 3.13 приведены разрез и план многоэтажной гостиницы на 1000 мест в г. Алматы (Казахстан), в которой все несущие стены, перекрытия и покрытия выполнены из монолитного железобетона. Высотная часть здания имеет в плане эллипсоподобную форму. Основными несущими элементами являются монолитный железобетонные ствол жесткости, поперечные железобетонные внутренние и наружные стены. Конструкции высотной части гостиничного комплекса возведены с помощью скользящей и объемно-переставной опалубок.
Рис. 3.13. Гостиничный комплекс в г. Алматы (Казахстан) с монолитными железобетонными стенами, перекрытиями и покрытиями: а – разрез; б – план высотной части; 1 – машинное помещение лифта; 2 – кафе и ресторан; 3 – технические помещения; 4 – фундаментная плита.
Каркасно-монолитная строительная система с уменьшенным количеством внутренних опор имеет наибольше вариантов для разнообразия объемно-планировочных решений. При такой системе легче решаются планировочные вопросы по размещению в нижних этажах здания нежилых помещений, которые выполняют социальные функции по обслуживанию населения (магазинов, кафе, ресторанов и т.д.), а в подземных этажах – паркинов.
Несущими вертикальными элементами каркасно-монолитных зданий являются колонны или пилоны, которые армируют отдельными вертикальными стержнями с замкнутыми хомутами или вертикальными каркасами. Колонны объединены монолитными ригелями и плитой перекрытия для обеспечения общей жесткости и устойчивости здания. В безригельной каркасно-монолитной системе (рис. 3.14) колонны объединены монолитной железобетонной плитой перекрытия, которая армируется межколонными и надколонными сетками, рассчитанными на усилия от продавливания.
Рис. 3.14. Безригельная каркасно-монолитная система: а – план типового этажа; б – варианты опалубок с прямоугольными капителями; в – то же, со скрытыми капителями; г – стандартные схемы армирования, верхняя арматура; д – то же, нижняя арматура.
В безригельных каркасно-монолитных системах с плоскими пилонами колонны заменены короткими стенами – плоскими участками стен, развернутыми в длину (рис. 3.15). Армирование плоских пилонов осуществляется в основном отдельными стержнями с замкнутыми хомутами. В перекрытиях предусматривается дополнительное армирование, которое усиливает надопорные участки.
Рис.3.15. Фрагмент плана многоэтажного каркасно-монолитного жилого здания с вертикальными несущими пилонами и длинными стенами.
В монолитных зданиях необходимо предусматривать температурно-усадочные швы. Обычно их совмещают с технологическими швами, которые предусматриваются при бетонировании конструкций зданий отдельными захватками. Расстояние между температурно-усадочными швами зависит от конструктивной схемы здания и типа перекрытия и назначается по табл. 3.1
Таблица 3.1
Длина температурных отсеков монолитных зданий
| Расстояние между температурно-усадочными швами при перекрытиях, м | ||
| Монолитных | Сборных | |
| Стеновые конструктивные системы по схеме расположения стен на плане | ||
| Перекрестно-стеновая с несущими наружными и внутренними стенами; продольно-стеновая | ||
| Перекрестно-стеновая с ненесущими наружными стенами; поперечно-стеновая с отдельными продольными диафрагмами жесткости | ||
| Каркасные конструктивные системы | ||
| Каркасно-монолитные |
Одним из индустриальных методов возведения многоэтажных каркасно-монолитных жилых зданий с безбалочными перекрытиями является метод подъема перекрытий и этажей. Основными особенностями метода подъема перекрытий является изготовление «пакета» перекрытий всех этажей на уровне земли. Готовую плиту покрытия по заранее установленным сборным железобетонным колоннам поднимают до заданной отметки и закрепляют, а потом на плите перекрытия над подвалом бетонируют плиту перекрытия верхнего этажа и также по направляющим поднимают в проектное положение. Конструкции перекрытий поднимают при помощи домкратов, которые установлены на колоннах (рис. 3.16).
Метод подъема этажей отличается тем, что после изготовления пакета перекрытий все или почти все конструкции каждого этажа монтируют на земле, а затем готовый собранный этаж поднимают на проектную отметку. Этот метод целесообразно использовать для зданий высотой 5…10 этажей из-за необходимости установки большого количества тяг для подъема смонтированного этажа, требований повышенной прочности тяг и использования мощных подъемников.
Основные преимущества методов подъема перекрытий и этажей:
- в населенных пунктах с малоразвитой индустрией можно организовать строительство без использования башенных кранов;
- здания можно возводить в уплотненных условиях строительных площадок;
- возможность использования гибкого планирования этажей, осуществление необходимой компоновки объема здания, использование нетиповых конструкций и планировочных решений, более широкая гамма архитектурных решений жилых зданий.
Рис. 3.16. Схема метода подъема перекрытий. 1 – колонны; 2 – ствол жесткости; 3 – перекрытия; 4 - консоли перекрытий; 5 – домкраты; 6 – тяги; 7 –закрепление тяг к перекрытиям; 8 – монтажные или временные опоры; 9 – первая захватка; 10 – вторая захватка.
Рис.3.17. 16-ти и 20-ти этажные жилые здания на Оболони в Киеве, возведенные методом подъема перекрытий.
Рис.3.17. 16-ти и 20-ти этажные жилые здания на Оболони в Киеве, возведенные методом подъема перекрытий. Монтажная схема каркаса 16-ти этажного жилого здания.
Все описанные выше системы обеспечивают статическую надежность и долговечность современных многоэтажных монолитных зданий.
Здания объемно-блочной и каркасно-панельной строительных систем рассмотрим в последующих лекциях.