СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ ТРЕХСЛОЙНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ И ВНУТРЕННИХ СТЕН ЗДАНИЯ И ОПАЛУБОЧНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR ERECTION OF MONOLITHIC THREE-LAYERED FENCE AND INNER WALLS OF BUILDINGS AND FORMING SYSTEM FOR ITS REALISATION

Способ возведения монолитных трехслойных ограждающих и внутренних стен здания и опалубочная система для его осуществления предназначены для строительства бескаркасных промышленных и гражданских зданий и сооружений из монолитного бетона.
Известен метод возведения бескаркасных зданий при помощи скользящей опалубки. Метод предусматривает непрерывное бетонирование стен в системе синхронно перемещающихся по вертикали опалубочных щитов. Метод получил применение в строительстве многоэтажных односекционных домов и стволов жесткости в многоэтажных зданиях ствольной и каркасно-ствольной конструктивных схем. Недостатками метода являются опасность «отрыва» бетона при подъеме опалубки (особенно бетона на пористых заполнителях), а также низкое качество поверхностей конструкции после распалубки, что влечет за собой определенные затраты на ликвидацию дефектов бетонирования. Организационные осложнения сопряжены и с непрерывным круглосуточным процессом бетонирования. (Афанасьев А.А. Возведение зданий и сооружений из монолитного железобетона. - М.: Стройиздат, стр.227, 1990). Применение скользящей опалубки в домостроении осложнено рядом технологических факторов, в первую очередь, необходимостью устройства различных проемов, требующих высокой точности их размещения, установкой арматурной сетки. Кроме того, подъем опалубок осуществляется с помощью домкратов, которые опираются на стержни, установленные в отверстиях, выполненных в толще стены. Отверстия ослабляют несущую способность стены. Скользящие опалубки предназначены для возведения только однослойных стен. Для полуавтоматического режима подъема применен сложный комплект оборудования, состоящий из гидравлических домкратов с регуляторами горизонтальности рабочего пола. Регуляторы поддерживают горизонт опалубки и обеспечивают возвратно-поступательное движение опалубки в пределах одного шага («шаг на месте»). Это позволяет при необходимости остановить опалубку и избежать схватывания бетона. Кроме того, при перекосах опалубки, вызванных опережением или отставанием горизонта какой-либо частью опалубки, предусмотрен режим «шаг на месте», пока не произойдет полной выверки всех домкратов, т.е те домкраты, которые достигли горизонтального уровня раньше, начинают «топтаться» на месте, поджидая выравнивания остальных. Это говорит о том, что опалубочные щиты, применяемые для формирования стен здания в пределах каждого помещения, автономны и не составляют единую жесткую конструкцию.
Одним из конструктивных решений, повышающих индустриальность и технологичность работ, является переход от скользящего непрерывного движения щитов к циклическому. Для этой цели используются отрывные щиты с системой шагающих электромеханических подъемников. Такой способ наиболее близок к способу возведения стен здания по предлагаемому изобретению и может быть выбран в качестве прототипа.
1
4
В основу технологии положен принцип остановки кружальной системы после бетонирования слоя на высоту / высоты этажа (70-80 см). После достижения бетоном заданной прочности производят отрыв щитов от стены и перестановку (перемещение) их на новую отметку яруса. При этом подъем ограждающих, угловых и внутренних опалубок осуществляется подъемом рам, содержащих электромеханические подъемники, опирающиеся на телескопические стержни, связанные с опалубочными щитами. Стержни опираются на возводимую стену. Механизм подъема состоит из привода, установленного на раме, и опорных стержней, а также из механизма подвода и отвода щитов и системы управления этими механизмами. Опорные стержни представляют собой сварные короба, сужающиеся снизу и имеющие в верхней части резьбовые отверстия для крепления с силовыми винтами подъемника. Подъем осуществляется сразу 70-80 см. Опалубочная система так же, как и в скользящей опалубке, снабжена регуляторами поддерживания горизонта опалубки. Механизм отрыва щитов от стены выполнен таким образом, что щиты отводятся параллельно стене и в то же время поднимаются вверх по косым направляющим пазам. Недостатки приведенной технологии возведения стен и конструкции опалубок заключаются в следующем:
- Технология предназначена для возведения только однослойных стен.
- Стержни, используемые для подъема опалубочных щитов, опираются на верхний срез стен, поэтому при формировании очередного слоя стержни надо или извлекать из окрепшего бетона и заделывать оставшиеся после них отверстия, или же оставлять в стене, наращивая стержень другим стержнем, что связано с увеличением ручного труда и дополнительными расходами на изготовление стержней.
- Механизм отвода и подвода щитов движет щиты по сложной траектории (щиты отводятся параллельно стене, в то же время поднимаются вверх), а не отводятся перпендикулярно стене. Такой способ отвода не дает возможность использовать наружный щит, служащий для формирования фасада стены, одновременно и как орнаментообразующий. Например, если использовать щит со специальной вкладкой, предназначенной для получения объемного орнамента на поверхности стены, то произойдет разрушение рисунка (следствие непараллельного отрыва щита относительно вертикальной плоскости стены).
- Подъем щитов опалубки происходит на высоту бетонируемого слоя в один прием, т.е сразу на 70-80 см. Это может привести к возникновению перекосов опалубок, что требует применения специальных выравнивающих механизмов типа регуляторов поддержания горизонта опалубки или иных механизмов. Причем опалубки поднимаются отдельно в каждом помещении здания, так как они не связаны между собой и не образуют единую жесткую опалубочную систему. Причина возникновения перекосов при подъеме опалубки связана с тем, что очень сложно синхронизировать высоту подъема штоков всех гидравлических домкратов на одинаковую высоту.
- При возведении зданий с большим числом различных пересечений в плане применяют домкратные рамы разной конструкции с 2, 3 и 4 стойками, что снижает степень унификации всей системы.
Из уровня техники также известно, что при панельном домостроении панели ограждающих стен проектируют преимущественно бетонными одно-, двух- и трехслойной конструкции (Маклакова Т.Г., Нанасова С.М. Конструкции гражданских зданий. - М.: Издательство Ассоциации строительных ВУЗов 2002, стр.33.). Панели несущих стен формируют однослойными из конструктивно-теплоизоляционных бетонов на пористых заполнителях, для слоистых стен применяю тяжелый или конструктивный легкий бетон. Однослойные панели из ячеистого бетона автоклавного твердения применяют в несущих стенах домов средней этажности.
Многослойные стены используются только в панельных конструкциях зданий. Бетонные панели трехслойной конструкции имеют наружный (облицовочный) и конструкционный слой из тяжелого или конструктивного легкого бетона, и заключенный между ними теплоизолирующий слой. Бетонные слои панелей объединяют жесткими или гибкими связями в виде стержней, которые обеспечивают монтажное единство панели при независимости статической работы ее бетонных слоев. При этом наружный слой по требованиям долговечности армируют стальной сеткой. Трехслойные панели отличаются повышенной водонепроницаемостью облицовочного слоя, возможности в широком диапазоне менять несущую способность стены (за счет увеличения класса бетона, толщины несущего слоя или его армирования) и ее теплозащитные качества (за счет применения утеплителей различной эффективности и сечения).
Один из способов возведения трехслойной стены приведен в описании на изобретение «Опалубка для возведения трехслойных стен» по патенту SU №1742445 А1.
Опалубка состоит из следующих основных элементов: опалубочных щитов и коробов, которые устанавливаются внутри опалубки между арматурными сетками и перемычками арматурного каркаса возводимой стены. Каждый короб снабжен шарнирно закрепленными крышками с тягами управления, с помощью которых крышки отклоняются в нужную сторону для подачи необходимой формующей смеси в определенную полость опалубки. После формирования каждого очередного слоя короба канатами при помощи специального привода короба извлекаются из отформованной смеси. Потом щиты вручную поднимают и устанавливают на новом уровне для получения очередного слоя, вновь установив внутри них коробы. То есть все работы проводятся вручную, соответственно и низкая производительность труда; сложность самого процесса.
Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым изобретением, состоит в повышении производительности труда путем применения универсального способа возведения монолитного бескаркасного здания с внутренними однослойными и ограждающими многослойными стенами при одновременном формировании фасадного, утепляющего и несущего слоев и при полной автоматизации всех сопутствующих этому процессов. При этом опалубочная система собирается и выставляется по уровню один раз на нулевом цикле, а разбирается только после возведения всего здания. Независимо от сложности планировки здания и его этажности.
Технический результат достигается за счет следующих конструктивных решений:
- Жесткого объединения рам ограждающих и внутренних опалубок с рамами угловых опалубок клиновыми соединениями. При этом получается цельная и универсальная опалубочная система, тогда как в прототипе применены домкратные рамы разной конструкции с 2, 3 и 4 стойками.
- Применения специальной ограждающей опалубки, содержащей опалубочные щиты, расположенные на двух уровнях. Опалубочные щиты верхнего уровня предназначены для формирования теплоизолирующего слоя (например, из пенобетона), а щиты нижнего уровня предназначены для формирования облицовочного и конструкционного слоев из тяжелого бетона. Причем опалубочные щиты верхнего уровня снабжены механизмом регулирования толщины слоев.
- Применения шагового механизма подъема опалубочной системы. При этом опалубочная система поднимается на высоту формируемого слоя (400-700 мм) не за один прием, как в прототипе, а серией синхронных мелких шагов подъема (например, по 50 мм) при помощи короткоходных приводов. Применение такой концепции исключает возникновение перекосов опалубок и не требует применения регуляторов уровня горизонта опалубок. Учитывая, что опалубочной системе придана достаточная жесткость, даже если какие-то отдельные приводы подъема не сработают, то остальные приводы поднимут опалубочную систему на шаг подъема.
- Стойки в процессе подъема опалубочной системы с одного уровня на другой в пределах возводимого этажа опираются на межэтажное перекрытие предыдущего этажа, а не на стены, как в прототипе. При этом для формирования межэтажного перекрытия данного этажа опалубочную систему целиком поднимают выше плоскости верхнего среза конструкционного слоя стены данного этажа и фиксируют в поднятом положении подпорками. Подпорки упирают в верхний срез конструкционного слоя и опалубочную систему, потом подтягивают вверх сами стойки. Таким образом, освобождается пространство для формирования межэтажного перекрытия. После этого формируют само межэтажное перекрытие, омоноличив его с конструкционным слоем стены. После этого опускают стойки на поверхность вновь сформированного межэтажного перекрытия и убирают подпорки, потом приступают к формированию стен очередного этажа.
Конструкции составных сборочных единиц, входящих в опалубочную систему, приведены на чертежах.
На Фиг.1 приведен сборочный чертеж ограждающей опалубки.
На Фиг.2 приведена конструкции механизма отвода и подвода теплоизолирующих щитов, а также регулирования толщины слоев.
На Фиг.3 приведена конструкция шагового механизма подъема опалубочной системы.
На Фиг.4 приведен сборочный чертеж угловой опалубки.
На Фиг.5. приведен сборочный чертеж внутренней опалубки, соединенной с угловой опалубкой.
На Фиг.6 приведена схема формирования трехслойной стены.
На Фиг.7 приведен чертеж опалубочной системы, поднятой над сформированной стеной для формирования межэтажного перекрытия.
Ограждающая опалубка предназначена для формирования трехслойной ограждающей стены здания, включающей облицовочный, теплоизолирующий и конструкционный слои. При этом конструкция опалубки выполнена двухуровневой. Опалубочные щиты верхнего уровня предназначены для формирования теплоизолирующего слоя (например, из пенобетона), а щиты нижнего уровня предназначены для формирования облицовочного и конструкционного слоев из тяжелого бетона. При этом предусмотрена возможность регулирования толщин слоев.
Ограждающая опалубка включает облицовочный щит 1 для формирования облицовочного слоя, теплоизолирующие щиты 2 и 3 для формирования теплоизолирующего (утепляющего) слоя и конструкционный щит 4 (конструкционный щит по высоте ниже облицовочного щита на 200 мм, т.е на высоту перекрытия между этажами) для формирования конструкционного слоя. Щиты установлены на сварной «П»-образной раме из металлического профиля, включающей вертикально установленные направляющие 5 и 6 и объединяющую их горизонтальную перекладину 7. Направляющие снабжены механизмом подвода и отвода облицовочного и конструкционного щитов. Механизм подачи включает жестко закрепленные на направляющих приводы 8 (например, пневмокамеры), на выдвижных штоках которых установлены замки 9 для захвата несущей рамы 10 щитов. При подаче сжатого воздуха в приводы щиты 1 и 3 параллельно подводятся или отводятся на заданное расстояние от формируемой стены (ход 0-50 мм). Приводы снабжены регуляторами хода подачи 11 для более точной установки хода подачи щита, а также выравнивания плоскостей щитов при соединении одного щита к другому (при удлинении). В торцах щитов предусмотрены отверстия 12 для соединения щитов между собой. В направляющих установлены стойки 13, по которым щиты при помощи механизма подъема опалубочной системы поднимаются на дискретную высоту (например, на 50 мм). Вдоль стойки выполнены отверстия 14. Снизу стойки снабжены регулировочными винтами.
Для подвода и отвода теплоизолирующих щитов, регулирования толщины слоев трехслойной стены, а также для подъема опалубочной системы целиком на заданную высоту предусмотрены отдельные механизмы.
Механизм подвода и отвода теплоизолирующих щитов предназначен для формирования теплоизолирующего слоя трехслойной стены, а также для регулирования толщины теплоизолирующего, облицовочного и конструкционного слоев.
Механизм отвода и подвода теплоизолирующих щитов 2 и 3 установлен на раме, включающей перекладину 7 с ограничителями 15 и 16, между которыми возвратно-поступательно движутся ползуны 17 и 18. Между ползунами установлен шарнирно связанный с ними привод 19. К ползунам жестко соединены стойки 20, к которым при помощи замков 21 прикрепляются щиты 2 и 3. Ограничители можно передвигать вдоль перекладины и фиксировать между собой и перекладиной при помощи стопорного болта 22, вставляемого в отверстия 23, выполненные в перекладине. При подаче сжатого воздуха в полость привода 19 ползуны 17 и 18 движутся в противоположные стороны и упираются в ограничители 15 и 16, тем самым, отводя (подводя) теплоизолирующие щиты 2 и 3 от формируемого слоя. Такая конструкция механизма подвода и отвода теплоизолирующих щитов позволяет подбирать не только толщину формируемого теплоизолирующего слоя, но и толщину облицовочного и конструкционного слоев трехслойной стены.
Шаговый механизм подъема опалубочной системы предназначен для синхронного пошагового подъема всей опалубочной системы (всего строящегося объекта) на заданную высоту. Например, на 500 мм десятью мелкими шагами по 50 мм.
Шаговый механизм подъема включает короткоходный привод 24, шток которого снабжен наконечником 25 со скосом. Наконечник проходит через сквозной паз 26, выполненный на поверхности направляющей 6, и своим острым концом входит в одно из отверстий 14 стойки 13. Так как наконечник выполнен со скосом, то при втягивании штока привода 24 (обратном ходе) скошенная поверхность скользит по поверхности стойки, а при прямом ходе западает в соосное отверстие 14, приподнимая направляющую 5 на шаг 50 мм. Ниже паза установлен стопор 27, входящий в пазы 28 и 29. Привод и стопор подпружинены (на чертеже пружины не показаны), поэтому наконечник 25 и стопор постоянно прижаты к поверхности стойки 13, размещенной внутри направляющей. Стопор предназначен для предотвращения сползания опалубочной системы вниз при обратном ходе штока привода. Возможны и другие конструктивные решения исполнения стопора. Например, можно применить небольшую пневмокамеру, шток которой, пройдя сквозь паз 29 и одно из отверстий 14 стойки, зафиксирует опалубочную систему в данном положении. Таким образом, произведя десять короткоходных шагов, всю опалубочную систему поднимают на высоту 500 мм.
Угловая опалубка предназначена для формирования угла между ограждающими стенами и внутренними стенами, а также между самими внутренними стенами, т.е различными пересечениями стен в плане.
Угловая опалубка представляет собой пространственную конструкцию, сваренную из металлических профилей прямоугольного сечения. Опалубка состоит из соединительной рамы, включающей соединительные перекладины 30 и 31, стоек 32 и углового щита 33. Соединительная рама предназначена для жесткого соединения между собой угловой опалубки и направляющих 6 ограждающих и внутренних опалубок. На соединительных перекладинах установлены приводы 34 и 35, штоки 36 которых связаны с угловым щитом. Соединительные перекладины с двух концов снабжены накладками 37. В накладке и на поверхности соединительной перекладины выполнены прорези 38 и 39, предназначенные для соединения угловой опалубки. Соединение угловой опалубки с рамами смежных с ней ограждающей и внутренней опалубками производится следующим образом: угловая опалубка посредством прорезей 38 одевается на выступы, которыми снабжены стойки (на чертеже не показаны). В выступах сделаны прорези, аналогичные прорезям 39. В прорези 39, совпадающие с прорезями выступов, забиваются клинья 40 (см. Фиг.2). При этом накладки 37 плотно притягиваются к наружной поверхности направляющих 6.
При подаче сжатого воздуха в приводы 34 и 35 их штоки и связанные с ними угловые щиты выдвигаются или втягиваются, подводя или отводя угловой щит к формируемой стене.
Внутренняя опалубка предназначена для формирования однослойной внутренней стены здания (перегородки) с одновременным формированием в толще стены сквозных цилиндрических полостей. Цилиндрические полости предназначены для создания в каждом отдельном помещении здания своего микроклимата. Например, путем подачи через полости в помещения теплого или охлажденного очищенного воздуха, озонированного воздуха и т.д.
Внутренняя опалубка по конструкции идентична ограждающей опалубке, т.е содержит такой же механизм подвода и отвода опалубочных щитов 41 и 42 и механизм подъема опалубочной системы, какой описан выше. Данная опалубка отличается тем, что горизонтальные перекладины 43 и 43 снабжены ползунами 44 и 45, объединенными траверсой 46, на которой закреплены формирователи полостей 47 (каналов). Перемещая ползуны 44 и 45 по горизонтальным перекладинам, а также передвигая формирователи полостей вдоль траверсы 46, можно регулировать местоположение полостей в объеме стены. Формирователь полостей представляет собой надувную армированную оболочку из эластичного материала, в которую через штуцер 48 подается сжатый воздух. Стойки 13 снабжены регулировочными винтами 49, предназначенными для выставления опалубок по горизонтали, а опалубочных щитов по вертикали. После схватывания бетонной смеси воздух из формирователей полости стравливают, они уменьшаются в диаметре и не препятствуют подъему опалубки на следующий уровень. Следует отметить, что по высоте формирователи полостей превосходят высоту опалубочных щитов. Такое решение предусмотрено для того, чтобы не нарушить целостность и соосность образованных полостей (каналов) при подъеме опалубочной системы на следующий уровень. При этом нижний конец формирователя полости всегда находится в верхней области уже сформированной полости за прошедший цикл.
Стены здания возводят последовательностью следующих технологических операций:
- Монтируют опалубочную систему на горизонтальной плоскости нулевого цикла (на полу) таким образом, чтобы нижние кромки опалубочных щитов 1, 4 и 42 касались уровня пола.
- Согласно монтажной схеме подключают механизмы подъема, а также механизмы подвода и отвода щитов к пневмопроводам, соединенным через блок управления с компрессором. При этом количество ограждающих, теплоизолирующих и внутренних опалубок выбирают исходя из проекта здания, учитывая количество пересечений стен в плане. При необходимости те или иные опалубочные щиты наращивают, соединяя с аналогичными щитами, доводя их длину до длины стены.
- Жестко соединяют ограждающие и внутренние опалубки угловыми опалубками при помощи клинового соединения.
- Выставляют вертикальность опалубочных щитов, подкручивая регулировочные 49 винты.
- Заливают межопалубочное пространство между щитами 1, 4 ограждающей опалубки и между опалубочными щитами 42 внутренней опалубки тяжелым бетоном, а между опалубочными щитами 2 и 3 второго уровня теплоизолирующих щитов - пенобетоном.
Таким образом, по всему периметру строящегося здания формируется первый горизонтальный слой стены высотой 500 мм (в предлагаемой конструкции опалубочной системы высота опалубочных щитов выбрана 500 мм). А конкретно: получается трехслойная ограждающая стена, состоящая из вертикального облицовочного слоя 50 (см. Фиг.6), теплоизолирующего слоя 51 и конструкционного слоя 52, а также внутренние стены (перегородки) с цилиндрическими сквозными полостями (на чертеже не показаны). После схватывания бетона первого слоя опалубочная система поднимается для формирования второго слоя возводимого этажа.
- Через пульт управления в приводы 8 и 19 подается сжатый воздух. При этом опалубочные щиты 1, 4, 2, 3 ограждающих и внутренних опалубок отходят от стен.
- Подают сжатый воздух в приводы 34 и 35 угловых опалубок, отведя от стен угловые опалубочные щиты 33. Таким образом, от стен отошли все опалубочные щиты.
- Десять раз подают и стравливают сжатый воздух в приводы 24 механизмов подъема опалубок. При этом все опалубки поднимаются по 50 мм на высоту 500 мм и фиксируются в этом положении.
- В обратном порядке подводятся к стене угловые щиты, а затем подводятся щиты ограждающих и внутренних опалубок.
Опалубки готовы к заливке очередного горизонтального слоя стен. Повторяя описанные выше операции, доводят высоту стен до проектной высоты (до отметки межэтажного перекрытия).
- Формируют межэтажное перекрытие (см. фиг.7). Для этого сначала поднимают всю опалубочную систему выше верхнего среза конструкционного слоя и фиксируют ее в данном положении при помощи подпорок 53, затем поднимают вверх стойки 13 при помощи того же механизма подъема опалубок, освобождая пространство для формирования межэтажного перекрытия. Потом приступают к формированию самого межэтажного перекрытия 54 известными способами, омоноличив его с конструкционным слоем. После стойки 13 опускаются на ее поверхность перекрытия, подпорки 53 убираются, а щиты подводятся к стене. Опалубочная система готова к формированию стен очередного этажа.