Способ возведения зданий и сооружений с несущими монолитными железобетонными конструкциями с применением железобетонных стеновых панелей
BUILDINGS AND STRUCTURES WITH BEARING MONOLITHIC REINFORCED CONCRETE STRUCTURES CONSTRUCTION METHOD USING THE REINFORCED CONCRETE WALL PANELS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к строительству, более конкретно к способу (технологии) возведения зданий и сооружений с несущими монолитными железобетонными конструкциями (каркасные; комбинированные: с неполным каркасом, каркасно-диафрагмовый, каркасно-ствольный, каркасно-блочный, блочно-стеновой, ствольно-стеновой, оболочково-стволовой, каркасно-оболочковый; стеновые: перекрестно-стеновые, поперечно-стеновые, продольно-стеновые, комбинированные) при использовании в качестве наружных ограждающих конструкций железобетонных стеновых панелей и с установкой фасада с различными фасадными системами.
Уровень техники
В уровне техники известно большое количество разнообразных технологий возведения зданий. Так, известен патент на изобретение EA 020575, дата публикации заявки- 30.04.2012, под названием «Способ возведения наружной стены здания с использованием многослойных строительных панелей». Патент защищает способ (вариант 1), который состоит в том, что предварительно возводится каркас здания, включающий в себя колонны и плиты перекрытий, и на готовый каркас здания устанавливают с помощью крепежных элементов предварительно собранный в горизонтальном положении каркас панели, включающий облицовочную обшивку и парогидроизоляционную мембрану, а затем в вертикальном положении монтируют к каркасу панели неконструкционный утеплитель, внутреннюю обшивку, причем каркас многослойной панели монтируют к каркасу здания таким образом, что многослойная строительная панель при монтаже выступает наружу каркаса здания от 1/3 до 1/2 своей толщины, а торцы плит перекрытий и колонны закладываются утеплителем и зашиваются наружными листами обшивки.
Способ (вариант 2) отличается тем, что на готовый каркас крепятся готовые многослойные строительные панели. Многослойная строительная панель содержит внутренний каркас в виде разборной рамы, состоящий из вертикальных и горизонтальных ребер, выполненных из П-образного перфорированного термопрофиля, неконструкционный утеплитель и внешнюю и внутреннюю листовую обшивку, и характеризуется тем, что П-образные термопанели имеют углубления под саморезы и соединены посредством крепежных элементов (самонарезающих винтов), а наружная и внутренняя обшивка дополнительно отделена от неконструкционного утеплителя парогидроизоляционными мембранами. В качестве материала наружной обшивки может быть использован фиброцементный лист, или стекломагнезитовая плита, или цементно-стружечная плита ЦСП, или другие негорючие материалы. В качестве материала неконструкционного утеплителя может быть использован базальтовый утеплитель, или минеральная вата, или вата теплоизоляционная целлюлозная, или различные пенопласты.
В указанном патенте описана технология установки одного из элементов каркаса, а именно, установка в заводских условиях стеновых заготовок с утеплителем и декоративной отделкой с последующей установкой этих стеновых заготовок на плиты перекрытия. Далее, с внутренней стороны стеновых заготовок устанавливается (монтируется) опалубка и в эту опалубку заливается монолитный бетон. После выполнения выше перечисленных этапов приступают к работам по возведению  последующих этажей.
Недостатками способа по патенту EA 020575 является то, что он не раскрывает этапы установки/монтажа плит перекрытия, наружных ограждающих конструкций и фасада, а также особенностей установки необходимых закладных деталей, вырезов и ниш в плитах перекрытия для возведения несущих конструктивных и ограждающих элементов здания. Представленный технологический процесс является последовательным, что приводит к значительному увеличению сроков возведения зданий и сооружений. Кроме того, имеются «мостики холода» через наружные стены, существует необходимость установки термовкладышей в монолитных железобетонных плитах перекрытия и покрытия, что значительно усложняет монолитные работы и увеличивает их стоимость. Последовательный технологический процесс возведения зданий не позволяет производить монтажные работы круглосуточно и круглогодично.
Раскрытие изобретения
Задачей заявленного изобретения является разработка такого способа возведения зданий и сооружений с несущими монолитными железобетонными конструкциями (каркасные; комбинированные: с неполным каркасом, каркасно-диафрагмовый, каркасно-ствольный, каркасно-блочный, блочно-стеновой, ствольно-стеновой, оболочково-стволовой, каркасно-оболочковый; стеновые: перекрестно-стеновые, поперечно-стеновые, продольно-стеновые, комбинированные) при использовании в качестве наружных ограждающих конструкций железобетонных стеновых панелей и с установкой фасада с различными фасадными системами, который значительно сократит сроки возведения зданий и сооружений из монолитных железобетонных конструкций, где вместо последовательного возведения несущих конструктивных и ограждающих элементов зданий и сооружений используется технология выполнения строительно-монтажных работ параллельно, а именно, при возведении несущих монолитных железобетонных конструкций монтаж наружных ограждающих конструкций (железобетонные стеновые панели) начинается сразу после набора бетоном минимальной заданной прочности монолитными плитами перекрытия и покрытия, что позволяет начинать монтаж вентилируемого (или другого типа) фасада, который является полным технологическим комплексом работ (за исключением земляных работ и монтажа фундаментов) при возведении основных несущих конструктивных и ограждающих элементов здания и сооружения из монолитного железобетона, а не отдельных видов работ.
Техническими результатами заявленного изобретения являются:
- сокращение сроков строительства жилых и общественных зданий и сооружений, и, как следствие, уменьшение стоимости квадратного метра продаваемой площади. Указанный результат реализуется, в частности, за счёт выполнения углублений в наружных гранях плит перекрытия и покрытия по периметру здания и сооружения и применения в качестве наружных ограждающих конструкций железобетонных стеновых панелей, как укрупненных элементов, позволяющих исключить выполнение работ из мелкоштучных изделий (кладка наружных стен из блоков, кирпичная кладка) и, как следствие, заменить последовательно производимые виды работ: кладку наружных стен из мелкоштучных изделий и монтаж наружного теплоизоляционного слоя;
- повышение теплоизоляционных свойств наружных ограждающих конструкций, исключение промерзания («мостиков холода») монолитных железобетонных конструкций по торцевым граням плит перекрытий и покрытия, пилонов, несущих стен. Это достигается, в частности, за счёт установки сплошного наружного теплоизоляционного слоя, образованного конструкцией панелей (наружный слой панели выполняется из теплоизоляционного материала) и заделки межпанельных стыков этим же теплоизоляционным материалом.
- исключение установки термовкладышей в монолитных железобетонных конструкциях по торцевым граням плит перекрытий и покрытия, пилонов, несущих стен. Указанный результат, в частности, достигается за счёт выполнения сплошного наружного теплоизоляционного слоя, образованного конструкцией панелей (наружный слой панели выполняется их теплоизоляционного материала) и заделки межпанельных стыков этим же теплоизоляционным материалом после монтажа панелей;
- выполнение монолитных работ по возведению несущих конструкций и монтажных работ наружных ограждающих конструкций из железобетонных стеновых панелей и установку фасадов различных фасадных систем круглосуточно (в три смены) и круглогодично (зима, весна, лето, осень);
- исключение использования всех видов растворов («мокрый процесс») в местах расположения швов, а также уплотнительных материалов (жгуты, шнуры и т.п.), в процессе монтажа железобетонных стеновых панелей на  монолитные плиты перекрытия. Заделка швов производится только с внутренней стороны помещений здания после монтажа железобетонных стеновых панелей, в процессе выполнения отделочных работ. С этой целью, на внутренних гранях железобетонных стеновых панелей предусмотрены треугольные фаски. Швы уплотняются жгутами (шнурами) и далее заполняются раствором;
- выполнение фасадных работ всех типов (видов) фасадов с различными архитектурными решениями, не дожидаясь полного (частичного) окончания монтажных работ при использовании железобетонных стеновых панелей;
- исключение оштукатуривания внутренней поверхности стены помещения (комнаты) за счёт получения высокого качества внутренней поверхности железобетонных стеновых панелей при их изготовлении (как на строительной площадке, так и на заводах по изготовлению сборных железобетонных изделий).
Заявленные технические результаты достигаются благодаря способу возведения зданий и сооружений с несущими монолитными железобетонными конструкциями с применением железобетонных стеновых панелей, который включает:
установку опалубки несущих железобетонных конструкций (каркасные; комбинированные: с неполным каркасом, каркасно-диафрагмовый, каркасно-ствольный, каркасно-блочный, блочно-стеновой, ствольно-стеновой, оболочково-стволовой, каркасно-оболочковый; стеновые: перекрестно-стеновые, поперечно-стеновые, продольно-стеновые, комбинированные), при которой в наружных гранях плит перекрытия и покрытия выполняют углубления, совпадающие с местами расположения монтажных петель в железобетонных стеновых панелях, и устанавливают металлические закладные детали на верхнюю и нижнюю поверхности монолитных плит перекрытия и покрытия, совпадающие с местами расположения металлических закладных деталей в железобетонных стеновых панелях;
арматурные работы;
укладку бетонной смеси;
выдерживание бетонной смеси до набора бетоном заданной прочности несущими железобетонными конструкциями, в течение заданного времени;
изготовление железобетонных стеновых панелей с необходимыми для монтажа и крепления металлическими закладными деталями, монтажными петлями и скобами, при этом монтажные петли устанавливают в опалубку плиты со смещением относительно центра тяжести, что обеспечивает наклон в 1 градус от вертикали монтируемой стеновой панели;
после набора бетоном заданной прочности выполняют:
разметку верхней поверхности наружных граней плит перекрытия для установки железобетонных стеновых панелей;
монтаж железобетонных стеновых панелей непосредственно на верхнюю поверхность наружных граней плит перекрытий посредством грузоподъёмного механизма, в частности, крана, при этом, строповочные тросы проходят вдоль углублений, выполненных в наружных гранях монолитных плит перекрытий и покрытий, без укладки слоя раствора, при котором стеновые панели цепляют за металлические скобы строительными струбцинами с подкосами и муфтами, заводят на верхнюю поверхность наружной грани монолитной плиты перекрытия и устанавливают в заданное положение;
приваривание металлических крепёжных соединительных деталей к металлическим закладным деталям железобетонных стеновых панелей и к металлическим закладным деталям плит перекрытий и покрытий;
демонтаж строповочных приспособлений грузоподъёмного механизма, при котором отсоединяют строительные струбцины с подкосами и муфтами от монтажных петель железобетонных стеновых панелей;
монтаж кронштейнов фасадной системы на наружные торцевые грани плит перекрытия и покрытия и на железобетонную стеновую панель с наружной стороны, посредством анкеров;
заполнение монтажных швов, расположенных по внешнему периметру железобетонных стеновых панелей, теплоизоляционным материалом, в местах их сопряжения друг с другом и с несущими монолитными конструкциями здания;
монтаж оконных блоков в установленные на монолитные конструкции здания железобетонные стеновые панели;
установку элементов несущей системы фасада на кронштейны и лицевого отделочного слоя фасада здания.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлена монолитная железобетонная конструкция (каркас) на примере испытательного стенда «КУБ», как фрагмент конструкции жилого (общественного) здания, выполненного по заявленному способу;
На Фиг. 2 представлена железобетонная стеновая панель, изготовленная на заводе по  производству сборных железобетонных конструкций, перед монтажом на испытательный стенд «КУБ»;
На Фиг. 3 представлена внутренняя часть железобетонной стеновой панели с поверхностью, готовой под чистовую отделку (затирка, покраска, наклейка обоев);
На Фиг. 4, 5 представлены этапы установки железобетонных стеновых панелей на испытательный стенд «КУБ».
На Фиг. 6 вид после монтажа железобетонных стеновых панелей на монолитные плиты испытательного стенда «КУБ»;
На Фиг. 7 представлено окончательное крепление, приварка металлических соединительных деталей (уголков): к металлическим закладным деталям железобетонной стеновой панели и к металлическим закладным деталям в плитах перекрытия и покрытия;
На Фиг. 8 и 8А представлена установка теплоизоляционного слоя в местах сопряжения (в швах) железобетонных стеновых панелей;
На Фиг. 9,10,11 показаны этапы монтажа конструкции вентилируемого фасада на испытательный стенд «КУБ»;
На Фиг. 12 представлен испытательный стенд «КУБ» с готовым фасадом.
Ниже приведен перечень позиций и обозначений, на которые имеются ссылки в разделе описания «Осуществление изобретения»:
1. Монолитная железобетонная конструкция (каркас) испытательного стенда как фрагмент конструкции жилого (общественного) здания;
2. Углубления в наружных гранях монолитных плит перекрытия (покрытия), совпадающие с местами расположения монтажных петель в железобетонных стеновых панелях. Размер (ширина и глубина) углублений определяется из условия полного опирания внутренней несущей железобетонной части панели на наружную грань монолитной плиты перекрытия;
3. Металлические закладные детали в монолитных плитах перекрытия и покрытия;
4. Железобетонные стеновые панели;
5. Монтажные петли в железобетонных стеновых панелях;
6. Металлические закладные детали в железобетонных стеновых панелях;
7. Металлические скобы для фиксации панели в заданном положении;
8. Внутренняя поверхность железобетонной стеновой панели с поверхностью, готовой под чистовую отделку (затирка, покраска, наклейка обоев);
9. Внутренняя часть железобетонной стеновой панели, изготовленная из бетона, армированного арматурными сетками;
9А. Фаска треугольная по двум боковым граням внутренней поверхности железобетонной стеновой панели;
10. Наружная часть железобетонной стеновой панели – теплоизоляционный слой;
11. Строительная монтажная оснастка (струбцины с подкосами и муфтами);
11А. Строповочные приспособления (тросы) грузоподъёмного механизма (крана);
12. Фасадный дюбель;
13. Металлические соединительные элементы (уголок);
14, 14А Заполнение швов теплоизоляционным материалом с наружной стороны здания;
15. Оконные блоки;
16. Кронштейны для крепления конструкции фасадной системы (вентилируемый фасад);
17. Монтажные элементы несущей конструкции вентилируемого фасада;
18. Отделочный слой (например, фасадная плитка).
Осуществление изобретения
Способ возведения зданий и сооружений с несущими монолитными железобетонными конструкциями (каркасные; комбинированные: с неполным каркасом, каркасно-диафрагмовый, каркасно-ствольный, каркасно-блочный, блочно-стеновой, ствольно-стеновой, оболочково-стволовой, каркасно-оболочковый; стеновые: перекрестно-стеновые, поперечно-стеновые, продольно-стеновые, комбинированные) при использовании в качестве наружных ограждающих конструкций железобетонных стеновых панелей и с установкой фасада с различными фасадными системами, (см. Фиг. 1, поз. 1), включает в себя основные операционные этапы монтажа: установку опалубки, арматурные работы, укладку бетонной смеси, выдерживание бетона до набора заданной прочности, изготовление железобетонных стеновых панелей и их монтаж на монолитные железобетонные конструкции здания, монтаж фасадной системы здания.
На этапе выполнения опалубочных работ в наружных гранях плит перекрытия предусматривают:
- выполнение углублений 2 (см. Фиг 4, 5, 6), совпадающих с местами расположения монтажных петель 5 (см. Фиг. 5, 6) в железобетонных стеновых панелях 4 (см. Фиг. 2, 3, 5, 6). Размер (ширина и глубина) углублений 2 определяется из условия полного опирания внутренней несущей железобетонной части 9 (см. Фиг. 2) стеновой панели 4. Углубления 2 выполняются с целью максимального приближения внутренней 9 опорной части железобетонной стеновой панели 4 к наружной торцевой поверхности плиты перекрытия. Также углубления 2 предотвращают повреждение строповочных приспособлений (тросов) 11А грузоподъёмных механизмов, в частности, крана (см. Фиг. 4) об наружные грани монолитных железобетонных плит перекрытий и покрытий;
- установку в опалубку металлических закладных деталей 3 (см. Фиг. 5 и 7) на верхнюю и нижнюю поверхности монолитных плит перекрытия, совпадающих с местами расположения металлических закладных деталей 6 (см. Фиг. 3) в железобетонных стеновых панелях 4 (см. Фиг. 2. 3, 5, 6).
На следующем этапе изготавливают железобетонные стеновые панели 4 (см. Фиг. 2. 3, 5, 6) (в представленном варианте исполнения изобретения, панели изготовлены на заводе по производству сборных железобетонных конструкций) с необходимыми для монтажа и крепления металлическими закладными деталями 6, монтажными петлями 5 и скобами 7 (см. Фиг. 3, 5, 6). При этом, для упрощения монтажа, монтажные петли 5 (см. Фиг. 5, 6) в процессе изготовления железобетонных стеновых панелей 4, устанавливают в опалубку панели со смещением относительно центра тяжести, что обеспечивает наклон в 1 градус от вертикали монтируемой панели 4 (см. Фиг. 5);
На следующем этапе, после набора бетоном заданной прочности несущими монолитными конструкциями (плиты перекрытия и покрытия), выполняют:
- разметку верхней поверхности наружных граней плит перекрытия и покрытия для установки железобетонных стеновых панелей;
- монтаж железобетонных стеновых панелей 4 (см. Фиг. 2, 3, 5, 6) непосредственно на верхнюю поверхность плит перекрытий 1 (см. Фиг. 1) посредством грузоподъёмного механизма, в частности, крана (см. Фиг. 4, 5), при этом строповочные тросы 11А (см. Фиг. 4) грузоподъёмного механизма проходят вдоль углублений 2, выполненных в наружных гранях монолитных плит перекрытий (см. Фиг. 4, 5, 6).
Железобетонные стеновые панели 4 монтируют на верхнюю поверхность плит перекрытий «насухо», то есть без предварительно уложенного слоя цементно-песчаного раствора. В качестве альтернативы, для подъема железобетонных стеновых панелей 4 возможно использовать траверсы;
- захват железобетонных стеновых панелей 4 строительными струбцинами 11 с подкосами и муфтами (см. Фиг. 4, 5) за металлические скобы 7 (см. Фиг. 3), затем их заводят на верхнюю наружную поверхность монолитных плит перекрытия и устанавливают в заданное положение. Выравнивание и фиксацию панелей производят при помощи струбцин 11 с подкосами и муфтами (см. Фиг. 4, 5);
- приваривание металлических соединительных деталей 13 (уголков) (см. Фиг. 7) к металлическим закладным деталям 6 железобетонных стеновых панелей 4 (см. Фиг. 3) и к металлическим закладным деталям 3 плит перекрытий и покрытий (см. Фиг. 5, 7);
- демонтаж строповочных приспособлений грузоподъёмного механизма 11А;
- отсоединение строительных струбцин с подкосами и муфтами 11 от монтажных петель 5 железобетонных стеновых панелей 4 (см. Фиг. 4, 5).
Окончательный вид фрагмента фасада после монтажа железобетонных стеновых панелей 4 на монолитную железобетонную конструкцию (каркас) испытательного стенда «КУБ» смотри Фиг.6.
На последнем этапе монтажных работ выполняют:
- монтаж кронштейнов 16 фасадной системы (см. Фиг. 9) на наружные торцевые грани плит перекрытия и покрытия и на железобетонную стеновую панель с наружной стороны , при помощи анкеров;
- заполнение монтажных швов, расположенных по внешнему периметру железобетонных стеновых панелей 4, в местах сопряжения панелей друг с другом и с несущими монолитными конструкциями здания, теплоизоляционным материалом 14 и 14А (см. Фиг. 8 и 8А):
- монтаж оконных блоков 15 (см. Фиг. 9) в установленные на монолитные конструкции здания железобетонные стеновые панели 4;
- установку несущих элементов 17 каркаса фасадной системы на кронштейны 16 (см. Фиг. 10, 11) и;
- установку лицевого отделочного слоя фасада здания 18 (см. Фиг. 12).
При выполнении внутренних отделочных работ осуществляют заполнение монтажных швов герметизирующим шнуром с последующим заполнением этих швов раствором в местах сопряжения железобетонных стеновых панелей друг с другом и с другими конструкциями здания.
Конструкция железобетонных стеновых панелей
.
Рассмотрим конструкцию железобетонных стеновых панелей на примере двухслойных панелей, при этом, количество слоев панелей не ограничивается двумя, а может содержать, как один слой, так и три, и более, в зависимости от конкретного объекта строительства и заданных проектом условий.
Двухслойные железобетонные стеновые панели состоят из (см. Фиг. 2, 3):
- внутренней железобетонной части 9, выполненной из бетона, армированного арматурными сетками;
- наружной части 10, выполненной из теплоизоляционного материала;
- монтажных петель 5, которые в процессе изготовления двухслойных железобетонных стеновых панелей 4 устанавливаются в опалубку панели не по центру тяжести панели, а со смещением, которое обеспечивает наклон (наружу от здания) в 1 градус от вертикали монтируемой панели (см. Фиг. 5).
Размеры панелей определяются возможностью монтажа на монолитные конструкции (каркас) здания и грузоподъёмностью грузоподъёмного механизма, в частности крана .
Технология производства панелей включает следующие этапы:
1. На горизонтально расположенную опалубку, в частности, вибростол, палету устанавливают бортовую опалубку (бортоснастка), по внутренним вертикальным граням выполняют фаску 9А, необходимую для заполнения швов (со стороны квартиры, помещения) (см. Фиг. 3, 7). В опалубку помещают арматурные сетки и закладные детали. Размер панели 4, конструкция и места установки закладных деталей 3 задаются для каждого объекта индивидуально, в соответствии с проектной документацией.
2. Форма со стеновой  панелью заполняется монолитным бетоном, в частности, посредством автоматического бетононасоса;
3. После заполнения формы монолитным бетоном, на свеже уложенный бетон устанавливается теплоизоляционный слой 10, в частности, утеплитель заданной толщины и фиксируется посредством крепежных деталей 12. В качестве крепёжных деталей используется дюбель фасадный 12 (см. Фиг. 2, 8, 8А);
4. Отформованную панель 4 отправляют  на термообработку, например, в термическую камеру, с температурой от 30 до 40 градусов и выдерживают в течение 12 часов до набора бетоном отпускной прочности.
5. Процесс повторяется для другой панели;
6. Готовая продукция (в представленном варианте исполнения, панели изготовлены на заводе по производству сборных железобетонных конструкций), а именно, двухслойные железобетонные стеновые панели 4, загружается на автопанелевозы для доставки на объекты строительства или направляется на внутризаводской склад для последующей комплектации.
С целью подтверждения реализации заявленного способа в промышленности, Заявитель в период с 20.12.2017 г. по 15.03.2018 г. выполнил проектирование и строительство двухэтажного испытательного стенда «КУБ», как фрагмента монолитных конструкций жилых и общественных зданий, изготовление двухслойных железобетонных стеновых панелей  на заводе по производству сборных железобетонных конструкций в количестве 12 штук и провел отработку различных вариантов монтажа этих панелей.
В результате, заявляемая технология/способ возведения зданий и сооружений при выполнении строительно-монтажных работ параллельно, когда при возведении несущих монолитных железобетонных конструкций (каркас) монтаж наружных ограждающих (двухслойные монолитные железобетонные стеновые панели заводского изготовления) конструкций начинается сразу после набора бетоном заданной прочности монолитных плит перекрытия (покрытия) и с одновременным монтажом вентилируемого (или другого типа) фасада позволила:
- сократить сроки строительства жилых и общественных зданий за счёт применения технологии параллельного возведения несущих монолитных железобетонных конструкций, монтажа наружных ограждающих (монолитные железобетонные стеновые панели) конструкций с одновременным монтажом вентилируемого (или другого типа) фасада и как следствие, уменьшить стоимость квадратного метра продаваемой площади;
- исключить промерзание («мостики холода») монолитных железобетонных конструкций по торцевым граням плит перекрытий и покрытия, пилонов, несущих стен;
- исключить установку термовкладышей в монолитных железобетонных конструкциях по торцевым граням плит перекрытий и покрытия, пилонов, несущих стен;
- исключить выполнение работ из мелкоштучных изделий (кладка из блоков, кирпичная кладка) и «мокрые» процессы и заменить последовательно производимые виды работ на параллельные;
- производить монтаж панелей круглосуточно (в три смены) и круглогодично;
- производить монтаж фасадных систем не дожидаясь полного (частичного) окончания всех строительно-монтажных работ;
- исключить оштукатуривание внутренней поверхности стены (со стороны комнаты).
- использовать грузоподъёмные механизмы (краны) с небольшой грузоподъёмностью, включая самоходные краны.
Таким образом, заявленный способ возведения зданий с несущими монолитными железобетонными конструкциями при использовании в качестве наружных ограждающих конструкций железобетонных стеновых панелей и установкой фасада с различными фасадными системами, возможно реализовать в гражданском строительстве (жилые и общественные здания и сооружения).