СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ ИЗ ОБЪЕМНЫХ БЛОКОВ
METHOD FOR CONSTRUCTION OF MULTISTORE BUILDINGS OF THREE-DIMENSIONAL BLOCKS

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу строительства зданий из объемных блоков.
Известны способы строительства многоэтажных зданий из объемных блоков (авторские свидетельства СССР №№ 987066, 1214877, 1414760, 1454921, 1620570, патенты РФ №№ 2000398, 2010094, 2035556, 2037608, 2037617, 2041330, 2083772, 2116417, 2156341, 2220263, 2253721, 2268967, 2273701, 2285094, 2363820, 2424402, 2460853, 2479697, 2524731, 2543396; патент Великобритании №1194372; патенты Германии №№ 2400928, 2601850, 4332793; патенты Японии №№ 52-14525, 6042054, 63-51227, 9291604; патент Китая №104060695; патенты США №№ 2154142, 3751864, 4759158, 5575120; патент ЕР №2780516; патент Канады №2856294; патенты Франции №№ 1513929, 2052799, 2763613 и другие).
Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является «Способ строительства многоэтажных зданий из объемных блоков» (патент РФ 2037608, Е04В 1/348, Е04В 1/35, 19.06.1995), который и выбран в качестве прототипа.
Известный способ возведения зданий включает установку объемных блоков, установленных в проектное положение в пределах этажа или захватки, затем на них укладывают общую для данного этажа арматуру и устанавливают единое для всех блоков этажа монолитное железобетонное перекрытие, на которое устанавливают следующий ряд блоков, жесткое объединение всех объемных блоков в пределах этажа в единое целое и создание сейсмических поясов здания в пределах каждого этажа. На наружной поверхности перекрытий блоков вдоль ребер по границе с примыкающими стенками блоков могут быть выполнены гнезда, которые заполняют бетоном при устройстве монолитного перекрытия с образованием шпонок.
Недостатком известного способа является низкая оперативность и точность монтажа здания, обусловленная применением железобетонных конструкций, которые имеют большие погрешности при изготовлении и монтаже, необходимостью устройства монолитного железобетонного перекрытия на каждом этаже, что, в свою очередь, значительно увеличивает трудоемкость монтажа и стоимость возведения здания в целом. Кроме этого, снижается сейсмическая устойчивость и трещиностойкость каркаса и самих блоков, особенно при наращивании этажей. Монтаж блоков по высоте возможен только совместно с монтажом их по длине здания, так как устойчивость блока последующего ряда не может быть обеспечена без устройства монолитного пояса в нижележащем ряду блоков, а также особенность получаемого каркаса не позволяет осуществить монтаж большепролетного многоэтажного здания со свободными планировками.
Технической задачей изобретения является снижение себестоимости строительства многоэтажных зданий из объемных блоков и расширение архитектурно-планировочных возможностей путем снижения трудоемкости строительства здания, а также повышение его сейсмической устойчивости.
Поставленная задача решается тем, что способ строительства многоэтажных зданий из объемных блоков включает поэтажную установку объемных блоков в проектное положение, снабженных полом, потолком, ограждающими панелями, одноуровневыми или двухуровневыми несущими колоннами, несущими стенами, последние устанавливают в заводских условиях для обеспечения большей жесткости каркаса здания, при этом последующие блоки монтируют через одноуровневые или двухуровневые несущие колонны разного диаметра в зависимости от уровня этажа, при этом одноуровневые и двухуровневые несущие колонны выполнены в виде труб, заполненных бетоном, с жестко приваренными планками, расположенными с обоих концов трубы, на которых выполнены ребра жесткости для обеспечения жесткости узла, а на планках выполнены болтовые отверстия, в местах сопряжения с несущими колоннами, заполненных бетоном, на полу и на потолке объемных блоков устанавливают направляющие штыри, расположенные в соответствии с болтовыми отверстиями на планках колонн, которые затем после установки колонн соединяют с помощью гаек, при этом нижний пояс объемных блоков и каркас несущих стен выполняют структурным из металлических конструкций, в которых размещают и натягивают металлические канаты для обеспечения большей жесткости конструкции здания, на торцах объемных блоков устанавливают крепления в виде шип-гнездо для предварительного крепления ограждающих панелей и стеклопакетов, в несущие стены, ограждающие панели и в несущие колонны устанавливают магниты для ускорения предварительного наведения конструкций, для монтажа блоков применяют жесткую траверсу, телескопический подъемник, ограждающие панели, стеклопакеты, несущие колонны здания монтируют самоподъемными миникранами, монтаж объемных блоков в автоматизированном режиме осуществляют при помощи автоматизированного мачтового подъемника-манипулятора, для монтажа объемных блоков в роботизированном режиме применяют стреловой подъемник-манипулятор и транс-робот с использованием приемников GPS, ГЛОНАСС, или иных датчиков и меток для координации монтируемых элементов в пространстве, монтаж многоэтажного здания осуществляют на заранее подготовленный фундамент.
Способ строительства многоэтажных зданий из объемных блоков поясняется чертежами: на Фиг. 1 представлен общий вид объемного строительного блока для строительства зданий; на Фиг. 2 представлен общий вид объемного строительного блока с ограждающими панелями и стеклопакетами; на Фиг. 3 представлены варианты монтажа блока с созданием балконных ограждений, лоджий, одно- и двухуровневых помещений, свободных пространств; на Фиг. 4 представлен монтаж объемных строительных блоков и вспомогательных работ с использованием телескопических подъемников и самоподъемных миникранов; на Фиг. 5 представлен монтаж объемных строительных модулей и процесс вспомогательных работ с использованием автоматизированного мачтового подъемника-манипулятора; на Фиг. 6 представлен монтаж объемных строительных блоков и процесс вспомогательных работ с использованием роботизированного высотного стрелового подъемника-манипулятора и транс-робота.
Объемные строительные блоки 1 снабжают полом 2, потолком 6, ограждающими панелями 15, несущими стенами 10, которые устанавливают в заводских условиях. Для большей жесткости и устойчивости каркаса здания последующие блоки монтируют через одноуровневые 3 или двухуровневые 4 несущие колонны, которые устанавливают разного диаметра в зависимости от высотности здания и уровня этажа. Несущие колонны 3 и 4 выполнены в виде труб, заполненных бетоном в заводских условиях, образуя так называемый трубобетон. На обоих концах труб несущих колонн 3 и 4 жестко приварены планки 7, расположенные с обоих концов. На планках 7 несущих колонн 3 и 4 формируют ребра жесткости 13. Кроме этого, на планках 7 выполнены болтовые отверстия 12. В местах сопряжения, расположенных на полу 2 и на потолке 6 и заполненных бетоном, объемных блоков 1 устанавливают направляющие штыри 5 для их соединения с несущими колоннами 3 или 4 с помощью гаек 8, при этом нижний пояс 9 объемных блоков 1 и каркас несущих стен 10 выполняют структурными из металлических конструкций, в которых размещают и натягивают металлические канаты 11 для обеспечения большей жесткости и сейсмоустойчивости здания. На торцах объемных блоков 1 устанавливают крепления 14 в виде шип-гнездо для монтажа ограждающих панелей 15 и стеклопакетов 16, во все монтируемые элементы устанавливают магниты 17 для ускорения предварительного наведения конструкций в проектное положение. Часть объемных строительных блоков 1 может быть снабжена балконными ограждениями 28 в зависимости от архитектурно-планировочного решения. Для монтажа объемных блоков 1 при возведении здания 25 применяют жесткую траверсу 18, телескопический подъемник 19, а для монтажа в роботизированном режиме транс-робот 20 с использованием приемников GPS, ГЛОНАСС, датчиков, меток или оптического «технического зрения» 21 для координации монтируемых элементов в пространстве. Вспомогательные и ограждающие элементы здания монтируют самоподъемными миникранами 22, монтаж объемных блоков в автоматизированном режиме осуществляют при помощи автоматизированного мачтового подъемника-манипулятора 23. Для монтажа объемных блоков 1 в роботизированном режиме применяют стреловой подъемник-манипулятор 24 и транс-робот 20 с использованием приемников GPS, ГЛОНАСС, или иных датчиков и меток для координации монтируемых элементов в пространстве. Монтаж многоэтажного здания 25 осуществляют на заранее подготовленный фундамент 26.
Строительство многоэтажных зданий 25 из объемных блоков 1 осуществляют на заранее подготовленный фундамент 26 следующим образом.
Объемные блоки 1 повышенной заводской готовности снабжают инженерными сетями и финишной отделкой, блоки соединяют между собой по горизонтали, так же, как и инженерные сети, а несущие стены 10 снабжают инженерными сетями и финишной отделкой, которые соединяют по вертикали, так же, как и инженерные сети, и размещают в центре здания, в качестве ядра жесткости здания, а также для размещения лестниц и лифтов, при этом отсутствует необходимость производства крупных строительных работ на строительной площадке и, соответственно, объем материала, используемый для строительства здания, может быть уменьшен. Кроме того, исключены наиболее трудоемкие и долгие и «мокрые» процессы, такие как бетонные и сварочные работы.
Строительные объемные блоки 1 поставляют на площадку в разобранном виде: пол 2 и потолок 6, несущие стены 10, которые снабжают инженерными сетями и финишной отделкой в заводских условиях, несущие колонны одноуровневые 3 или двухуровневые 4, в зависимости от архитектурно-планировочного решения, ограждающие панели 15 и стеклопакеты 16. Таким образом, в разобранном виде возможна перевозка на одном трейлере за рейс двух таких комплектов объемных блоков 1.
Объемные блоки 1 снабжают ограждающими панелями 15 и несущими стенами 10, которые устанавливают в заводских условиях в каждый блок, для большей жесткости и устойчивости каркаса многоэтажного здания, последующие объемные блоки 1 устанавливают через одноуровневые 3 или двухуровневые несущие колонны 4, которые устанавливают разного диаметра в зависимости от высотности здания и уровня этажа. Несущие колонны выполняют диаметром, обеспечивающим необходимую несущую способность здания в зависимости от планируемой этажности здания. При увеличении этажности соответственно увеличивают диаметр колонны, а при использовании колонн на верхних этажах уменьшают их диаметр. Для опирания двух смежных объемных блоков 1 используют одну колонну 3 или 4, что снижает количество используемых колонн и экономит материалы. Использование удлиненных двухуровневых несущих колонн 4 позволяет возводить двухуровневые апартаменты за счет исключения промежуточных строительных модулей пола и потолка. Следовательно, возможно увеличение горизонтальных и вертикальных пространств многоэтажных зданий 25, пригодных к эксплуатации, а также увеличивается площадь свободного пространства, необходимого для размещения мебели, оборудования и людей.
Нижний пояс 9 объемных блоков 1 и каркас несущих стен 10 выполняют структурным из металлических конструкций, в которых размещают и натягивают металлические канаты 11, что обеспечивает большую жесткость конструкции здания и повышает сейсмическую устойчивость. Для обеспечения жесткости конструкции здания из строительных объемных блоков 1 в центре здания устанавливают строительные несущие стены 10, которые снабжают инженерными сетями и финишной отделкой, соединяют по вертикали, так же, как и инженерные сети, и размещают в центре здания, в качестве ядра жесткости здания, а также для размещения лестниц и лифтов, в центре многоэтажного здания объемный блок 1 опирают на несущие стеновые модули 10, по периметру здания на несущие колонны 3 или 4. По аналогии монтируют все последующие этажи.
Объемные блоки 1 вышележащих этажей устанавливают на несущие колонны 3 или 4 нижележащих блоков. Ребра жесткости 13, жестко приваренные к планкам 7 несущих колонн 3 и 4, обеспечивают повышенную несущую способность и жесткость узлов и здания в вертикальном и горизонтальном направлении, совместно с несущими стенами 10. Кроме того, поскольку колонны 3 и 4 крепят к объемным блокам 1 не напрямую, а через металлические планки 7, с выполненными на них болтовыми отверстиями 12, с помощью направляющих штырей 5 и гаек 8, достигается высокая точность соединений и оперативность монтажа, обеспечивая тем самым максимальной прочности соединения между элементами здания.
На торцах объемных блоков 1 устанавливают крепления 14 в виде шип-гнездо для оперативного монтажа ограждающих панелей 15 и стеклопакетов 16. Во все монтируемые элементы, а именно объемные блоки 1, несущие колонны 3 и 4, ограждающие панели 15, стеклопакеты 16, несущие стены 10, а также в места их крепления устанавливают магниты 17 для ускорения предварительного наведения монтируемых конструкций в проектное положение. Установленные магниты 17 необходимы для оперативного наведения объемного блока 1 на несущие стены 10, объемного блока 1 на колонны 3 и 4, ограждающих панелей 15 и стеклопакетов 16 на крепления 14 на торцах объемных блоков 1. Такое исполнение позволяет использовать способ самофиксации объемных блоков 1 и монтируемых элементов 3, 4, 15, 16, 10 для закрепления их в проектном положении, особенно в закрытых помещениях, трудно просматриваемых монтажником или крановщиком. Взаимодействие в процессе монтажа направляющих штырей 5 и магнитов 17 образует надежное предварительное соединение, после чего закрепляют гайками 8 и освобождения захватов жесткой траверсы 18.
Для повышения несущей способности и унификации при повышении этажности многоэтажного здания 25 несущие колонны 3 и 4 выполняют из трубы, заполненной бетоном в заводских условиях, образуя так называемый трубобетон, на планках 7 и на несущих колоннах 3 и 4 формируют ребра жесткости 13, что обеспечивает жесткость узла.
Для монтажа объемных блоков 1 многоэтажного здания 25 применяют жесткую траверсу 18, вспомогательные монтируемые элементы здания устанавливают самоподъемными миникранами 22, которые крепят к колоннам 3, 4.
Для обеспечения всепогодности монтажа объемных блоков 1 применяют жесткую траверсу 18, прикрепленную к телескопическому подъемнику 19, автоматизированному мачтовому подъемнику-манипулятор 23, а для монтажа объемных блоков 1 в роботизированном режиме используют высотный стреловой подъемник-манипулятор 24, транс-робот 20 с использованием приемников GPS, ГЛОНАСС, оптического «технического зрения» или иных датчиков 21, которые встраивают в монтируемые элементы многоэтажного здания 25 или размещают на строительной площадке для координации монтируемых элементов 1, 3, 4, 15, 16, 10 в пространстве строительной площадки.
Автоматизированным мачтовым подъемником-манипулятором 23 управляют с вынесенного рабочего места оператора, а роботизированным высотным стреловым подъемником-манипулятором 24 и транс-роботом 20 с помощью специальной компьютерной программы ЭВМ, которая координирует перемещение блока по горизонтали и вертикали, монтаж элементов. Жесткую траверсу 18 и монтируемые элементы 1, 3, 4, 15, 16, 10 привязывают к координатной сетке в пространстве строительной площадки и многоэтажного здания 25. Для обеспечения точности установленных объемных блоков в них встраивают приемники GPS, ГЛОНАСС или иные датчики 21, которые также устанавливают во все края конструктивных элементов здания 25 и монтируемых элементов 1, 3, 4, 15, 16, 10, фундамента 26. Каждый датчик имеет привязку к системе координат. Смонтированный элемент соответствует точному положению объемного блока 1 или конструкции в смонтированном здании.
С помощью специальной компьютерной программы производят оцифровку размещения объемных модулей 1 стандартных размеров на уровне каждого этажа с привязкой положения каждого объемного модуля 1 и монтируемых элементов 3, 4, 15, 16, 10 по трем координатам х, у, z и трем углам α, β, γ к проекту многоэтажного здания и точкам на строительной площадке. При этом до начала работ каждое здание 25 с помощью компьютерной модели оцифровывается и привязывается каждой конструкцией и углом к местности строительной площадки. Исходной информацией для роботизированного высотного стрелового подъемника-манипулятора 24 и транс-робота 20 является файл с данными, содержащими информацию о координатной привязке объемных блоков 1 и элементов 3, 4, 15, 16, 10 в системе координат, полученными на этапе проектирования и введенными в программу ЭВМ для управления роботами 20, 24. Таким образом, монитор компьютера моментально отражает точность установки смонтированных элементов 3, 4, 15, 16, 10 и объемных блоков 1. Монтаж многоэтажного здания 25 осуществляют на заранее подготовленный фундамент 26, границы которого также привязывают к системе координат.
Автоматизированный мачтовый подъемник-манипулятор 23 и роботизированный высотный стреловой подъемник-манипулятор 24 представляют собой монтажную машину, конструктивно выполненную, например, на базе башенного передвижного крана или приставного подъемника с несколькими жесткими траверсами 18, которые представляют собой грузовые самоходные тележки с телескопическим захватом. Монтируемые элементы 1, 3, 4, 10, 15 или 16 захватывают жесткой траверсой 18 с приобъектного склада или с трейлера 27, расположенных в зоне действия монтажных машин. С помощью нескольких перемещающихся жестких траверс 18 производят непрерывный подъем монтируемых элементов на монтажный горизонт многоэтажного здания и установку в проектное положение с помощью жесткой траверсы 18. В результате непрерывной подачи модулей и монтируемых элементов в зону монтажа процесс из цикличного превращается в конвейерный, наличие нескольких перемещающихся жестких траверс 18 обеспечивает повышение производительности, сокращая продолжительность работ в два и более раза.
Такое техническое решение обеспечивает опускание одной жесткой траверсы 18 в зону складирования, ориентирование, жесткий захват монтируемого модуля 1, последующий подъем в зону монтажа. При этом вторая жесткая траверса 18 после окончания монтажного цикла разворачивается и опускается за очередным модулем.
Кроме того, поскольку элементы выступающего объемного блока 1 могут быть расположены снаружи трейлера и даже при содержании всех инженерных сетей имеют небольшую толщину, то одновременно возможна перевозка на трейлере двух полных комплектов объемных блоков 1, что снижает транспортные издержки.
Таким образом, заявляемый способ по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение оперативности монтажа и минимизирует продолжительность строительных процессов. Это достигается использованием высокоэффективных средств механизации, полносборностью и унификацией монтируемых элементов, эффективных средств наведения и крепления элементов, использованием дополнительных средств для обеспечения точности монтажа и компьютерных программ, управляющих роботизированными монтажными роботами.