Монолитное домостроение: основы производства и сравнение со строительством из сборных ЖБИ

Введение
В настоящее время одной из актуальных проблем жилищного строительства является высокая стоимость жилья. Применение технологии монолитного домостроения позволяет значительно снизить себестоимость здания, и, следовательно, сделать жилье более доступным. Однако данная технология имеет один существенный недостаток, сдерживающий ее развитие и внедрение. Это большая трудоемкость производства работ в расчете на 1 м2 общей площади монолитной «коробки» здания и наличие тяжелого низкоквалифицированного ручного труда.
Особенно это касается выполнения опалубочных работ, которые являются наиболее трудоемкими в монолитном домостроении. В связи с этим возникает актуальность совершенствования технологии возведения монолитных зданий, ее автоматизации на основе применения автоматизированных опалубочных комплексов, собираемых на нулевом уровне бетонирования и автоматически перемещаемых на последующий уровень в собранном состоянии без применения дополнительных внешних средств.
Технология монолитного строительства широко известна во всем мире. По такому принципу строят высотки жилого типа и небоскребы бизнес-центров. Ранее активная монолитная застройка велась в сейсмически нестабильных районах, поскольку монолитные дома во время землетрясения могли выдерживать сильные нагрузки (до 8 баллов), не поддаваясь разрушению.
Технология строительства монолитного дома
Суть данной технологии заключается в выливании железобетонных конструктивных элементов монолитного дома, непосредственно в процессе строительства. Заполнение межплитного пространства стен может быть выполнена из любого прочного материала (кирпич, блок, панель) или низкопрочные (дерево, панели ПВХ с утеплителем, стекло), поскольку нагрузка на эту часть стены отсутствует.
В данной технологии используется несколько вариантов конструкции каркаса:
- перекрытия на несущих колоннах,
- несущие продольные стены,
- несущие поперечные стены.
Армирование.
Армокаркас монолитного дома изготавливают из стальных прутьев разного диаметра. Все части каркаса, как правило, сваривают между собой или связывают. Однако, последний способ крепления используют гораздо реже, поскольку он более затратный в плане времени и трудоемкости.
Монтаж опалубки.
Для данного способа застройки используют как съемные, так и несъемную опалубку. Опалубки конструкция представляет собой массивный прочный щит (щитовая опалубка) или готовую форму для отливки (туннельная опалубка), которая препятствует растеканию бетонной смеси и позволяет сохранять заданную форму на период схватывания.
Варианты использования опалубочной системы в монолитном строительстве достаточно разные:
- горизонтальная,
- вертикальная,
- ползучая,
- для скругленных элементов.
Монолитные дома с несъемная опалубкой чаще всего встречаются в индивидуальной жилой застройке. Это малоэтажные монолитные дома, коттеджи.
При разработке комплексно-механизированных и автоматизированных технологических систем для ведения опалубочных работ необходимо учитывать ряд сдерживающих факторов. Первый - это иррегулярность технологических операций во времени и пространстве. Второй - строительство, как правило, отличается большим разнообразием и неоднородностью технологических процессов и операций, чем машиностроение. Третий - технологические процессы в строительном производстве более трудно поддаются формализации, чем технологические процессы в машиностроении. В результате резко возрастает число природных факторов, не поддающихся или трудно поддающихся управлению, влияющих на технологические процессы.
Поэтому технологии монолитного домостроения больше предрасположены для их комплексной механизации и автоматизации. Комплексный процесс возведения монолитного здания рассмотрим как последовательность выполнения отдельных типовых технологических операций, таких как опалубочные работы, арматурные работы, бетонные работы и уход за бетоном в процессе набора.
Наличие высокомеханизированных подъемно-переставных опалубочных систем позволяет автоматизировать большинства технологических операций монолитного домостроения. При этом к самой опалубочной системе могут быть добавлены, дополнительные технологические модули (бетонораспределительные стрелы, роботы - манипуляторы), необходимые для выполнения других технологических процессов кроме опалубочных работ. В итоге опалубочная система трансформируется в опалубочный комплекс, который способен выполнять опалубочные, арматурные и бетонные работы.
Для автоматизации процессов опалубочного комплекса необходимо наличие систем управления с высокой точностью, надежностью, широкими возможностями по управлению различными по своей природе технологическими процессами и способностью ввода и анализа множества факторов, влияющих на технологический процесс. Такие системы управления могут быть реализованы на базе микропроцессорной техники и, в частности, на базе программируемых логических контроллеров. Таким образом, имеются все предпосылки к автоматизации процессов монолитного домостроения.
Сам характер процесса монолитного домостроения и факт наличия высокомеханизированных опалубочных систем делают технологические операции возведения монолитного здания типовыми, регулярными во времени и пространстве, что позволяет произвести их механизацию и автоматизацию. А применение программируемых логических контроллеров позволяет создать универсальную систему управления технологическими процессами.
Технология рационализации структуры подъемно-переставной опалубки представим на рис. 1. С целью повышения степени ее технологической гибкости предложим четыре типа стандартных формообразующих блоков (рис. 2). Это: угловой блок; Т-образный блок; Х-образный блок; линейный блок. В свою очередь линейный формообразующий блок может быть как с гидроцилиндрами вертикального перемещения, так и без них.
Рис. 1. Структура подъемно-переставного опалубочного комплекса
Рис. 2. Типы формообразующих блоков
На базе данных блоков могут быть собраны прямоугольные модули, геометрические размеры которых могут варьироваться в зависимости от количества линейных блоков, и определятся размерами перекрытий и требуемой жесткостью здания. Каждый формообразующий блок содержит формообразующие панели, электрогидроусилители и гидроцилиндры для отвода, прижима опалубочных щитов (гидроцилиндры горизонтального перемещения).
Гидроцилиндры вертикального перемещения содержит только линейный блок. И размещаются через каждые 6 метров. С целью распределения нагрузки от массы опалубочного комплекса вдоль всех несущих стен, опирание комплекса осуществляется на рамы, монтируемые между гидроцилиндрами вертикального перемещения

. Благодаря различным комбинациям формообразующих блоков, обеспечиваются достаточно разнообразные объемно-планировочные и архитектурные решения, причем при строительстве объектов с различной планировкой используются одни и те же блоки. Таким образом, достигается увеличение значения коэффициента частоты использования формообразующих блоков Кф2 3, и как следствие уменьшается время окупаемости всего комплекса и возрастает экономическая целесообразность его применения.
С целью минимизации числа формообразующих блоков при строительстве здания с заданной площадью необходимо увеличить количество смежных блоков одновременно входящих в состав нескольких секций, для чего необходимо сократить величину периметра здания, так как блоки, расположенные вдоль периметра, не будут являться смежными для других секций. Условием минимального значения периметра при заданной площади является равенство сторон прямоугольника, таким образом, наиболее целесообразно, с точки зрения экономии формообразующих блоков, чтобы здание имело форму равностороннего прямоугольника.
Технологическая адаптация подъемно-переставной опалубки, определяемая коэффициентом Кт, обеспечивается механизацией и автоматизацией опалубочных работ, а так же возможностью наращивания дополнительного технологического оборудования такого как: краны, распределительные бетонные стрелы, бетононасосы, роботы манипуляторы и т.д., для прочих технологических строительных процессов. Каждая единица дополнительного технологического оборудования выполняется в виде модуля при необходимости интегрируемого в опалубочный комплекс. Благодаря возможности наращивания технологических модулей, подъемно-переставная опалубка имеет ряд альтернативных технологических решений для таких технологических процессов, как арматурные работы, бетонные работы и опалубочные работы по монтажу междуэтажных перекрытий.
Возможны следующие варианты:
Арматурные работы: 1. Традиционная технология монтажа арматуры стен готовыми армокаркасами, подаваемых краном и соединяемых между собой сваркой или вязкой вручную. 2. То же что и вариант 1, но подача армокаркасов на монтажный ярус осуществляется подъемником, распределение армокаркасов по ярусу осуществляется краном, размещенным в верхней рабочей зоне опалубочного комплекса. Башенный кран не требуется. 3. Монтаж и электросварка армокаркасов посредством роботов манипуляторов. С этой целью предлагается использовать роботов двух типов: первый для горизонтальных стержней, а второй для вертикальных. Роботы перемещаются по секциям здания по специальным направляющим. Каждый робот имеет сменный накопитель арматурных стержней, подача которых осуществляется подъемником.
Бетонные работы: 1. Подача бетонной смеси в опалубку может осуществляться с помощью бадьи, подаваемой башенным краном. Уплотнение бетонной смеси происходит ручными вибраторами. 2. Подача бетонной смеси происходит за счет бетононасоса и распределительной стрелы размещаемой в верхней рабочей зоне. Уплотнение бетонной смеси происходит ручными вибраторами.
Работы по устройству междуэтажных перекрытий: 1. Устройство междуэтажных перекрытий посредством плит или плит-скорлуп подаваемых башенным краном. 2. Устройство междуэтажных перекрытий с помощью дополнительного технологического комплекса.
При выборе рациональных технологических вариантов, исходя из специфики строительства каждого конкретного объекта, осуществляется монтаж дополнительного технологического оборудования на подъемно-переставной опалубке. Использование нескольких типов альтернативных технологий с различной трудоемкостью, для различных технологических процессов, обеспечивает повышение коэффициента технологической адаптации Кт.
Бетонная смесь и ее заливка.
В зависимости от объема монолитного строительства, бетонную смесь могут производить непосредственно на стройплощадке бетономешалкой или на специализированных заводах ЖБИ. В последнем случае перевозят готовый бетон автомиксером. Заливают смесь с помощью крана или насоса для бетона.
Работы по бетонной смесью.
Сразу после заливки бетонной смеси в опалубку, проводят ее уплотнения. Этот этап необходим для удаления воздушных пробок, наличие которых ухудшает качество смеси. Уплотнения бетонной смеси выполняют глубинными / поверхностными вибраторами. От качества уплотнения бетонной смеси, напрямую зависит гладкость поверхности стен / потолка, что отражается в той или иной степени на бюджет чистовой обработки.
Распалубки.
После того, как бетон наберет необходимую прочность, опалубку снимают и перемещают дальше, на следующий участок заливки.
Преимущества и недостатки
Много преимуществ и положительных моментов имеют монолитные дома, отзывы о которых всегда были хорошими, однако есть и некоторые отрицательные стороны. Давайте рассмотрим и те, и другие.
Скорость застройки является одним из основных преимуществ. Монолитные дома, проекты которых аналогичные проектам кирпичных зданий, строятся гораздо быстрее остальных.
Архитектурная свобода - еще один весомый аргумент. Большинство зданий возводятся по определенному шаблону, так как это обусловлено конструктивными особенностями. Однако, для монолитного дома нет никаких ограничений. В таких домах планировка квартир может быть достаточно разнообразным, многоуровневым, с потолками любой высоты, чего нельзя сказать о домах из блока или кирпича.
Полное отсутствие швов монолитного дома - это еще ряд дополнительных преимуществ, таких как:
- повышение уровня звукоизоляционных свойств,
- улучшение теплозащиты,
- продление срока службы эксплуатации здания,
- повышение прочности,
- защита от образования трещин,
- снижение веса конструкции.
На фоне множества плюсов монолитных конструкций стоит обратить внимание и на их недостатки.
Сравнение монолитного и сборного ЖБ домостроения
Сборный железобетон является быстрым и современным видом строительства, где бетон заливается в формы, которые можно использовать повторно. Отверждение проводится в строго контролируемых условиях, и панели потом перемещаются на строительную площадку. Таким образом, сборное строительство, включает в себя структурные компоненты, которые идентичны и произведенные на предприятии, расположенном далеко от площади строительства. Эти элементы способствуют массовому производству сборного железобетона для экономного строительства большого количества зданий в короткий срок. Сборные системы снижают сроки строительных работ на строительной площадке, тем самым обеспечивается чистая и здоровая окружающая среда для общества