СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗДАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УГЛОВЫХ СТЕНОВЫХ ПАНЕЛЕЙ И КОНСТРУКЦИЯ НЕСУЩЕЙ УГЛОВОЙ СТЕНОВОЙ ПАНЕЛИ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
BUILDING CONSTRUCTION METHOD USING ANGULAR WALL PANELS AND BEARING ANGULAR WALL PANEL FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам возведения зданий, сооружений с использованием несущих угловых стеновых панелей, и может быть применено при строительстве сборных малоэтажных зданий и сооружений.
Приведенное ниже описание относится к зданиям, изготовленным из дерева. Однако необходимо отметить, что данное изобретение может также применяться при возведении зданий из сборных конструкций, изготовленных из других материалов, например панелей, изготовленных из бетона.
Известен способ строительства здания с использованием угловых панелей (RU 2457298, Е04В 1/10, Опубл. 27.02.2012), включающий подготовку основания (межэтажного перекрытия) и присоединение множества плоских стеновых панелей к основанию (межэтажному перекрытию), присоединение множества угловых стеновых панелей к основанию (межэтажному перекрытию), крепление каждой плоской стеновой панели по меньшей мере к одной смежной угловой панели.
Недостатком известного способа является то, что угловые несущие панели устанавливаются и крепятся на основании (межэтажном перекрытии) до присоединения к плоским стеновым панелям, это приводит к тому, что в межпанельных соединениях образуются гарантированные зазоры, приводящие к необходимости применения дополнительных уплотнений, снижающих жесткость межпанельного соединения. Кроме того, в известном способе последовательность сборки стенового периметра вызывает необходимость применения межпанельного соединения в четверть, в закрой, которое имеет низкую поперечную жесткость. Поскольку последовательность и направленность поэтажной установки панелей в известном способе не регламентируется, то это приводит к вертикальному совпадению стыков соединений угловых и плоских панелей на смежных этажах, что также снижает жесткость конструкции здания. В известном способе применяются панели с малыми линейными размерами, что приводит к повышенному числу межпанельных стыков, снижающих прочность и сейсмостойкость здания.
Известен способ изготовления и сборки деревянных домов, строений и сооружений из деревоблоков (RU 2400604, Е04В 1/10, Опубл. 01.09.2009), в котором несущие стеновые панели состоят из блоков, склеенных из деревянных досок, уложенных и закрепленных в слоях под углом к смежным слоям и к оси блока. Известна также клеедощатая панель для сейсмостойкого строительства (RU 2535866, Е04С 2/10, Опубл. 20.12.2014), которая армирована продольными и поперечными стальными стяжками, с резьбой на концах, содержит упругие элементы, выполненные в виде предварительно сжатых пружин, гасящее динамические нагрузки распорное устройство в виде ромба с взаимовогнутыми пластинами, выполненными из пружинной стали.
Недостатком конструкции известных панелей является постоянная неоптимизированная жесткость по плоскости несущего щита, не учитывающая распределение и величину внутренних напряжений в теле несущего щита от направления и величины внешних расчетных нагрузок, действующих на углы и плоскость угловой стеновой панели, в зависимости от этажа и места расположения панели в стеновом периметре этажа здания. Кроме того, в конструкциях панелей отсутствуют объемные эффективные поглотители колебаний от динамических нагрузок, которые могут возникнуть с учетом сейсмозоны, грунтов и геподосновы места строительства здания, что снижает сейсмостойкость конструкции. Низкая жесткость конструктивного выполнения углов сопряжения стеновых панелей, отсутствие элементов конструкции, обеспечивающих надежное равнопрочное межпанельное соединение, также снижают прочность и сейсмостойкость конструкции здания.
Изобретение устраняет недостатки известных технических решений. Технический результат от использования заявляемого технического решения - это снижение трудоемкости, повышение производительности и скорости строительства, повышение прочности и сейсмостойкости возводимого здания и сооружения с использованием угловых стеновых панелей.
Технический результат достигается тем, что в способе строительства здания с использованием угловых стеновых панелей, включающем подготовку основания (межэтажного перекрытия) и присоединение множества плоских стеновых панелей к основанию (межэтажному перекрытию), присоединение множества угловых стеновых панелей к основанию (межэтажному перекрытию), крепление каждой плоской стеновой панели по меньшей мере к одной смежной угловой панели, производят последовательную поэтажную установку несущих стен из стеновых панелей начиная с угловой стеновой панели Г-образной формы в направлении, противоположном по отношению к последовательной установке стеновых панелей на предыдущем этаже, при этом угловые панели Г-образной формы предварительно монтируют на каждом этаже длинной стороной по направлению последовательной установки на цилиндрические штыри, по одному на каждую стеновую панель Г-образной формы, штыри установлены на основании (межэтажном перекрытии) в точке пересечения продольной оси несущего стенового периметра этажа и вертикальной оси межпанельного стыка, затем к свободно опертой угловой панели Г-образной формы присоединяют в шпунт плоскую стеновую панель и плотно стягивают межпанельный стык быстромонтируемыми резьбовыми соединениями (БРС) с заданной, по условию равнопрочности, величиной усилия прижатия в стыках между панелями, затем последовательно собранный периметр несущей стены этажа скрепляют посредством БРС с основанием.
Кроме того, последовательную установку несущего стенового периметра первого этажа здания производят с использованием укрупненных стеновых угловых панелей П-образной формы, Z-образной формы, собранных в заводских условиях и транспортируемых на строительную площадку автотранспортом, причем межугловую длину стеновых панелей П- и Z-образной формы варьируют от 4,5 метров до 12,0 метров в зависимости от заданной по проекту длины стены здания, а длину короткой стороны угловых стеновых панелей П- и Z-образной формы выбирают из условия автотранспортного габарита, при этом монтаж несущей стены начинают с установки угловых стеновых панелей Z-образной формы на стальные цилиндрические штыри, предварительно смонтированные на основании по одному штырю в углу, в точке пересечения горизонтальных продольных осей симметрии сопряженных несущих щитов панели, затем к свободно опертым стеновым панелям Z-образной формы присоединяют в шпунт плоские стеновые панели, плотно стягивают быстромонтируемыми резьбовыми соединениями (БРС) с заданной, по условию равнопрочности, величиной усилия прижатия в стыках между панелями, окончательное замыкание периметра несущей стены производят присоединением в шпунт угловых стеновых панелей П-образной формы к свободным сторонам плоских стеновых панелей, затем собранный периметр несущей стены скрепляют посредством БРС с основанием, при этом стеновые панели П-образной формы предварительно устанавливают на основание на стальные цилиндрические штыри, по одному на каждую П-образную стеновую панель, штыри располагают по оси вертикальной симметрии П-образных стеновых панелей.
Технический результат достигается тем, что в известной конструкции несущей угловой стеновой панели для осуществления способа, состоящей из несущих многослойных щитов склеенных из деревянных досок, армированных продольными и поперечными стальными стяжками, на внешнюю сторону несущих щитов смонтирован теплоизоляционный слой с вентилируемым фасадом, несущие щиты предварительно напряжены посредством дополнительного пространственного армирующего каркаса, выполненного из предварительно растянутой, до заливки клеем и сборки слоев шита, стеклокомпозитной стержневой арматуры диаметром 8,0-:-16 мм, причем стержневая арматура проложена в каналах треугольного сечения, образуемых при сборке досок, на боковых ребрах которых выполнены продольные фаски, причем щит склеен из по крайней мере трех типов слоев досок, при этом доски центрального слоя расположены горизонтально, соединение досок пластевое впритык, в разбежку, доски внешних слоев расположены вертикально, соединение досок в шпон.
max
min
max
min
Кроме того, толщина Н досок центрального слоя растет по мере удаления от верхней торцевой плоскости щита, достигает максимума H/H=4,0-:-6,5 в продольной плоскости симметрии щита и монотонно уменьшается по мере приближения к нижней торцевой поверхности щита, ширина досок В внешних слоев минимальна у вертикальных торцевых поверхностей щита и максимальна по вертикальной плоскости симметрии щита B/B=2,5-:-4,5, при этом пространственная структура напряженного каркаса и объемное напряженно-деформированное состояние щита оптимизированы по отношению к направлению и величине внешних расчетных нагрузок, действующих на углы и плоскость угловой стеновой панели, в зависимости от этажа и места расположения панели в стеновом периметре этажа, соответственным к Hi и Bi изменяющимся шагом укладки продольных и поперечных арматурных стержней и соответствующим монотонным изменением толщины укладываемых арматурных стержней от диаметра 16 мм в области контура щита до диаметра 8 мм в центральной области щита, на основе результатов расчетов статической 3D модели (РСМ) и расчетной динамической 3D модели (РДМ) конструкции здания в соответствии с граничными условиями сейсмозоны, типа фунтов и геоподосновы строительства здания.
Кроме того, в углах вертикальных сторон и по периметру собранных Г-, Z-, П-образных угловых панелей выполнены выборки, в которые смонтированы коробчатые стальные конструкции, во внутренних смежных стенках которых выполнены отверстия под резьбовое крепление стальных стяжек, в стенках, плоскость которых совпадает с плоскостью периметра угловой стеновой панели, выполнены пазы под монтаж быстромонтируемого резьбового соединения (БРС),
Кроме того, в двух стальных коробчатых конструкциях, расположенных на верхней плоскости периметра угловой панели, равноудаленных от центра масс угловой панели, дополнительно установлены грузозахватные серьги с возможностью подъема угловой панели грузоподъемными механизмами.
Кроме того, углы в стеновых панелях собраны в шип по центральному слою щитов, углы в стеновых панелях усилены гнутым стальным угловым профилем и вертикальным нагелем, выполненным из стальной трубы, продольная ось которого проходит через точку пересечения горизонтальных продольных осей симметрии сопряженных щитов панели, гнутый стальной угловой профиль притянут к углу сопряжения несущих щитов стальными стяжками.
Кроме того, стеновая панель выполнена в виде конструкции типа «сэндвич» и состоит из сопряженных в шип внутренних несущих склеенных щитов, наружных фасадных щитов, выполненных из влагостойкого материала, пространство между несущими и фасадными щитами заполнено эффективным объемным поглотителем динамических нагрузок, например отвержденным вспененным полиуретаном, толщина полиуретана задана соединительными вставками, смонтированными между щитами двух типов, при этом несущие щиты склеены из деревянных досок, расположенных горизонтально, соединение досок пластевое впритык, в разбежку, на внутреннюю и наружную поверхности несущих щитов нанесена сетка пазов V-образной формы сечения, в которых уложен и залит компаундом дополнительный напряженный армирующий каркас из стержневой стеклокомпозитной арматуры диаметром 8,0-:-16,0 мм, на внутреннюю сторону несущих щитов смонтирован гипсокартон.
Кроме того, в слое эффективного объемного поглотителя динамических нагрузок проложены трубки диаметром 18-:-45 мм с торцевыми заглушками, трубки выполнены из эластомера, например Spandex, Elastan, Lycra, и др. и заполнены сыпучим наполнителем, например песком, повышающим коэффициент поглощения колебаний от возможных динамических нагрузок несущих стеновых панелей в конструкции здания.
На Фиг. 1 показаны направления и последовательность 1′′-:-12′′ поэтажной сборки стенового периметра второго этажа с использованием угловых стеновых панелей Г-образной формы; на Фиг. 2 показаны направления и последовательность 1′′′-:-12′′′ поэтажной сборки стенового периметра третьего этажа с использованием угловых стеновых панелей Г-образной формы; на Фиг. 3, 4, 5 показана последовательность сборки первого этажа здания с использованием угловых стеновых панелей П-, Z-образной формы; на Фиг. 6 показан Вид А на угол трехэтажного здания; на Фиг. 7 - разрез Б-Б; на Фиг. 8 - разрез В-В; на Фиг. 9 - Вид Б; на Фиг. 10 показано место I; на Фиг. 11 - Вид Г; на Фиг. 12 - разрез Д-Д; на Фиг. 13 показана схема строповки угловой стеновой панели Г-образной формы; на Фиг. 14 показано сечение панели с эффективным объемным поглотителем; на Фиг. 15 показана сборка межпанельного стыка БРС; на Фиг. 16 показан Вид Д; на Фиг. 17 - место II.
Способ строительства здания с использованием угловых стеновых панелей заключается в следующем.
Перед сборкой здания на заводе изготавливают комплекты стеновых панелей и межэтажных перекрытий на все этажи, которые затем на автотранспорте привозят на строительную площадку для монтажа. Габаритные размеры стеновых панелей, соответствующие высоте этажа и длине стен, их высокая заводская готовность обеспечивают легкую и быструю поэтажную сборку. Строительство здания начинают с подготовки основания 1 (Фиг. 6) и установки на нем цилиндрических штырей 21 вдоль стенового периметра 4 (Фиг. 1). Производят последовательную 1′′′-:-12′′′ (Фиг. 2) поэтажную установку несущих стен из стеновых панелей начиная с угловой стеновой панели Г-образной формы 2 в направлении противоположном по отношению к последовательной установке 1′′-:-12′′ (Фиг. 1) стеновых панелей на предыдущем этаже, при этом угловые панели Г-образной формы 2 предварительно монтируют на каждом этаже длинной стороной по направлению последовательной установки на цилиндрические штыри 21 (Фиг. 17), по одному на каждую стеновую панель Г-образной формы 2, штыри 21 установлены на основании 1 (межэтажном перекрытии) в точке пересечения продольной оси несущего стенового периметра 4 этажа и вертикальной оси межпанельного стыка (Фиг. 17), затем к свободно опертой угловой панели Г-образной формы 2 присоединяют в шпунт плоскую стеновую панель 3 и плотно стягивают межпанельный стык быстромонтируемыми резьбовыми соединениями (БРС) 7 (Фиг. 7) с заданной, по условию равнопрочности, величиной усилия прижатия в стыках между панелями, затем последовательно собранный периметр несущей стены этажа скрепляют посредством БРС 7 с основанием 1. БРС 7 состоит из упругой стальной струбцины, выполненной из U-образной полосы с заданными параметрами жесткости (Фиг. 11, 12). Прижимные плечи 22, 23 струбцины соединены болтом 24. Болт 24 фиксируется стопорной шайбой 25 с лапкой по DIN93. При монтаже БРС 7 между головкой болта 24 и фиксирующей шайбой 25 устанавливается зазор Z=6-:-8 мм (Фиг. 15). Прижимная заданная жесткость БРС 7 равна 30-:-45 кг/мм и поскольку зазор между прижимными плечами струбцины выполнен на 3-:-5 мм меньшим толщины сопряженных пластин межпанельного стыка, то при монтаже БРС 7 в паз, торцевые фаски 26, 27 прижимных плеч 22 и 23 струбцины в начальный момент упираются в торцевые фаски 28, 29 сопряженных пластин межпанельного стыка (Фиг. 15). При помощи двух-трех ударов молотка межпанельный стык быстро и легко собирают с заданным усилием прижатия БРС 7 в одном соединении 135-:-150 кг, что составляет 0,2-:-0,25 от расчетного по условию равнопрочности усилия прижатия, которое создается при последующем затягивании болта 24. Быстромонтируемое резьбовое соединение 7 позволяет легко и быстро за 10-:-15 минут собрать межпанельный стык.
Для повышения несущей способности и жесткости стенового периметра первого этажа последовательную установку несущего стенового периметра первого этажа здания производят с использованием укрупненных стеновых угловых панелей П-образной формы 6, Z-образной формы 5 (Фиг. 3, 4, 5), собранных в заводских условиях и транспортируемых на строительную площадку автотранспортом, причем межугловую длину стеновых панелей 6 и 5 П- и Z-образной формы варьируют от 4,5 метров до 12,0 метров в зависимости от заданной по проекту длины стены здания, а длину короткой стороны угловых стеновых панелей 6 и 5 П- и Z-образной формы выбирают из условия автотранспортного габарита, при этом монтаж несущей стены начинают с установки угловых стеновых панелей 5 Z-образной формы на стальные цилиндрические штыри 21, предварительно смонтированные на основании 1 по одному штырю в углу, в точке пересечения горизонтальных продольных осей симметрии сопряженных несущих щитов панели (Фиг. 7), затем к свободно опертым стеновым панелям 5 Z-образной формы присоединяют в шпунт плоские стеновые панели 3, плотно стягивают быстромонтируемыми резьбовыми соединениями 7 (БРС) с заданной, по условию равнопрочности, величиной усилия прижатия в стыках между панелями, окончательное замыкание периметра несущей стены производят присоединением в шпунт угловых стеновых панелей 6 П-образной формы к свободным сторонам плоских стеновых панелей 3, затем собранный периметр несущей стены скрепляют посредством БРС 7 с основанием 1, при этом стеновые панели 6 П-образной формы предварительно устанавливают на основание 1 на стальные цилиндрические штыри 21, по одному на каждую П-образную стеновую панель 6, штыри 21 располагают по оси вертикальной симметрии П-образных стеновых панелей 6. Поскольку угловые стеновые панели устанавливаются на основание (межэтажное перекрытие), каждая, только на один цилиндрический штырь, то это позволяет компенсировать их неточности изготовления и установки угловыми перемещениями торцов собираемых панелей и обеспечить плотную надежную сборку межпанельного стыка.
Встречные, по направлениям, последовательности 1′′-:-12′′ и 1′′′-:-12′′′ поэтажной сборки несущих стеновых периметров обеспечивают вертикальное поэтажное смещение межпанельных стыков (Фиг. 6), повышающее жесткость и сейсмостойкость конструкции здания.
max
min
max
min
i
i
Конструкция несущей угловой стеновой панели для осуществления способа состоит из несущих многослойных щитов, склеенных из деревянных досок, армированных продольными и поперечными стальными стяжками 9 (Фиг. 7), на внешнюю сторону несущих щитов смонтирован теплоизоляционный слой 14 с вентилируемым фасадом 15 (Фиг. 8). Несущие щиты предварительно напряжены посредством дополнительного пространственного армирующего каркаса, выполненного из предварительно растянутой, до заливки клеем и сборки слоев шита, стеклокомпозитной стержневой арматуры 16 диаметром 8,0-:-16 мм, причем стержневая арматура 16 проложена в каналах треугольного сечения, образуемых при сборке досок, на боковых ребрах которых выполнены продольные фаски, причем щит склеен из по крайней мере трех типов слоев досок, при этом доски центрального слоя 12 расположены горизонтально, соединение досок пластевое впритык, в разбежку, доски внешних слоев 13 расположены вертикально, соединение досок в шпон. Толщина Н досок центрального слоя 12 растет по мере удаления от верхней торцевой плоскости щита достигает максимума H/H=4,0-:-6,5 в продольной плоскости симметрии щита и монотонно уменьшается по мере приближения к нижней торцевой поверхности щита (Фиг. 9), ширина досок В внешних слоев 13 минимальна у вертикальных торцевых поверхностей щита и максимальна по вертикальной плоскости симметрии щита B/B=2,5-:-4,5, при этом пространственная структура напряженного каркаса и объемное напряженно-деформированное состояние щита оптимизированы по отношению к направлению и величине внешних расчетных нагрузок, действующих на углы и плоскость угловой стеновой панели, в зависимости от этажа и места расположения панели в стеновом периметре этажа, соответственным к H и B изменяющимся шагом укладки продольных и поперечных арматурных стержней и соответствующим монотонным изменением толщины укладываемых арматурных стержней 16 от диаметра 16 мм в области контура щита до диаметра 8 мм в центральной области щита, на основе результатов расчетов статической 3D модели (РСМ) и расчетной динамической 3D модели (РДМ) конструкции здания в соответствии с граничными условиями сейсмозоны, типа грунтов и геоподосновы строительства здания. Для повышения сейсмостойкости здания необходимо выполнение условия совпадения центра тяжести и центра жесткости здания. Центр жесткости определяется исходя и горизонтальных жесткостей сейсмостойких элементов, в нашем случае несущих стен, тогда для повышения сейсмостойкости необходимо оптимизировать несущие угловые стеновые панели с минимизацией их веса при одновременном увеличении жесткости как в плоскости стеновой панели, так и в углах конструкции. Эта оптимизация в данном случае решается перераспределением элементов жесткости в углах и по периметру конструкции стеновой панели. Это позволяет существенно увеличить жесткость и прочность несущей стеновой панели при сохранении или уменьшении ее веса на единицу площади. На повышение сейсмостойкости здания также существенное влияние имеет прочность и надежность межпанельных соединений, для этого в углах вертикальных сторон и по периметру собранных Г-, Z-, П-образных угловых панелей 2, 5, 6 выполнены выборки, в которые смонтированы коробчатые стальные конструкции 8 (Фиг. 10), во внутренних смежных стенках которых выполнены отверстия под резьбовое крепление стальных стяжек 9 (Фиг. 7), в стенках, плоскость которых совпадает с плоскостью периметра угловой стеновой панели, выполнены пазы под монтаж быстромонтируемого резьбового соединения 7. БРС 7 повышает надежность межпанельного соединения. Так, даже в случае превышения предельно допустимой нагрузки на болтовое соединение, которое может привести к пластической деформации болта 24 и его разрушению, упругое прижатие БРС 7 и в этом случае сохранится и предотвратит раскрытие межпанельного стыка, не допустит разрушения здания.
Для повышения точности и надежности монтажных работ с применением грузоподъемных механизмов в двух стальных коробчатых конструкциях 8, расположенных на верхней плоскости периметра угловой панели, равноудаленных от центра масс угловой панели, дополнительно установлены грузозахватные серьги 17 (Фиг. 13) с возможностью подъема угловой панели автокраном.
Углы в стеновых панелях 2, 5, 6 собраны в шип по центральному слою 12 щитов, усилены гнутым стальным угловым профилем 11 и вертикальным нагелем 10, выполненным из стальной трубы, продольная ось которого проходит через точку пересечения горизонтальных продольных осей симметрии сопряженных щитов панели, гнутый стальной угловой профиль 11 притянут к углу сопряжения несущих щитов стальными стяжками 9 (Фиг. 16).
Для повышения сейсмостойкости здания стеновые угловые панели 2, 5, 6 выполнены в виде конструкции типа «сэндвич» (Фиг. 14) и состоят из сопряженных в шип внутренних несущих склеенных щитов 12, наружных фасадных щитов 15, выполненных из влагостойкого материала, пространство между несущими 12 и фасадными щитами 15 заполнено эффективным объемным поглотителем динамических нагрузок 14, например отвержденным вспененным полиуретаном. Толщина полиуретана задана соединительными вставками, смонтированными между щитами двух типов, при этом несущие щиты 12 склеены из деревянных досок, расположенных горизонтально, соединение досок пластевое впритык, в разбежку, на внутреннюю и наружную поверхности несущих щитов 12 нанесена сетка пазов V-образной формы сечения, в которых уложен и залит компаундом дополнительный предварительно напряженный армирующий каркас из стержневой стеклокомпозитной арматуры 16 диаметром 8,0-:-16,0 мм, на внутреннюю сторону несущих щитов 12 смонтирован гипсокартон 18.
В слое эффективного объемного поглотителя динамических нагрузок 14 проложены трубки 19 диаметром 18-:-45 мм с торцевыми заглушками, трубки 19 выполнены из эластомера, например Spandex, Elastan, Lycra и др., и заполнены сыпучим наполнителем 20, например песком, повышающим коэффициент поглощения колебаний от возможных динамических нагрузок несущих стеновых панелей 2,5,6 в конструкции здания.
Таким образом, технический результат от предлагаемого изобретения - снижение трудоемкости, повышение производительности и скорости строительства, повышение прочности и сейсмостойкости возводимого здания и сооружения с использованием угловых стеновых панелей.