ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ БЛОК И СПОСОБ ЕГО МОНТАЖА
VENTILATION UNIT AND METHOD OF ITS INSTALLATION

Изобретение относится к элементам строительных конструкций, а именно к объемным блокам санитарно-технического назначения, предназначенным для организации естественной вытяжной вентиляции в жилых, общественных, административных домах, а также к возведению строительных конструкций, и может быть использовано при возведении монолитных стен, перекрытий и перегородок зданий сооружений, применяемых в различных отраслях промышленности, где необходимо строительство таковых.
Известны различные технические решения в рассматриваемой области.
Так, известен патент RU на изобретение №2176297 на вентиляционный блок (МПК Е04В 1/70, опублик. 27.11.2001). Вентиляционный блок для жилых и гражданских зданий включает вентиляционные каналы помещений и сборный вентиляционный канал, разделенные вертикальными диафрагмами, при этом в верхней части среднего канала выполнена горизонтальная диафрагма, а в вертикальной диафрагме между средним и сборным каналами образовано отверстие, при этом он снабжен двумя дополнительными вентиляционными каналами помещений, расположенными с противоположной стороны сборного вентиляционного канала, причем в верхней части дополнительного среднего канала выполнена дополнительная горизонтальная диафрагма, а в дополнительной вертикальной диафрагме между дополнительным средним и сборным каналами образовано отверстие, вентиляционный блок выполнен открытым со стороны, примыкающей к межквартирной стене, и размещен в углублении данной стены.
Известна заявка RU на изобретение №98116325 (МПК Е04В 1/348, опублик. 10.05.2000). Вентиляционный блок для жилых и гражданских зданий включает вентиляционные каналы помещений и сборный вентиляционный канал, разделенные вертикальными диафрагмами, при этом в верхней части первого канала выполнена горизонтальная диафрагма, а в вертикальной диафрагме между первым и сборным каналами образовано отверстие, при этом он снабжен вентиляционными каналами ванных (туалетных) комнат, примыкающих к сборному вентиляционному каналу с противоположной стороны, причем в верхней части образованного второго канала выполнена аналогичная горизонтальная диафрагма, а в вертикальной диафрагме между вторым и сборным каналами образовано аналогичные отверстие, вентиляционный блок выполнен открытым со стороны, примыкающей к межквартирной стене, и размещен в углублении данной стены. Кроме того, блок выполнен из двух одинаковых симметричных полублоков, примыкающих друг к другу открытыми сторонами с возможностью образования общего для двух смежных квартир вентиляционного стояка, имеющего общий сборный канал, а вентиляционные каналы помещений и ванных (туалетных) комнат разделены межквартирными диафрагмами.
Известен также патент RU на полезную модель №27130 (МПК E04F 17/04, опублик. 10.01.2003). Вентиляционный блок включает вертикальные сквозной канал-сборник и два канала-спутника, причем каждый канал-спутник снабжен глухой перемычкой, смещенной по высоте к верхнему основанию блока, и двумя отверстиями соответственно для забора воздуха и для перепуска воздуха из канала-спутника в канал-сборник, при этом блок дополнительно содержит вертикальный канал малого поперечного сечения, выполненный сквозным и расположенный между каналами-спутниками, причем упомянутые каналы-спутники и канал малого поперечного сечения выполнены вдоль одной из сторон канала-сборника. Блок выполнен сборным и содержит объемный металлический каркас, снабженный тремя вертикальными боковыми наружными стенками и вертикальной внутренней стенкой-перегородкой для образования сквозного канала-сборника, и вставку, снабженную двумя вертикальными стойками, выполненными в виде швеллеров из листовой оцинкованной кровельной стали, с двумя прикрепленными к упомянутым стойкам вертикальными стенками-перегородками для образования сквозного канала малого поперечного сечения и вертикальной боковой наружной стенкой, при этом по бокам последней прикреплены вертикальные металлические стойки в виде уголков и глухие перемычки для каналов-спутников. Кроме того, блок содержит монтажные петли, установленные на верхнем основании с внутренней стороны объемного металлического каркаса.
Известна пространственная несущая система для каркасных, панельных и каркасно-панельных зданий согласно патенту RU на полезную модель №137039 (МПК Е04В 1/04, опублик. 27.01.2014), которая содержит несущие элементы, сопряженные в узлах соединений, плиты перекрытий, железобетонные сборно-монолитные плоские диски перекрытий, образованные сборными многопустотными плитами, объединенными между собой и с несущими элементами посредством межплитных швов, бетонных шпонок и арматурных выпусков, диафрагмы жесткости, наружное ограждение в виде наружных стеновых панелей или мелкоштучных элементов - блоков или кирпичей, при этом указанная пространственная несущая система образована несущими элементами двух типов: каркасно-ригельного типа (КРТ) и панельно-стенового типа. При этом указанные плиты перекрытий представляют собой набор двух типов многопустотных плит: стандартных и усиленных, последние из которых размещены в местах расположения балконов, эркеров, выступающих и западающих лоджий и имеют консольно выступающую за габарит здания часть варьируемой длины в соответствии с дизайнерским решением вертикального контура здания. При этом узлы соединения выполнены с возможностью передачи горизонтальных нагрузок на несущие элементы каркаса через диски перекрытий на диафрагмы жесткости, которые установлены в местах конструктивно-планировочной схемы здания, наиболее подверженных воздействию горизонтальных нагрузок. Усиленные многопустотные плиты выполнены из бетонного тела, между пустотами в средней части которого образованы усилители посредством размещения в теле плиты комплексной арматурной закладки из продольных стержней и арматурных элементов, соединенных фиксирующими средствами с образованием при заливке и затвердевании бетона силового элемента двутавровой формы на поперечном сечении, функционально эквивалентного встроенной в плиту перекрытия двутавровой железобетонной балке. Указанные арматурные элементы в зоне опирания консольных выпусков плиты перекрытия дополнительно армируются стальным листом или сварным арматурным каркасом, при этом усилители удалены друг от друга и от боковых сторон плиты перекрытия на расстояния, обеспечивающие возможность расположения между ними сквозных поперечных прорезей и открытых вырезов для сантехнического и вентиляционного оборудования и возможность размещения утеплителя в зоне установки стеновой панели, при этом в системе с несущими элементами КРТ предусмотрены колонны, а указанные плиты перекрытий расположены выборочно. В перекрытиях выполнены вырезы, обращенные навстречу друг к другу и образующие шпонки с расположенными в них Р-образными арматурными выпусками из наружных и внутренних несущих панелей. В местах стыка сопряженных плит перекрытий размещены упомянутые продольные соединительные стержни, заанкеренные в шпонках, с возможностью обеспечения расчетной жесткости диска перекрытия в горизонтальной плоскости.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому изобретению является вентиляционный цельномонолитный блок серии ИИ 01-02М, разработанный Санкт-Петербургским зональным научно-исследовательским и проектным институтом (http://lenzniiep.spb.ru/), ТУ 5896-003-03984346-94. Способ монтажа рассматриваемого вентиляционного блока разработан ЗАО «ПО "БАРРИКАДА"» на основании ГОСТ 17079-88 «Блоки вентиляционные железобетонные. Технические условия». Типовое конструктивное решение №03984346/022-КЖ «Блоки вентиляционные железобетонные для жилых и общественных зданий с высотой этажа 2,8 м; 3,0 м; 3,3 м. Материалы для проектирования. Рабочие чертежи» разработано ЗАО «ПО "БАРРИКАДА"».
Блок данной серии состоит из центрального канала и двух каналов-спутников, расположенных по бокам. Типовые вентиляционные блоки выполнены с металлическими закладными, как правило, расположенными в нижней части вентиляционного блока, к которым после монтажа вентиляционного блока приваривают (после опускания вентиляционного блока в отверстие в верхней плите перекрытия, но до его расстроповки) металлические уголки, которые передают нагрузку вентиляционного блока на перекрытие. Вентиляционные блоки монтируют на нижерасположенные вентиляционные блоки и после монтажа приваривают уголки, а под уголки до приварки или после приварки подкладывают раствор. В том случае, если раствор подкладывают после приварки, он усаживается от собственного веса, что приводит к образованию зазора между раствором и уголком. Если раствор подкладывают до приварки, а потом на него устанавливают уголки, то из-за сильного нагревания уголков при сварке происходит быстрое испарение воды из раствора, что также приводит к его усадке и потере прочностных свойств. Что является недостатком данного варианта опирания вентблоков.
Таким образом, недостатками известных аналогов и прототипа являются значительные трудоемкость и материалоемкость при изготовлении вентиляционного блока, а также трудновыполнимый качественный монтаж вентиляционного блока.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание вентиляционного блока и способа его монтажа, благодаря которым будут снижены затраты и сроки строительства при возведении многоэтажных зданий.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в упрощении конструкции вентиляционного блока и в ускорении процесса строительства многоэтажных зданий.
Достигается технический результат тем, что в вентиляционном блоке, выполненном из цельномонолитного бетона и имеющем форму полого прямоугольного параллелепипеда, состоящего из четырех стенок с размещенными на них элементами крепления и двух внутренних перегородок, делящих внутреннее пространство блока на основной канал и два боковых канала-спутника, согласно изобретению в качестве элементов крепления используют углубление-шпонку, выполненное по периметру стенок с наружной их стороны параллельно верхнему обрезу вентиляционного блока для защемления в перекрытии, а также два арматурных стержня, размещенных в сквозных отверстиях в верхней части стенок и внутренних перегородок. Причем, по меньшей мере, одна из стенок снабжена также анкером для крепления к нему подкоса при монтаже вентиляционного блока.
Также технический результат достигается за счет того, что в способе монтажа вентиляционного блока, выполненного из цельномонолитного бетона и имеющего форму полого прямоугольного параллелепипеда, состоящего из четырех стенок с размещенными на них элементами крепления и двух внутренних перегородок, делящих внутреннее пространство блока на основной канал и два боковых канала-спутника, включающем установку вентиляционных блоков друг на друга и фиксирование их с помощью элементов крепления к межэтажным перекрытиям, предлагается:
- в качестве вентиляционного блока использовать блок с элементами крепления в виде углубления-шпонки, выполненного по периметру стенок с наружной их стороны параллельно верхнему обрезу вентиляционного блока, и арматурных стержней, вставляемых в сквозные отверстия, выполненные в верхней части стенок и внутренних перегородок, причем, по меньшей мере, одна из стенок снабжена анкером,
- первый (стартовый) вентиляционный блок устанавливать на нижнее межэтажное перекрытие до заливки верхнего межэтажного перекрытия с временным креплением на подкос с помощью анкера,
- монтировать опалубку верхнего межэтажного перекрытия,
- осуществлять армирование плиты верхнего межэтажного перекрытия с одновременной установкой двух арматурных стержней в сквозные отверстия вентиляционного блока,
- закрывать верхний обрез вентиляционного блока временной крышкой для исключения попадания бетона во внутреннее пространство блока,
- выполнять бетонирование плиты межэтажного верхнего перекрытия, в процессе которого заполняют бетонной смесью углубление-шпонку для защемления верхней части вентиляционного блока и фиксируют арматурные стержни в плите межэтажного перекрытия,
- затем после набора проектной прочности бетоном снимать опалубку, верхнюю крышку, подкос и переходить к монтажу вышерасположенного вентиляционного блока.
Дополнительными отличиями предлагаемого изобретения является то, что:
- ширина углубления-шпонки 30-70 мм и глубина 15-35 мм; причем оптимальными размерами являются: ширина углубления-шпонки 50 мм и глубина 25 мм;
- сквозные отверстия для размещения арматурных стержней расположены на высоте 60-90 мм от верхнего обреза вентиляционного блока, причем оптимальным размером является: высота 80 мм от верхнего обреза вентиляционного блока;
- анкер для крепления подкоса установлен, по меньшей мере, в одной из стенок блока на высоте 1000-1200 мм от верхнего его обреза.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими чертежами:
Фиг. 1 - общий вид вентиляционного блока, где 1 - стенки вентиляционного блока, 2 - углубление-шпонка, 3 - верхний обрез, 4 - подкос;
Фиг. 2 - чертеж вентиляционного блока, вид сверху и спереди, разрез 1-1, где 5 - внутренне пространство, 6 - основной канал, 7 - каналы-спутники, 8 - внутренние перегородки, 9 - отверстия для размещения арматурных стержней, 10 - анкер;
Фиг. 3 - фотография анкера;
Фиг. 4 - фотография вида сверху вентиляционного блока, где 11 - арматурные стержни, установленные в сквозные отверстия 9 вентиляционного блока, 12 - временная крышка;
Фиг. 5 - чертеж защемления вентиляционного блока в плите межэтажного перекрытия.
Вентиляционный блок выполнен из цельномонолитного бетона, имеет форму полого прямоугольного параллелепипеда, состоящего из четырех стенок 1 с размещенными на них элементами крепления и двух внутренних перегородок 8, делящих внутреннее пространство 5 блока на основной 6 канал и два боковых 7 канала-спутника. В качестве элементов крепления используют углубление-шпонку 2, выполненное по периметру стенок 1 с наружной их стороны параллельно верхнему обрезу 3 вентиляционного блока для защемления в перекрытии, а также два арматурных стержня 11 (оптимальный диаметр арматурного стержня 12 мм), размещенных в сквозных отверстиях 9 (оптимальный диаметр отверстий 20 мм) в верхней части стенок 1 и внутренних перегородок 8. По меньшей мере, одна из стенок 1 снабжена также анкером 10 для крепления к нему подкоса 4 при монтаже вентиляционного блока, на высоте 1000-1200 мм от верхнего обреза 3 вентиляционного блока.
Подкос - оснастка, применяемая для временного крепления сборных железобетонных элементов (стенок и др.) путем закрепления одного конца подкоса при помощи болта в анкер к сборному бетонному элементу (стенка, вентиляционный блок), а другой конец подкоса крепится в бетон - перекрытие (пол).
Ширина углубления-шпонки 2 составляет 30-70 мм, а глубина - 15-35 мм. Оптимальными размерами углубления-шпонки 2 являются ширина 50 мм и глубина 25 мм.
Сквозные отверстия 9 для размещения арматурных стержней расположены на высоте 60-90 мм (оптимально 80 мм) от верхнего обреза 3 вентиляционного блока.
Способ монтажа вентиляционного блока включает установку вентиляционных блоков друг на друга и фиксирование их с помощью элементов крепления к межэтажным перекрытиям. Первый (стартовый) вентиляционный блок устанавливают на нижнее межэтажное перекрытие до заливки верхнего межэтажного перекрытия с временным креплением на подкос 4 с помощью анкера 10, монтируют опалубку верхнего межэтажного перекрытия, осуществляют армирование плиты верхнего межэтажного перекрытия с одновременной установкой двух арматурных стержней 11 в сквозные отверстия 9 вентиляционного блока, закрывают верхний обрез 3 вентиляционного блока временной крышкой 12 для исключения попадания бетона во внутреннее пространство 5 блока, выполняют бетонирование плиты межэтажного верхнего перекрытия, в процессе которого заполняют бетонной смесью углубление-шпонку 2 для защемления верхней части вентиляционного блока, и фиксируют арматурные стержни 11 в плите межэтажного перекрытия. Затем после набора проектной прочности бетоном снимают опалубку, верхнюю крышку 12, подкос 4 и переходят к монтажу вышерасположенного вентиляционного блока.
Для подтверждения прочности и надежности крепления вентиляционного блока согласно предлагаемому изобретению был выполнен ряд необходимых расчетов (см. СП 63.13330.2011 "СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения).
Расчетная нагрузка от собственной массы вентиляционного блока составляет
vb
n
f
vb
gb
G=γ·γ·V·ρ·10=1,0·1,1·0,43·2,5·10=11,825 кH,
n
где γ - коэффициент надежности по назначению;
f
γ - коэффициент надежности по нагрузке;
vb
V - объем бетона вентиляционного блока;
gb
ρ - плотность железобетона.
Расчет требуемой анкеровки арматуры с целью обеспечения совместной работы вентиляционного блока с монолитным перекрытием
Базовая длина анкеровки, необходимая для передачи усилия в арматуре с полным расчетным значением сопротивления Rs на бетон, определяется следующим образом:
bond
1
2
bt
R=η·η·R=2,5·1,0·0,9=2,25 МПа,
S
где A - площадь поперечного сечения анкеруемого стержня арматуры;
bond
R - расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном, принимаемое равномерно распределенным по длине анкеровки;
S
U - периметр сечения анкеруемого стержня арматуры;
bt
R - расчетное значение сопротивления бетона осевому растяжению;
1
η - коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры;
2
η - коэффициент, учитывающий влияние размера диаметра арматуры.
Требуемая расчетная длина анкеровки арматуры Ф 12 А400, с учетом конструктивного решения элемента в зоне анкеровки определяется:
0,an
Где l - базовая длина анкеровки;
α - коэффициент, учитывающий влияние на длину анкеровки напряженного состояния конструктивного элемента в зоне анкеровки;
S,cal
A - площадь поперечного сечения арматуры, требуемая по расчету;
S,ef
A - площадь поперечного сечения арматуры, фактически установленная.
Принимаем длину анкеровки в монолитное железобетонное перекрытие за грань вентиляционного блока 500 мм.
Расчет на продавливание бетона шпонки вентиляционного блока
vb
Расчетное сечение продавливания бетонной шпонки расположено по контуру вентиляционного блока. Расчетная нагрузка от собственной массы вентиляционного блока в расчетном сечении составляет G=11,825 кH.
Расчетная площадь сечения шпонки бетона, подверженного срезу
b
Периметр P=2·(750+350)=2200 мм
Расчетная площадь бетона шпонки
b
b
2
2
A=P·50=2200·50=110000 мм=0,11 м
vb
b1
bt
b
Несущая способность шпонки с учетом коэффициента неравномерности передачи усилии ψ=0,75 определяется из условия G≤ψ·γ·R·A,
b1
где γ - коэффициент условий работы бетона.
Подставляя значения в условие прочности, получаем:
vb
b1
bt
b
-3
G=11,825<ψ·γ·R·A=0,75·0,9·0.9·110000·10=66.82 кH.
Таким образом, условие прочности на продавливание бетона шпонки в расчетном сечении обеспечено.
Расчет на смятие бетона стенки канала стальным анкерующим стержнем
Расчетная нагрузка от собственной массы вентиляционного блока в расчетном сечении составляет:
Расчетная площадь бетона смятия в соответствии с чертежом вентиляционного блока:
b,max
2
A=t·b=12·50=600 мм;
b,loc
2
A=t·b=12·50=600 мм,
где t - условная толщина арматурного стержня;
b - длина арматурного стержня.
Расчетное сопротивление бетона смятию:
ψ=0,75.
µvb
b
b
b1
b,loc
Условие прочности на смятие под действием собственного веса в одиночном расчетном сечении: G≤ψ·φ·R·γ·A,
b
где R - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию для предельных состояний первой группы.
Подставляя значения в условие прочности, получаем:
µvb
b
b
b1
b,loc
-3
G=2,956<ψ·φ·R·γ·A=0,75·0,8·11,5·0,9·600·10=3,726 кH.
Таким образом, условие прочности на смятие бетона стенки канала стальным анкерующим стержнем в расчетном сечении обеспечено.
Расчет прочности на отрыв (срез анкеров) под действием собственного веса вентиляционного блока
vb
S
S
Расчет на отрыв под действием собственного веса в расчетном сечении выполняется из условия: G≤0,58·R·A.
Подставляя значения для арматурной стали класса А400, получаем:
vb
S
S
-3
G=11,825<0,58·R·A=0,58·355·4·113,1·10=93,149 кH.
В случае, если часть стержней исключаются из работы, в наихудшем случае, совместную работу обеспечивают только два стержня:
vb
S
S
-3
G=11,825<0,58·R·A=0,58·355·2·113,1·10=46,575 кH.
Таким образом, условие прочности на отрыв под действием собственного веса в расчетном сечении обеспечено.
При проведении расчетов не выявлено нарушений действующих норм проектирования, что свидетельствуют о соблюдении прочности как самой конструкции, так и узла сопряжения. Анализ применяемых узлов сопряжения вентиляционных блоков с перекрытиями показал возможность защемления вентиляционных блоков в перекрытиях.
Расчет экономии от применения предлагаемого вентиляционного блока
- Расчет экономии, благодаря отказу от установки металлических уголков
В известный вентиляционный блок установлено по четыре уголка (80×8, длиной 80 мм, т.е. общей длиной 0,32 м) в каждый нижний угол.
Стоимость уголка 80×8 длиной 11,7 м = 25534 руб., соответственно, стоимость одного метра = 25534/11,7 = 2182 руб.
Таким образом, стоимость уголков, удаленных из предлагаемого вентиляционного блока, = 2182 руб. · 0,32 м = 698,34 руб.
- Расчет удорожания из-за стоимости устанавливаемых пластиковых трубок
Цена одного метра трубки диаметром 20 мм составляет 5,4 руб., т.е. стоимость трубок в предлагаемом вентиляционном блоке 0,4·2·5,4=4,32 руб.
Таким образом, снижение стоимости изготовления одного предлагаемого вентиляционного блока составляет 694 руб. Т.е. экономия составляет более 9,7% (при стоимости вентиляционного блока известной конструкции 7120 руб.).
Расчет экономии от применения предлагаемого способа монтажа вентиляционного блока
Стоимость работ по монтажу (приварке) уголков = 96,44 руб.; стоимость уголков = 698,34 руб., стоимость работ по замоноличиванию = 326,77 руб.; стоимость бетона = 65,55 руб.
Итого, экономия при предлагаемом способе монтажа одного вентиляционного блока составит 1187,1 руб.
Итого, полная сумма экономии от применения предлагаемого изобретения составит: 694 руб. + 1187,1 руб. = 1881,1 руб., т.е. экономия составит 23% от стоимости известного способа монтажа вентиляционного блока (при стоимости вентиляционного блока известной конструкции 7120 руб.).