Сравнительный анализ конструктивно-технологических параметров зарубежных сборно-монолитных систем гражданских зданий. Часть II

Автор: Лысова Юлия Дмитриевна, Фомин Никита Игоревич, Байбурин Альберт Халитович

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура @vestnik-susu-building

Рубрика: Технология и организация строительства

Статья в выпуске: 3 т.22, 2022 года.

Бесплатный доступ

Процесс возведения многоэтажных сборно-монолитных гражданских зданий представляет собой комплекс технологических операций, требующих качественной подготовки и организации производства как при изготовлении и транспортировке сборных конструкций, так и на их монтаже в построечных условиях. Одновременно с этим технология сборно-монолитного строительства обладает рядом важных преимуществ, позволяющих застройщику не только одновременно снизить трудоемкость и машиноемкость строительных процессов на площадке, но и увеличить скорость возведения каркаса здания, а также повысить его качество по сравнению с монолитным исполнением. Эти преимущества обеспечивают востребованность данной технологии при выборе застройщиком рационального варианта возведения гражданского здания. Объект исследования - сборно-монолитные каркасные системы (СМКС) в зарубежном исполнении. Для развития методических инструментов отбора и внедрения наиболее перспективных СМКС, а также совершенствования конструктивно-технологических параметров отечественных СМКС гражданских зданий и увеличения масштаба их практического применения выполнен сравнительный анализ 17 зарубежных СМКС, разработанных за последние 70 лет в США и некоторых странах Европы. Настоящая статья, продолжающая цикл публикаций, посвященных зарубежным СМКС гражданских зданий, содержит результаты сравнительного анализа технологических параметров систем. В качестве исходных данных принималась информация из открытых источников. В результате аналитического исследования для каждой СМКС был определен набор характерных технологических параметров и их значений. Полученные данные представлены в наглядной табличной форме, позволяющей оценить вариативность характеристик по транспортировке, монтажу и дополнительных построечных работ несущих конструкций СМКС. В результате проведенного анализа также выявлены некоторые закономерности развития сборно-монолитных систем.

Еще

Сравнительный анализ, гражданское строительство, сборно-монолитное домостроение, технологические параметры, каркасные системы

Короткий адрес: https://sciup.org/147238611

IDR: 147238611 | DOI: 10.14529/build220306

Текст научной статьи Сравнительный анализ конструктивно-технологических параметров зарубежных сборно-монолитных систем гражданских зданий. Часть II

Процесс возведения сборно-монолитных гражданских зданий состоит из большого количества взаимосвязанных технологических операций, требующих качественной подготовки и организации производства: при изготовлении сборных конструкций, транспортировке их на строительную площадку, монтаже, а также на сопутствующих работах [1,2].

На стадии выбора сборно-монолитной каркасной системы (СМКС), отвечающей цели застройщика, производится оценка ее основных параметров, которые можно разделить на четыре группы: географические, конструктивные, технологические и экономические [3].

Возможность применения технологии сборномонолитного домостроения для застройщиков обусловлена рядом следующих преимуществ [4, 5]:

1) значительное сокращение трудоемкости работ, выполняемых непосредственно на строительной площадке, при одновременном увеличении этажности здания;
2) сокращение объема «мокрых» процессов на строительной площадке за счет применения сборных конструкций;
3) сокращение энергопотребления при выполнении работ по возведению каркаса здания в зимний период;
4) изготовление не менее 60 % элементов каркаса в заводских условиях;
5) снижение расхода монолитного железобетона на 1 м² площади здания;
6) сокращение количества применяемой технологической оснастки на строительной площадке.

Всё вышеперечисленное определяется технологическими параметрами СМКС. Их значения предопределяет потенциал масштабного применения системы.

Таким образом, анализ технологических параметров для застройщика, на наш взгляд, представляет больший интерес, чем анализ параметров других групп: географических, конструктивных и экономических.

Настоящая статья, продолжающая цикл публикаций, посвященных зарубежным сборномонолитным системам гражданских зданий [3], содержит результаты сравнительного анализа технологических параметров ряда зарубежных СМКС.

Для проведения сравнительного анализа были выбраны 17 сборно-монолитных систем гражданских зданий, разработанных в европейских стра- нах и США, имеющих потенциал внедрения в России. Общие сведения по выбранным системам представлены в [3, 6–11]. Несколько типов сборномонолитных каркасных систем представлены на рис. 1.

По критерию технологичности эффективность СМКС гражданских зданий в значительной степени определяется трудоемкостью и машиноемко-стью устройства несущих сборно-монолитных конструкций.

При строительстве каркаса такого здания основные затраты машинного времени (машиноем-кость возведения каркаса) приходятся на транспортировку конструкций на строительную пло-

а) Dycore system (США, 1951 г.)

б) Structurapid system (Италия, 1956 г.)

г) Spanlight system (Великобритания, 1991 г.)

Рис. 1. Типы каркасных систем, разработанные в разные периоды времени

в) Tri/posite system (США, 1970 г.)

щадку и подачу конструкций с приобъектного склада (или кузова в случае монтажа «с колес») на монтажный горизонт. При этом следует учитывать разнообразие типов доставляемых и монтируемых сборных конструкций, так как они определяют тип кузова, который необходимо предусматривать для доставки, а также тип грузозахватного приспособления и необходимой монтажной оснастки.

Указанные параметры были оценены по материалам исследований, представленных в [12–

22] . В статье [12] для ряда рассматриваемых СМКС была выполнена оценка технологических параметров на примере возведения сборномонолитного каркаса 4-этажного здания, размерами в плане 30,48 × 60,96 м, с регулярным шагом колонн 7,62 м (рис. 2). В качестве горизонтальных конструкций предусмотрено устройство двух типов балок: вдоль осей Б–Г и 2–8 устанавливаются балки основного сечения (Б1), вдоль осей А, Д и 1, 9 – торцевые балки (Б2), сечение

План несущих конструкций

EZ3 Ы - балка основного сечения

ESI Б2 - торцебая балка

Рис. 2. План несущих конструкций принятого здания

К1 - колонна

которых может отличаться от балок Б1 в зависимости от рассматриваемого каркаса. Типы сечений несущих конструкций анализируемых систем представлены в [3].

В результате технологических расчётов, выполненных авторами, значения технологических параметров были определены для всех 17 анализируемых СМКС.

В табл. 1 приведены значения технологических параметров, определяющих машиноемкость возведения каркаса для 17 анализируемых СМКС гражданских зданий.

По данным из табл. 1 можно сделать вывод, что общее количество несущих элементов для возведения одного типа здания для каждой СМКС значительно отличается (находится в диапазоне от 565 до 1216 штук). При этом прямой зависимости между количеством монтируемых элементов и количеством транспортировок или крановых подъемов на монтаже не наблюдается. Так, для двух разных систем (Dycore и Prestressed Joist) одинаковому количеству элементов (1053 шт.) будет соответствовать разное количество:

• транспортировок: 270 и 90 шт. соответственно;
• поднятий краном: 520 и 609 шт. соответственно.

Следовательно, количество транспортировок и крановых подъемов определяются иными техно- логическими, а также конструктивными характеристиками каркасной системы.

Трудоемкость выполнения работ на строительной площадке (трудоемкость возведения каркаса) будет определяться наличием или отсутствием следующих видов работ [12–15]:

• опалубочные работы (установка временных опор, монтаж/демонтаж опалубки);
• применение болтовых или сварных соединений;
• дополнительные арматурные и бетонные работы.

На основе сведений, представленных в [12, 16–22], для каждой СМКС выявлен состав технологических операций, определяющих трудоемкость монтажа каркаса (табл. 2 и 3).

Полученные данные показывают, что чаще всего на монтаже сборно-монолитного каркаса дополнительно требуется выполнение монолитных и арматурных работ в узлах соединений конструкций и на отдельных участках. При этом устройство инвентарной опалубки, как правило, не требуется.

Кроме того, данные из табл. 3 показывают, что дополнительные технологические операции (опалубочные, арматурные и бетонные работы) необходимы при монтаже горизонтальных конструкций каркаса: ригелей и плит перекрытия.

Таблица 1

Технологические параметры, определяющие машиноемкость возведения каркаса (на примере 4-этажного гражданского здания)

Номер и наименование сборно-монолитной каркасной системы		Технологические параметры, определяющие машиноемкость возведения каркаса
Номер и наименование сборно-монолитной каркасной системы		Кол-во монтируемых элементов, шт.	Кол-во типов несущих элементов, шт.	Кол-во транспортировок, шт.	Кол-во крановых подъемов на монтаже, шт.
1.1	U.S. Conventional system с многопустотными плитами	1053	4	219	520
1.2	U.S. Conventional system с плитами типа 2Т	573	4	211	573
2	Duotek	565	4	н/и	565
3	Dycore	1053	3	270	520
4	Dyna-Frame	1952	3	249	885
5	Prestressed Joist	1053	3	90	609
6	Thomas	653	4	253	653
7	Tri/posite	578	2	н/и	578
8	University of Nebraska А	1053	4	257	520
9	University of Nebraska В	1188	4	257	655
10	Contiframe	1216	5	н/и	683
11	Filigree Wideslabs	788	3	н/и	788
12	PD2 Frame	1053	4	н/и	520
13	Spanlight	1053	4	217	520
14	Quicktloor	1188	3	280	655
15	Structurapid	1188	3	н/и	655
16	Swedish	1053	4	н/и	520
17	IMS	698	3	н/и	698

Примечание . н/и – информация о численном значении не известна, данных для технологического расчета недостаточно.

Таблица 2

Номер и наименование конструктивной системы		Технологические операции на монтаже
Номер и наименование конструктивной системы		1	2	3	4	5	6	7	8	9
1.1	U.S. Conventional system с многопустотными плитами	–	–	+	+	+	–	–	–	–
1.2	U.S. Conventional system с плитами типа 2Т	–	–	+	+	+	–	–	–	+
2	Duotek	–	–	+	+	+	–	–	–	+
3	Dycore	+	+	–	–	+	+	–	–	+
4	Dyna-Frame	–	–	–	+	+	+	–	–	+
5	Prestressed Joist	+	+	–	–	–	+	–	+	+
6	Thomas	–	–	+	+	–	–	–	–	+
7	Tri/posite	+	+	–	–	+	+	–	+	+
8	University of Nebraska А	+	+	–	–	–	+	–	–	+
9	University of Nebraska В	–	–	+	–	+	–	–	–	–
10	Contiframe	–	–	+	–	+	–	–	–	–
11	Filigree Wideslabs	+	–	–	–	–	+	–	+	+
12	PD2 Frame	–	–	+	+	–	+	–	–	+
13	Spanlight	+	–	–	–	+	+	+	–	+
14	Quicktloor	+	–	+	–	+	+	–	–	+
15	Structurapid	–	–	–	–	+	+	–	–	+
16	Swedish	–	–	+	+	+	–	–	–	–
17	IMS	+	–	–	–	+	–	+	–	–

Состав технологических операций, определяющий трудоемкость возведения каркаса

Примечание: 1 – необходимость установки временных креплений; 2 – монтаж/демонтаж опалубки; 3 – применение болтовых соединений; 4 – применение сварных соединений; 5 – омоноличивание стыков; 6 – установка арматуры на строительной площадке; 7 – выполнение предварительного напряжения арматуры на строительной площадке; 8 – установка закладных деталей; 9 – использование монолитного железобетона (помимо стыков); «+» – данная технологическая операция предусмотрена при возведении каркаса системы; «–» – данная технологическая операция не предусмотрена при возведении каркаса системы.

Дополнительные технологические операции на устройстве монолитных участков перекрытий

Таблица 3

Наименование конструктивной системы		Дополнительные технологические операции на монтаже
Наименование конструктивной системы		Опалубочные работы	Армирование / преднапряжение	Объем монолитного бетона, м³
1.1	U.S. Conventional system с многопустотными плитами	Нет	Нет	0
1.2	U.S. Conventional system с плитами типа 2Т	Нет	Нет	377
2	Duotek	Нет	Нет	377
3	Dycore	Ригели	Ригели	265
4	Dyna-Frame	Ригели	Ригели	76
5	Prestressed Joist	Ригели	Ригели	717
6	Thomas	Ригели	Ригели	220
7	Tri/posite	Ригели, плиты перекрытия	Ригели, плиты перекрытия	803
8	University of Nebraska А	Ригели	Ригели	159
9	University of Nebraska В	Нет	Нет	0
10	Contiframe	Нет	Нет	0
11	Filigree Wideslabs	Ригели, плиты перекрытия	Ригели, плиты перекрытия	н/и
12	PD2 Frame	Нет		0
13	Spanlight	Ригели, плиты перекрытия	Преднапряжённые ригели	147
14	Quicktloor	Ригели	Ригели	906
15	Structurapid	Ригели	Ригели	н/и
16	Swedish	Нет	Нет	0
17	IMS	Ригели, плиты перекрытия	Ригели, плиты перекрытия	0

Технология сборно-монолитного строительства обладает рядом важных преимуществ, позволяющих застройщику не только одновременно сократить трудоемкость и машиноемкость строительных процессов на площадке, но и увеличить скорость возведения каркаса здания, а также его качество по сравнению с монолитным исполнением.

В результате исследования технологических параметров 17 зарубежных СМКС, разработанных в странах Европы и США и имеющих потенциал внедрения в России, были сформулированы основные выводы.

1. При возведении одного типа здания с применением разных СМКС общее количество несущих элементов значительно отличается (до 2,5 раз). При этом прямой зависимости между количеством монтируемых элементов и количеством транспортировок или поднятий краном на монтаже не наблюдается.
2. Общее количество элементов каркаса для однотипного здания стабильно увеличивается по мере развития СМКС. Так, в системах, разработанных в 1970-х годах, количество несущих элементов практически в 2 раза больше, чем в системах, разработанных ранее. При этом количество транспортировок и крановых подъемов на монтаже с течением времени практически не меняется.
3. Дополнительные построечные арматурные и опалубочные работы, как правило, требуются в узлах соединений сборных конструкций и на отдельных участках. Помимо этого, дополнительные технологические операции (опалубочные, арматурные и бетонные работы) необходимы при монтаже горизонтальных конструкций каркаса: ригелей и плит перекрытия. Таким образом, технологическая сложность монтажа горизонтальных несущих элементов в сборно-монолитном каркасе выше, чем у вертикальных.

Полученные результаты позволят обеспечить необходимую информационную базу для разработки комплексной методики оценки применимости и технологической живучести СМКС гражданских зданий.

Список литературы Сравнительный анализ конструктивно-технологических параметров зарубежных сборно-монолитных систем гражданских зданий. Часть II

Alfred A.Yee. Social and Environmental Benefits of Precast Concrete Technology / Alfred A.Yee // PCI JOURNAL. - 2001. - Vol. 46. - № 3. May-June. - P. 14-19. DOI: 10.15554/pcij. 05012001.14.19
Санникова, Г.А. Особенности технологии строительства быстровозводимых зданий и сооружений / Г.А. Санникова // Integral. - 2018. -№ 4. - С. 240-246.
Лысова, Ю.Д. Сравнительный анализ конструктивно-технологических параметров зарубежных сборно-монолитных систем гражданских зданий. Часть I / Ю.Д. Лысова, Н.И. Фомин, А.Х. Байбурин // Вестник ЮУрГУ. Серия «Строительство и архитектура». - 2022 - Т. 22, № 2. -С. 61-67. DOI: 10.14529/build220208.
Alfred A. Yee. Structural and Economic Benefits of Precast/Prestressed Concrete Construction / Alfred A.Yee // PCI JOURNAL. - 2001. - Vol. 46, № 4. - July-August. - P. 34-42. DOI: 10.15554/pcij.07012001.34.42
Шубин, А.А. Формула индустриализации строительства: ВЫСОКАЯ СКОРОСТЬ + НИЗКАЯ СЕБЕСТОИМОСТЬ = УДС / А.А. Шубин // Технологии бетонов. - 2013. - № 9. - С. 32-35.
Демичев, Я. С. Обзор сухих систем сборного строительства / Я.С. Демичев // Colloquim-journal. - 2020. - № 32(84). - C. 23-27. DOI: 10.24412/ 2520-2480-2020-3284-23-27
Шаленный, В.Т. Сборно-монолитное домостроение: учебник / В. Т. Шаленный, О.Л. Балакчи-на. - М.: Ай Пи Ар Медиа, 2021. - 178 с.
Абросимова, А.А. Каркасные системы возведения зданий и сооружений применяемые в зарубежном опыте / А.А. Абросимова, А.С. Пляскин // Материалы 65-й Юбилейной университетской научно-технической конференции студентов и молодых ученых [Электрон. текстовые дан.]. Томск: Изд-во Томского гос. арх.-стр. ун-т, 2019. - С. 5-9.
Сайкина, А.П. Применение сборно-монолитных конструктивно-технологических систем в жилищном строительстве /А.П. Сайкина, Р.Р. Сахибга-реев // Сборник статей Международной научно-практической конференции (25 апреля 2019 г г. Стерлитамак). - Уфа: Аэтерна, 2019. - С. 199-203.
Review of Existing Precast Concrete Gravity Load Floor Framing Systems / S. Pessiki, R. Prior, R. Sause, S Slaughter // PCI JOURNAL. - 1995. -Vol. 40. - № 2. March-April. - P. 52-68. DOI: 10.15554/pcij. 03011995.52.68
Shawkat, S., Schlesinger, R. Application of Structural System in Building Design: Edition, Tribun EU, s.r.o. Brno, Czech republic. - 2020. - 499 p.
Assesment of Existing Precast Concrete Gravity Load Floor Framing Systems / S. Pessiki, R. Prior, R. Sause, S Slaughter and W. van Zyverden // PCI JOURNAL. - 1995. - Vol. 40. - № 2. March - April. -P. 70-83. DOI: 10.15554/pcij.03011995.70.83
Henin, E. Efficient Precast/Prestressed Floor System for Building Construction: Theses and Dissertations / E. Henin. - 2012. - 326р.
Prior, R.C. Identification and Preliminary Assessment of Existing Precast Concrete Floor Framing Systems. Theses and Dissertations / R.C. Prior. -2003. - 213 р.
Furche, J. Slab-column connection with effective lattice shear reinforcement" / J. Furche // 3rd International Symposium on Connections between Steel and Concrete. - 2017. - September 27th - 29th. -P. 912-924.
Henin, E. Shallow Flat Soffit Precast Concrete Floor System / E. Henin, M. Tardros // Practice Periodical on Structural Design and Construction. -2013. - Vol. 18. - № 2. May. - P. 101-110. DOI: 10.1061/(ASCE)SC. 1943-5576.0000135
Morcous, G. Shallow precast concrete floor without beam ledges or column corbels / G. Morcous, E. Henin, M.K. Tadros // PCI JOURNAL. - 2019. -Vol. 64. - № 4. July-August. - P. 41-54. DOI: 10.15554/pcij64.4-02
Shreyanka, S. Murari. Precast Construction Methodology in Construction Industry / Shreyanka S. Murari, Ashwin M. Joshi // Social Science Research Network. -2017. - July. - 8 p. DOI: 10.2139/ ssrn.3496019
Hybrid Concrete Construction. MPA The Concrete Centre, London, 2010. - 120 p.
OMNIDEK General Information. Company Literature - Omnia Concrete Floors Limited, Cheshire, Great Britain, 1998.
Composite Dycore Office Structures, Company literature - Finforck Industries, Inc., Orlando, Florida, 1992.
Spanlight Precast Frame System Company literature Dow Mac Projects - Precast Concrete Division of Costain Building Products Ltd, London, 1991.

Еще

Статья научная