Быстровозводимое сооружение на базе пневматической опалубки

Вестник Воронежского института ГПС МЧС России

УДК 69.033.6

БЫСТРОВОЗВОДИМОЕ СООРУЖЕНИЕ НА БАЗЕ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ОПАЛУБКИ

И.В. Михневич, С.Д. Николенко

Рассматриваются существующие быстровозводимые сооружения и область их применения, кратко описывается их конструкция и используемые материалы, отмечаются преимущества и недостатки каждого вида. Исследуются сооружения, в основе которых лежит пневматическая опалубка. Анализируются подобные конструкции и технологии их возведения на основе существующих авторских свидетельств и патентов, с описанием недостатков. На основе проведенных исследований предложена конструкция, в которой решены существующие проблемы. Результатом работы стал патент «Быстровозводимое сооружение на базе пневматической опалубки».

Ключевые слова: быстровозводимое сооружение, чрезвычайная ситуация, пневматическая опалубка, фибробетон, перфорированные трубки, затворение.

Введение. Существующие тенденции в строительстве наглядно показывают необходимость строительства временных сооружений, к которым можно отнести быстровозводимые и мобильные комплексы.

Основными недостатками капитальных строений являются длительные сроки строительства, значительные финансовые и трудовые затраты при возведении и т.д. Быстровозводимые и мобильные комплексы лишены подобных недостатков и отличаются следующими преимуществами: возможность быстрого монтажа, возможность доставки в зону строительства существующими серийными видами автомобильного, железнодорожного, водного и воздушного транспорта. В настоящее время используют следующие виды и типы таких сооружений: контейнерные, сборно-разборные,

пневматические, тентовые, на основе пневматических опалубок [1].

Подобные сооружения целесообразно использовать для:

- ускоренного строительства;

- строительства объектов в труднодоступных регионах;

- оперативного обустройства строителей и геологов;

- временного расквартирования войск;

- ускоренное обустройство спасателей;

- обеспечение населения объектами для временного размещения при возникновении ЧС.

Контейнерные сооружения получили широкое распространение на строительных площадках в качестве бытовок; при разведке и добыче полезных ископаемых, в качестве жилых и хозяйственнобытовых помещений; на режимных объектах, в качестве КПП. Блок-контейнеры (БК) имеют панельное решение, каркас панелей выполнен из стальных труб или деревянных брусков, обшитых с внешней стороны стальным листом, а с внутренней древес-

но-волокнистой плитой либо пластиком. В качестве утеплителя используются полистирольные блоки, закладываемые в пространство между обшивкой. Сооружения данного вида характеризуются такими достоинствами, как высокая степень заводской готовности конструкции объемного блока, сокращающая трудоемкость монтажа, высокое качество конструкций и соединений и др. Недостатками данных сооружений являются: невозможность организации большепролетных помещений, необходимость использования тяжелого кранового оборудования при монтаже и демонтаже, значительные экономические затраты при транспортировке по сравнению со сборно-разборными и т.д.

Сборно-разборные сооружения выполняются по стоечно-панельным и каркасно-панельным схемам. Они состоят из ограниченного количества унифицированных элементов (стойки, рамы, панели перекрытий и стен и т.д.). В качестве панелей используются трехслойные конструкции с деревометаллическим или древесным каркасом, обшитые листовым материалом из металла, древесины, цементно-стружечных плит и других. Для заполнения стенового пространства используются различные утеплители. Положительными сторонами подобных сооружений являются: универсальность конструкции, позволяющая строить сооружения различного назначения; простота монтажа и демонтажа даже необученным персоналом; взаимозаменяемость любого элемента в процессе эксплуатации; высокие экономические показатели при транспортировке, высокая степень оборачиваемости. Среди недостатков можно назвать невозможность ручного монтажа; высокий удельный вес из-за большого количества используемого металла, что приводит к удорожанию; невозможность передислокации при отсутствии инфраструктуры.

Достаточно широкое распространение получили тентовые и каркасно-тентовые сооружения,

41

Выпуск 1(18), 2016

преимуществами которых являются: легкость конструкций, простота монтажа, увеличенная по сравнению с рассмотренными сооружениями оборачиваемость, сейсмостойкость, низкие затраты при транспортировке.

Использование пневматических сооружений вместо капитальных традиционных сооружений происходит в моменты, когда сроки строительства ограничены часами или сутками и срок эксплуатации непродолжителен. Возможность их легкой передислокации и короткие сроки возведения определили область использования данных сооружений как сооружений «полевого» типа. Однако в настоящее время количество стационарных пневматических объектов исчисляется тысячами. В зарубежной практике такие сооружения получили широкое распространение в качестве мобильных воинских комплексов; экстренных жилых и общественных зданий при ЧС различного характера; складских площадей; покрытий спортивных комплексов; специальные сооружения. Положительные стороны используемых пневматических сооружений это: высокий темп монтажа, сравнимый или даже превосходящий тентовые сооружения; простота транспортировки любым доступным видом транспорта; низкая стоимость и т.д. Из недостатков стоит отметить низкую прочность, необходимость поддержания определенного давления под оболочкой, высокие теплопотери в холодное время года, что приводит к дополнительным затратам [2].

а

Общим недостатком данных сооружений можно признать низкую защиту укрываемых людей и материальных средств от стихийных бедствий и воздействия различными колющими, режущими предметами и др.

Значительное развитие в области народного хозяйства получили сооружения, возведенные с помощью пневматической опалубки. Данные конструкции обычно имеют арочную форму и изготовлены из бетона. Сроки их возведения значительно ниже, чем у капитальных строений.

Строительство таких сооружений начинается с устройства фундамента, на котором расправляется и закрепляется пневматическая опалубка. Дальнейшее возведение возможно двумя способа.

Первый заключается в укладке арматуры, закреплении бетонных плит и выравнивании свежеуложенного бетона на поверхности опалубки, после проведения подготовительных работ во внутреннюю полость опалубки под давлением подается воздух до принятия проектного положения. После принятия проектного положения вся конструкция выдерживается до набора проектной прочности, затем производят распалубливание конструкции и производство дополнительных работ. Недостатком данного способа является неконтролируемая деформация бетонной смеси при подъеме сооружения и сползание бетонной смеси. Для снижения сползания свежеуложенной смеси, после ее укладки она укрывается «покрывалом» из пленочного материала (рис.1).

/ 2 ]

—\—х---------/-------------.

б

Рис.1. Схематические этапы возведения сооружения с помощью пневматической опалубки (вразрезе). где а - исходного положения опалубки; б - опалубка перед подъемом; в - готовое сооружение; 1 - фундамент, 2 - опалубка, 3 - армированный бетон.

Второй способ состоит в использовании специальных торкрет-установок, для нанесения бетона на поверхность приведенной в проектное положение опалубки методом торкретирования, после набора прочности с опалубкой поступают также как в первом способе. Данный способ более трудоемок, чем предыдущий, требует использования подъемных средств для нанесения торкретбетона на верхние участки опалубки, кроме того процесс нанесе-

ния бетона должен производиться с минимальными разрывами во времени, а уложенный бетон должен защищаться от преждевременного высыхания. Помимо этого при торкретировании происходят потери строительного материала в результате «отскока» частиц от поверхности опалубки. [3]

Положительными сторонами сооружений возведенных с помощью пневматической опалубки являются: высокие прочностные качества, превы-

42

Вестник Воронежского института ГПС МЧС России

шающие другие вышеописанные быстровозводимые сооружения; сниженные сроки возведения по сравнению с капитальными строениями; высокая оборачиваемость пневматической опалубки; возможность возведения протяженных сооружений.

Из вышесказанного видно, что ни одно из вышеназванных быстровозводимых сооружений в полной мере не удовлетворяет современным техническим требованиям.

Разработка сооружения на базе пневматической опалубки. На основании проведенного анализа было принято решении о проведении исследований по совершенствованию существующих сооружений на базе пневматической опалубки. Как отмечено ранее одним из основных недостатков возведения таких сооружений является сползание бетонной смеси в процессе подъема их в проектное положение.

Данный недостаток был устранен в изобретении «Пневматическая опалубка для быстрого возведения сооружения» авторов С.Д.Николенко, В.В.Мамулина, М.В.Леонтьева. Отличительной особенностью данного изобретения является наличие двух газопроницаемых оболочек и перфорированных трубок, через которые происходит заполнение полости, образуемой между оболочками, смоляной смесью. [4] Данный способ значительно сокращает трудоемкость и сроки возведения.

Дальнейшее развитие такого рода быстровозводимых сооружений шло по пути возможного использования бетона в качестве несущих конструкций, так была предложена конструкция пневматической опалубки для быстрого возведения сооружения, где в качестве заполнителя межоболочного пространства было предложено использование сухой фибробетонной смеси, затворямой через перфорированные трубки, расположенные также в межоболочном пространстве, жидкостью не содержащей вяжущее, после принятия сооружением проектного положения. Но, учитывая возможные длительные сроки хранения до момента использова-

ния, данное изобретение имело значительный недостаток в виде слеживания и потери активности цемента в течение времени хранения.

Данный недостаток призвано решить изобретение С.Д.Николенко и Д.А.Казакова «Сооружение, возведенное на несъемной пневматической опалубке», в котором предлагается отказаться от использования цемента в межоболочном пространстве в пользу использования в качестве затворяющей жидкости цементного молочка. Кроме того оболочки выполняются из гидрофобного материала, а на наружной поверхности сооружения появляются патрубки отсоса воздуха, что позволяет воздуху и несвязанной жидкости беспрепятственно покидать межоболочное пространство. [5] Данное изобретение позволяет значительно увеличить сроки хранения произведенного сооружения до момента возможного использования.

Все вышеописанные сооружения требуют устройства фундамента, приводящего к дополнительным финансовым и трудовым затратам, что является негативным фактором в условиях наступившей чрезвычайной ситуации (ЧС). Для дальнейшего усовершенствования конструкции сооружения было решено отказаться от фундамента, играющего роль элемента воспринимающего не только вертикальную нагрузку от веса сооружения, но и распорную нагрузку, возникающую в основании свода арочного сооружения. В результате было принято решение использовать гибкое основание, которое герметично крепится к оболочкам сооружения, составляя единое целое, кроме того подобное основание позволяет беспрепятственно складывать сооружение для транспортирования.

Результатом данного исследования стало изобретение «Быстровозводимое сооружение на базе пневматической опалубки», состоящее из двух оболочек, герметично закрепленных на гибком основании, расположенные на фиксированном расстоянии между собой, при помощи гибких связей (рис.2).

а

Рис.2. Быстровозводимое сооружения на базе пневматической опалубки. где а - вид сложенного сооружения: H - высота, B - ширина, L - длина, 1 - строповочные петли, 2 - сооружение; б - конструкция сооружения (разрез): 1- внешняя оболочка; 2 - гибкие связи; 3 - сухая смесь; 4 - перфорированные трубки;

5 - внутренняя оболочка; 3 - возведенное сооружение (разрез):

1 - гибкое основание, 2 - винтовые анкеры, 3 - затворенная смесь с оболочками.

43

Выпуск 1(18), 2016

Пространство между оболочками заполнено сухой фиброармированной смесью, в которой на определенном расстоянии расположены перфорированные трубки, позволяющие полностью затворять ее. Сооружение доставляется к месту монтажа в свернутом виде автомобильным, железнодорожным, и др. видами транспорта. Затем сооружение разворачивается и крепится винтовыми анкерами к предварительно выровненному грунту. Во внутреннее пространство подается газ (воздух), до принятия сооружением проектного положения, после чего происходит подача затворяющей жидкости через патрубки в перфорированные трубки. После полного затворения смеси во внутреннюю полость сооружения нагнетают дополнительное количество газа, с одновременным удалением воздуха и несвязанной жидкости из межоболочного пространства через патрубок отсоса, что позволяет дополнительно уплотнить затворенную смесь и заполнить объ-

Библиографический список

1. Николенко С.Д., Михневич И.В. Сравнительный анализ быстровозводимых сооружений для использования в ЧС / С.Д. Николенко, И.В. Михневич // Инженерные системы и сооружения. - 2013. -№4(13). - С. 43-48.

2. Теория и практика использования быстровозводимых зданий в обычных условиях и чрезвычайных ситуациях в России и за рубежом [Электронный ресурс] / А.Н. Асаул [и др.].— Электрон. текстовые данные.- СПб.: Институт проблем экономического возрождения, Гуманистика, 2004.— 368 с.

3. Болотских Л.В., Технология торкретирования бетонной смеси на вертикальные поверхности пневмоопалубок: дисс. на соискание ученой степени канд. тех. наук / Л.В. Болотских. - Воронеж, 2003. -192 с.

4. А.с. № 1738974 А1 СССР, кл. Е 04 G 11/04. Пневматическая опалубка для быстрого возведения сооружения / С.Д. Николенко, В.В. Мамулин, М.В. Леонтьев. Бюл. № 21, 1992. - 2 с.

5. Пат. 2371555. Российская Федерация. Сооружение, возведенное на несъемной опалубке [Текст]

/ С.Д. Николенко, Д.А. Казаков. Бюл. №30, 2009. - 4 с.

6. Пат. 2415237. Российская Федерация. Быстровозводимое сооружение на базе пневматической опалубки [Текст] / С.Д. Николенко, Д.А. Казаков, И.В. Михневич. Бюл. №9, 2011. - 4 с.

ем между оболочками. В дальнейшем внешняя оболочка сооружения выполняет роль кровли, а внутренняя - роль отделки, гибкое основание служит полом сооружения. [6] После набора бетоном проектной прочности в оболочке выпиливаются необходимые технологические проемы (двери, окна, ворота). В случае использования сооружения в условиях пониженных температур возможно нанесение на внутреннюю оболочку теплоизолирующего материала, например вспененного полистирола.

Выводы. Таким образом на основании проведенных исследований была разработана конструкция быстровозводимого сооружения. На предложенную конструкцию был получен патент. В настоящее время ведутся исследования по дальнейшему усовершенствованию конструкции и технологии возведения быстровозводимого сооружения.

References

1. Nikolenko S.D., Mihnevich I.V. Sravnitel'nyj analiz bystrovozvodimyh sooruzhenij dlja ispol'zovanija v ChS / S.D. Nikolenko, I.V. Mihnevich // Inzhenernye sistemy i sooruzhenija. - 2013. - №4(13). - S. 43-48.

2. Teorija i praktika ispol'zovanija

bystrovozvodimyh zdanij v obychnyh uslovijah i chrezvychajnyh situacijah v Rossii i za rubezhom [Jelektronnyj resurs] / A.N. Asaul [i dr.].— Jelektron. tekstovye dannye.- SPb.: Institut problem

jekonomicheskogo vozrozhdenija, Gumanistika, 2004.— 368 c.

3. Bolotskih L.V., Tehnologija torkretirovanija betonnoj smesi na vertikal'nye poverhnosti pnevmoopalubok: diss. na soiskanie uchenoj stepeni kand. teh. nauk / L.V. Bolotskih. - Voronezh, 2003. -192 s.

4. A.s. № 1738974 A1 SSSR, kl. E 04 G 11/04. Pnevmaticheskaja opalubka dlja bystrogo vozvedenija sooruzhenija / S.D. Nikolenko, V.V. Mamulin, M.V. Leont'ev. Bjul. № 21, 1992. - 2 s.

5. Pat. 2371555. Rossijskaja Federacija. Sooruzhenie, vozvedennoe na nes'emnoj opalubke [Tekst] / S.D. Nikolenko, D.A. Kazakov. Bjul. №30, 2009. - 4 s.

6. Pat. 2415237. Rossijskaja Federacija. Bystrovozvodimoe sooruzhenie na baze pnevmaticheskoj opalubki [Tekst] / S.D. Nikolenko, D.A. Kazakov, I.V. Mihnevich. Bjul. №9, 2011. - 4 s.

44

Вестник Воронежского института ГПС МЧС России

PRE-FABRICATED CONSTRUCTION BASED ON PNEUMATIC FORMWORK

The introduction discusses the existing prefabricated structures and scope. Briefly describe their design and the materials used, there are advantages and disadvantages of each type. In the main part of the article explores the structures, which are based on pneumatic formwork. Analyses of similar design and technology of erection on the basis of existing copyrights and patents, with a description of their shortcomings. On the basis of the research the proposed design, in which solved the existing problems. The result was a patent "preFabricated construction based on pneumatic formwork".

Keywords: prefabricated construction, emergency, pneumatic formwork, fiber-reinforced concrete, perforated tube, mixing.

Михневич Игорь Викторович,

заведующий лабораторией,

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет, Россия, Воронеж Mihnevich I. V.,

Laboratory head,

Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering,

Russia, Voronezh.

Николенко Сергей Дмитриевич,

профессор, к.т.н.,

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет, Россия, Воронеж e-mail: miv_2@mail.ru Nikolenko S.D.,

Prof., Cand. of Tech. Sci.,

Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering,

Russia, Voronezh, e-mail: miv_2@mail.ru

© И.В. Михневич, С.Д. Николенко, 2016

45