Выбор вариантов механизации бетонных работ в монолитно-каркасном строительстве

Выбор вариантов механизации бетонных работ в монолитно-каркасном строительстве

С.Г. Османов, А.Ю. Манойленко, В.В. Литовка Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону

Аннотация: Обоснована актуальность исследования эффективности известных вариантов механизации бетонных работ в многоэтажном монолитно-каркасном строительстве. Обобщены и систематизированы уточненные и дополненные авторами сведения об областях рационального применения, преимуществах и недостатках таких вариантов. Подробно рассмотрены особенности трех из них, наиболее значимых в исследовательском плане. При этом представлены результаты оценки их эффективности по показателям удельных трудовых и финансовых затрат при возведении каркасов односекционных зданий башенного типа, позволяющие облегчить задачу оптимального выбора соответствующих решений в строительном организационно-технологическом проектировании. Ключевые слова: монолитно-каркасное здание, бетонные работы, варианты механизации, эффективность, удельные трудовые затраты, удельные финансовые затраты.

Технология монолитно-каркасного строительства, безусловно, - одна из наиболее успешных среди прочих альтернативных, созданных человечеством за всю историю его существования [1-3]. Минимальные требования к уровню развития производственной базы [2], этажность, ограниченная в максимуме лишь возможностями современной крановой и бетононасосной техники [4], возможность реализации любых объемно-планировочных решений [5] в условиях проектирования конструкций под восприятие значительно больших нагрузок, чем при работе с любыми сборными аналогами [2, 3], - все это во многом и обуславливает довольно давно наблюдающуюся устойчивую тенденцию ускоренного роста объемов возведения монолитно-каркасных зданий не только в мире в целом, но и у нас в стране в частности. Авторам удалось установить соответствующую динамику применительно к отечественному жилищному строительству (рис. 1). При этом важно также понимать, что,

л

например, 9,5 млн. м площади таких зданий (красный маркер), при объеме

"5

бетона в их надземной части, равном 6,5 млн. м , соответствуют 55 % от общего объема многоэтажного жилья, введенного в эксплуатацию за весь 2018 год.

1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Отчетный период, г

Рис. 1. - Динамика объемов жилищного монолитно-каркасного строительства в СССР и РФ в период с 1961 по 2018 гг.

Учитывая изложенное, следует отметить, что при возведении монолитного железобетонного каркаса здания в среднем 35 % трудовых затрат приходится на бетонные работы [2] и в среднем 10 % финансовых - на их механизацию [6]. Однако величина не только последних, но и первых в значительной степени зависит от того, насколько рационально для заданных условий строительства подобраны основные средства механизации этих работ [7-9], что на практике нередко так и остается неочевидным из-за нехватки подобной информации как в справочной, так и в научной литературе, а также необходимости ухода при выяснении этого расчетным путем от привычных алгоритмов организационно-технологического проектирования и его ощутимого при этом удорожания.

В ходе проводимого авторами исследования эффективности раздельного и совместного применения башенных кранов и бетононасосов как ведущих машин, предусмотренных в составе соответствующих комплектов известными вариантами механизации бетонных работ, удалось уточнить и дополнить имеющиеся на сегодняшний день представления об областях рационального применения, преимуществах и недостатках этих вариантов (табл. 1), что некоторым образом облегчает предварительное обоснование их выбора.

Таблица 1

Уточненные и дополненные сведения об областях рационального применения, преимуществах и недостатках исследованных вариантов механизации бетонных работ в многоэтажном монолитно-каркасном строительстве

Признак уточнения и(или) дополнения Варианты механизации, их обозначение

простые, при минимуме машин реализуемые с помощью комбинированные, при минимуме машин реализуемые с помощью

башенного крана и бадьи, БК-Б автобетононасоса, АБН стационарного бетононасоса и бетонораздатчика, СБН + БР башенного крана и стационарного бетононасоса, СБН + БК башенного крана и бадьи в комплекте с автобетононасосом, АБН + БК-Б

по схеме 1, АБН + БК-Б

Область рационального применения по подвижности смеси, не менее, см 3 6 6 6 3 3

дальности подачи смеси, не более, м 60 50 не нуждается в ограничении 40 50 50

высоте подачи смеси, не более, м 250 60 350 (на один бетононасос) 350 60 90

Преимущества отсутствие ограничений по составу смеси гарантированное отсутствие рабочих швов в бетонируемых конструкциях высокий темп бетонирования, особенно при большой длине несущих стен и малой площади верхних этажей

возможность непрерывной подачи смеси с высокой производительностью эффективное (в т.ч. гибкое) использование производительности машин, а также их возможностей по распределению смеси

простота, универсальность, экономичность минимум трудовых затрат, автономность, полная мобильность машинокомплекта возможность работы бетононасосов по каскадной схеме эффективность при расположении крана внутри здания

Недостатки цикличность подачи смеси и невысокая производительность жесткие ограничения по составу смеси, необходимость частой прочистки бетоновода (в т.ч. с прокачкой пусковой смеси), высокие требования к квалификации рабочих и уровню организации их труда простои крановой техники при работе бетононасосной

наличие «мертвых» зон высокая стоимость высокая трудоемкость вспомогательных и сопутствующих монтажных работ резкое увеличение финансовых затрат на механизацию при строительстве зданий свыше 20 этажей разность темпов бетонирования конструкций нижней и верхней частей каркаса

большой объем ручных работ по распределению смеси простои крановой техники на объекте при бетонировании стационарность, неавтономность машинокомплекта большие технологические нагрузки на кран

Примечание. Согласно варианту СБН + БК кран работает как бетонораздатчик: бетоновод выводится через башню на переднюю либо заднюю часть стрелы; согласно схеме 1 автобетононасос и кран используются при бетонировании вертикальных и горизонтальных конструкций каркаса соответственно; согласно схеме 2 последний бетонируется сначала с помощью автобетононасоса (до исчерпания его возможностей по высоте подачи смеси), а затем (оставшаяся часть) - с помощью крана и бадьи.

© Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007-2015

Но поскольку при выявлении оптимального варианта механизации может потребоваться и технико-экономическое сравнение наиболее конкурирующих альтернатив, то для упрощения этой трудоемкой процедуры авторами выполнена и оценка эффективности таких вариантов (БК-Б, АБН + БК-Б (1) и СБН + БР) по наиболее важным [1] и в то же время универсальным показателям - удельным трудовым затратам на выполнение бетонных работ и удельным финансовым затратам на их механизацию. И если при подсчете первых учтены подача и укладка бетонной смеси, а при рассмотрении последних двух вариантов - еще и сопутствующие процессы (монтаж и демонтаж бетоноводов, их прочистка, запуск и перебазировка техники), то при подсчете вторых - текущая стоимость аренды ведущих машин, оборудования, приспособлений и инвентаря в базовом районе РФ. Данные варианты механизации, наряду с тем что встречаются, как установлено, в целом примерно в 65 % случаев (рис. 2), наиболее интересны в исследовательском плане. Варианты же АБН и АБН + БК-Б (2) рациональны в основном при директивно сжатых сроках строительства, хотя во многом из-за некомпетентности и (или) недобросовестности его участников [10] применяются также довольно часто , несмотря на то что отличаются от выбранных (причем в большей степени первый , чем второй ) не только меньшими трудовыми, но и большими финансовыми затратами

5 %

БК-Б ЛЁН СБН - БР

АБН - БК-Б 0)

АБН - БК-Б <2>

Прочие

Рис. 2. - Среднее распределение объемов бетонных работ по вариантам их механизации в РФ в период с 2008 по 2018 гг.

т 11

Выбранные варианты механизации сопоставлены в условиях возведения односекционных зданий башенного типа со сборными лестничными маршами и площадками, а также наиболее свойственным характером конфигурации и взаимного расположения несущих конструкций (рис. 3). В таких зданиях высота типового этажа чаще всего составляет 3 м, а толщина перекрытий, стен и размеры поперечного сечения колонн в каркасах - соответственно 180, 200 и 400^400 мм, что и было принято в исследовании. Применимость его результатов ко всем объектам, удовлетворяющим указанным особенностям, обеспечена заданным постоянством соотношения объемов вертикальных и горизонтальных несущих конструкций, которое само по себе, согласно выдвинутой авторами гипотезе, при рациональном проектировании однотипных каркасов, не отличающихся в т.ч. по высоте этажей, колеблется в небольших пределах. Значение этого соотношения, находящееся внутри характерного для данного случая диапазона, уточняемого в настоящее время, принято равным 0,5.

Рис. 3. - Характер конфигурации и взаимного расположения несущих конструкций типового этажа, принятый в качестве репрезентативного

Результаты расчетной части исследования для удобства их применения на практике представлены в виде номограмм (рис. 4-6). При этом, как видно, показатели эффективности рассмотренных вариантов механизации определены с учетом вариативности трех нижеобоснованных ключевых факторов.

Первый из них - это средняя дальность подачи смеси, взятая в интервале 10-35 м на основе предварительно выполненного анализа соответствующих минимальных и максимальных дальностей, требуемых для бетонирования нескольких десятков монолитных перекрытий различной конфигурации при стационарном исполнении крана, а также числе стоянок переставного бетонораздатчика, равном 1-2, а автобетононасоса - 2-8.

Рис. 4. - Номограмма для оценки эффективности применения варианта механизации БК-Б

Рис. 5. - Номограмма для оценки эффективности применения варианта механизации СБН + БР

Второй - максимальная высота подачи смеси, принятая равной 15-60 м для варианта АБН + БК-Б (1) и 15-100 м для прочих, что имеет место при количестве надземных этажей обычно не более 5-20 и 5-35 соответственно.

И третий - средний темп бетонирования, учитывающий разницу в трудоемкости укладки смеси в вертикальные и горизонтальные конструкции и непосредственно на самой укладке обеспеченный потребным для этого составом бетонщиков в количестве 2-11 чел., а на подаче - возможностями задействованных машин и оборудования (отечественных и (или) зарубежных), оптимально подобранных в рамках каждого из вариантов механизации.

Последнее обстоятельство особенно значимо для варианта БК-Б, и для него этот темп, в каждом конкретном случае гарантированный соответствующим подбором крана с учетом всех необходимых ограничений по

"5

скорости перемещения бадьи требуемой емкости, взят в интервале 2-14 м /ч. Установлено, что более низкий даже при минимальном составе бетонщиков не рационален из-за высокой вероятности невыполнения содержащихся в ЕНиР производственных норм, а более высокий либо труднореализуем, либо приводит к резкому увеличению финансовых затрат на механизацию.

Рис. 6. - Номограмма для оценки эффективности применения варианта механизации АБН + БК-Б

-5

В свою очередь, для двух других вариантов приняты значения 10-20 м /ч: при меньших, как выяснилось, применение бетононасосной техники в рассмотренных случаях заведомо невыгодно, тогда как при больших уже сама

укладка смеси в опалубку конструкций каркаса становится практически невозможной по организационно-технологическим причинам, при том что данный процесс и без того отличается не только достаточно высокой трудоемкостью (рис. 7), но и тем, что резервы интенсификации его привычными способами без использования самоуплотняющихся смесей в принципе весьма ограничены, в особенности при бетонировании вертикальных конструкций.

Прием сыеси

Подача смеси

Укладка смеси

Прочее

Рис. 7. - Среднее распределение затрат труда в составе бетонных

работ при возведении монолитно-каркасных многоэтажных зданий

Таким образом, представленные номограммы позволяют производить экспресс-оценку значений принятых целевых показателей в довольно широком диапазоне условий, что в подавляющем большинстве случаев может действительно существенно облегчить задачу оптимального выбора между конкурирующими вариантами механизации и, как следствие, в целом повысить экономическую эффективность бетонных работ в многоэтажном монолитно-каркасном строительстве.

Литература

1. Афанасьев А. А. Возведение зданий и сооружений из монолитного железобетона. М.: Стройиздат, 1990. 380 с.

2. Анпилов С.М. Технология возведения зданий и сооружений из монолитного железобетона. М: АСВ, 2010. 576 с.

3. Elliot Kim S., Hamid Zuhairi Abd. Modernisation, mechanisation and industrialisation of concrete structures. Chichester: Wiley-Blackwell, 2017. 496 p.

4. Хаютин Ю.Г. Монолитный бетон: технология производства работ. М.: Стройздат, 1991. 576 с.

5. Peck M. Modern concrete construction manual: structural design, material properties, sustainability. Munich: Institut für internationale ArchitekturDokumentation, 2014. 272 p.

6. Афанасьев А. А. Интенсификация работ при возведении зданий и сооружений из монолитного железобетона. М: Стройиздат, 1990. 384 с.

7. Лысов В.П. Формирование ресурсосберегающих технологических процессов возведения конструкций из монолитного бетона: дис. ... д-ра. техн. наук: 05.23.08. Минск, 1984. 364 с.

8. Жадановский Б.В. Повышение технического уровня производства бетонных работ // Механизация строительства. 2003. № 11. С. 21-25.

9. Османов С.Г., Жолобов А.Л. Предложения по применению инерционных конвейеров при устройстве монолитных стяжек в покрытиях зданий с рулонными и мастичными кровлями // Инженерный вестник Дона, 2013, № 4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2101/.

10. Османов С.Г., Жолобов А.Л. К вопросу о выборе методов и средств подачи к месту укладки готовой к употреблению бетонной смеси на плотных заполнителях // Инженерный вестник Дона, 2011, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n 1y2011/361/.

References

1. Afanas'ev A.A. Vozvedenie zdaniy i sooruzheniy iz monolitnogo zhelezobetona [Construction of buildings and structures of monolithic reinforced concrete]. Moscow: Stroyizdat, 1990. 380 p.

2. Anpilov S.M. Tekhnologiya vozvedeniya zdaniy i sooruzheniy iz monolitnogo zhelezobetona [Technology of construction of buildings and structures of reinforced concrete.]. Moscow: ASV, 2010. 576 p.

3. Elliot Kim S., Hamid Zuhairi Abd. Modernisation, mechanisation and industrialisation of concrete structures. Wiley-Blackwell, Chichester, 2017. 496 p.

4. Khayutin Yu.G. Monolitnyy beton: tekhnologiya proizvodstva rabot [Monolithic concrete: construction technology]. Moscow: Stroyzdat, 1991. 576 p.

5. Peck M. Modern concrete construction manual: structural design, material properties, sustainability. Institut für internationale Architektur-Dokumentation, Munich, 2014. 272 p.

6. Afanas'ev A.A. Intensifikatsiya rabot pri vozvedenii zdaniy i sooruzheniy iz monolitnogo zhelezobetona [Intensification of work during the construction of buildings and structures of monolithic reinforced concrete]. Moscow: Stroyizdat, 1990. 384 p.

7. Lysov V.P. Formirovanie resursosberegayushchikh tekhnologicheskikh protsessov vozvedeniya konstruktsiy iz monolitnogo betona [Formation of resource-saving processes of construction of monolithic reinforced concrete structures]: DSc diss. Minsk, 1984. 364 p.

8. Zhadanovskii B.V. Mekhanizatsiya stroitel'stva. 2003. № 11. pp. 21-25.

9. Osmanov S.G. Zholobov A.L. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, № 4. URL : ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2101/.

10. Osmanov S.G. Zholobov A.L. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2011, № 1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2011/361/.