Развитие теории и практических методов возведения многоэтажных монолитных жилых зданий на слабых грунтах в стесненных условиях
Проектирование многоэтажных жилых зданий на слабых грунтах в стесненных условиях городской застройки. Эффективные технологии всесезонного бетонирования с применением греющих проводов. Влияние пленкообразующих составов на структуру и прочность бетона.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.01.2018 |
| Размер файла | 670,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1
Размещено на http://www.allbest.ru/
АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ
на соискание ученой степени доктора технических наук
Развитие теории и практических методов возведения многоэтажных монолитных жилых зданий на слабых грунтах в стесненных условиях
Специальность 05.23.08 - Технология и организация строительства
Щерба В.Г.
Москва-2010
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении дополнительного профессионального образования Государственной академии профессиональной переподготовки и повышения квалификации руководящих работников и специалистов инвестиционной сферы (ГОУ ДПО ГАСИС)
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Вильман Юрий Августович
доктор технических наук, профессор
Подгорнов Николай Иосифович
доктор технических наук, профессор
Коновалов Павел Александрович
Ведущая организация: ОАО «ЦНИИЭПжилища»
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность. В течение многих лет капитальные жилые здания возводились из мелкоштучных и крупных бетонных строительных материалов и из кирпича. Большой спрос на жильё, возникший после Великой Отечественной войны в основном был решен благодаря индустриальным методам домостроения (крупнопанельный, крупноблочный, объемноблочный и др.). К началу 1970 - х годов все большие и маленькие города и поселки городского типа по всей территории СНГ, в том числе РФ, были застроены, в основном, этими типами зданий.
Начиная с 1970 - х годов, наряду со сборным домостроением из неизменяемых конструктивных элементов, приведших к некоторому однообразию в архитектуре, началось развитие строительства многоэтажных жилых и общественных зданий из монолитного железобетона в индустриальных, многократно оборачиваемых опалубках, с одновременным развитием машин и строительного оборудования, позволяющих эффективную перевозку бетонной смеси до объекта, подачу в места укладки и технологий выдерживания бетона конструкций и т.д.
В настоящее время в мировой практике строительства соотношение между зданиями и сооружениями из сборного и монолитного бетона складывается в пользу монолитного. Так, в США они составляют соответственно 37 и 63%, в Англии - 32 и 68%, во Франции - 14 и 86%.
Ежегодное производство бетона для монолитного строительства в мире превышает полтора миллиарда кубометров. По объему производства и применения монолитный бетон намного опережает другие виды строительных материалов. В наиболее развитых странах показатель применения монолитного бетона на одного жителя составляет: в США - 0,75 м3; в Японии - 1,20; в Германии - 0,80; во Франции - 0,50; в Италии - 1,10; в Израиле - 2,00 и т. д. В России, для сравнения, - 0,15 - 0,20.
Экономические преимущества монолитных железобетонных конструкций, по сравнению с кирпичным и полносборным строительством, характеризуются снижением единовременных затрат на создание производственной базы на 20 - 30%, уменьшением расхода стали на 10 - 15%, энергоемкости - до 30% и на 25% меньшими суммарными трудовыми затратами по сравнению с кирпичными зданиями той же этажности.
Несмотря на все достигнутые успехи в монолитном домостроении в Российской Федерации, при строительстве многоэтажных монолитных жилых зданий, до настоящего времени существует большое количество проблем в обеспечении строительства новыми технологиями, методами проектирования, и эксплуатации монолитных многоэтажных жилых зданий, особенно на слабых грунтах и в стесненных условиях. Для качественного монолитного домостроения важными проблемами являются обеспечение бетонных заводов качественным сырьем для производства бетона и оснащение строительных организаций современными строительными машинами и оборудованием.
Целью исследований является комплексное решение проблем строительства монолитных многоэтажных зданий в стесненных условиях, на площадках со сложными инженерно-геологическими, гидрогеологическими условиями и создание эффективных технологий производства работ на различных этапах строительства, в совокупности позволяющих повысить уровень производительности труда за счет комплексной механизации процессов и высокое качество строительной продукции.
Для достижения поставленной цели потребовалось выполнить комплекс исследований и решить следующие основные задачи:
- исследовать особенности проектирования (проектов производства работ) многоэтажных жилых зданий на слабых (водонасыщенных глинистых и насыпных) грунтах в стесненных условиях городской застройки;
- исследовать и оптимизировать технологии строительства монолитных многоэтажных жилых зданий на слабых грунтах в стесненных городских условиях;
- разработать эффективные технологии всесезонного бетонирования с применением греющих проводов на объектах многоэтажных монолитных жилых зданий;
- исследовать причины низкой прочности бетона конструкций монолитных многоэтажных зданий, возводимых на слабых грунтах;
- провести оценку влияния пленкообразующих составов на структуру и прочность бетона при возведении многоэтажных монолитных зданий;
- разработать технологии устройства свайных фундаментов многоэтажных жилых зданий на слабых грунтах в стесненных условиях городской застройки;
- исследовать влияние колебаний при забивке свай на существующие здания на слабых грунтах сейсмометрическим методом;
- провести натурные исследования эффективных технологий возведения многоэтажных монолитных зданий на слабых грунтах;
- провести оптимизацию технологии производства работ на базе современных технологических комплектов средств механизации бетонных работ с учетом круглогодичного строительства;
- провести анализ методов проведения геотехнического мониторинга в зависимости от места строительства, специфических и сложных инженерно-геологических, гидрогеологических и погодно-климатических условий строительных площадок.
Научная новизна работы состоит в комплексном исследовании проблем строительства многоэтажных объектов и зданий повышенной этажности в стесненных условиях, на площадках со сложными инженерно-геологическими, гидрогеологическими условиями и в создании научно обоснованных эффективных технологий производства работ на различных этапах строительства, в совокупности позволяющих обеспечить высокий уровень производительности труда и высокое качество строительной продукции.
Теоретически исследованы и экспериментально доказаны эффективные технологии устройства свайных оснований зданий и пределы их применимости на слабых водонасыщенных глинистых и насыпных грунтах вблизи существующих сооружений и в стесненных условиях.
Разработаны новые технологии производства опалубочных, арматурных и бетонных работ, а также предложены модели взаимодействия работ строительных машин и оборудования в процессе строительства, обеспечивающих сокращение сроков производства работ без снижения качества.
Для реализации технологий использованы аналитические расчеты температурных полей твердеющего бетона с применением греющих проводов и проведена оптимизация технологических режимов при производстве работ, включая период положительных температур.
Разработана методика мониторинга примыкающих зданий застройки и возводимых объектов с использованием комплекта виброизмерительной регистрирующей аппаратуры. Проведен аналитический и экспериментальный анализ влияния динамических параметров погружения свай на примыкающие здания и установлена динамика развития их колебаний в процессе забивки свай.
Теоретически исследованы и экспериментально доказаны эффективные технологии выдерживания бетона при круглогодичном бетонировании монолитных конструкций зданий и способов защиты свежеуложенной бетонной смеси, исключающих миграцию влаги и снижающих деструктурные процессы.
Практическое значение диссертационной работы заключается в разработке эффективных технологий, обеспечивающих всесезонное возведение зданий в стесненных условиях, на площадках со сложными инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями.
Экспериментально доказана эффективность технологии устройства свайных оснований зданий на слабых водонасыщенных глинистых и насыпных грунтах вблизи существующих зданий и в стесненных условиях.
Установлены рациональные пределы использования различных опалубочных систем и оптимизированы технологии производства работ. Реализованы эффективные способы производства арматурных и бетонных работ, а также новые способы взаимоувязки работ строительных машин и оборудования в процессе производства работ, которые обеспечивают круглогодичное возведение монолитных конструкций зданий.
Разработаны мероприятия по управлению технологическими характеристиками бетонной смеси за счет введения химических добавок, обеспечивающих интенсификацию производства работ в зимний и жаркий периоды при строительстве монолитных многоэтажных жилых зданий. Установлено влияние химического состава цементов на скорость набора прочности бетонов при введении добавок и тепловой обработке. Исследованы управляемые режимы выдерживания бетона монолитных конструкций зданий с применением греющих проводов, а также защиты свежеуложенного бетона от влагопотерь с применением пленкообразующих составов.
Разработана и внедрена в производство система инструментального контроля технологических процессов монолитного строительства, обеспечивающая количественную оценку показателей и способствующая повышению качества работ и эксплуатационной надежности зданий.
Использование разработанных технологий при возведении многоэтажных монолитных зданий позволило:
- сократить себестоимость бетонных работ от 10 до 20 %;
- снизить использование кранового времени до 32 %;
- увеличить оборачиваемость опалубок до 400 раз;
- сократить общий срок строительства объектов на 1,5 - 2,5 месяца.
Внедрение работы. Основные результаты научных исследований внедрены при разработке проектов и строительстве более тридцати 17-25 - этажных монолитных жилых зданий в Московской области, в т.ч. в г. Химки.
Публикации. Основное содержание выполненных научных исследований по диссертационной работе изложено в 35 работах автора, в том числе в 2-х учебных пособиях и в 1-ой монографии. Опубликованы 32 научные статьи, в том числе 5 научных статей в журнале «Жилищное строительство», 5 научных статей в журнале «Промышленное и гражданское строительство» и 3 научных статьи в «Вестнике МГСУ».
Общий объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 9 глав, основных выводов, списка использованной литературы, имеющего 244 наименования. Общий объем диссертации 270 страниц, в т.ч. 232 страницы машинописного текста, 47 рисунков и 12 таблиц.
На защиту выносятся следующие положения диссертации:
1. Разработанные и усовершенствованные технологии круглогодичного индустриального возведения многоэтажных монолитных зданий на слабых грунтах в стесненных городских условиях.
2. Методы устройства свайного основания, обеспечивающие производство работ в стесненных городских условиях, с меньшими ударными и вибрационными воздействиями, не снижающими эксплуатационную пригодность зданий и сооружений попадающих в зону влияния строительно-монтажных работ.
3. Результаты исследования эффективных технологий устройства различных монолитных железобетонных конструкций зданий с применением греющих проводов, обеспечивающих высокую степень однородности физико-механических характеристик бетонов при использовании управляемых режимов температурного воздействия.
4. Комплексные решения повышения качества конструкций из монолитного железобетона путем создания эффективных способов защиты, исключающих миграцию влаги и снижающих деструктурные процессы.
5. Предложения по снижению общей трудоемкости и повышения производительности работ при возведении монолитных многоэтажных зданий на основе повышения технологичности свайных работ, эффективного выбора опалубок, применения современных инструментов и оборудования при арматурных работах, использования эффективных комплектов машин и оборудования для доставки, укладки бетонной смеси и снижения сроков выдерживания бетона, исключения простоев в процессе строительно-монтажных работ.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Первая глава диссертации посвящена анализу технологий строительства многоэтажных жилых зданий на слабых грунтах в стесненных условиях.
Появились компьютерные технологии, позволяющие повести вариантное сравнение различных архитектурно-конструктивных решений по зданиям и сооружениям ещё на стадии первоначальных проектных работ. Быстрыми темпами развиваются строительные технологии на основе современных машин и оборудования. Появились современные и экономичные бетонные заводы, способы перевозки и укладки бетонной смеси, современные опалубочные системы как отечественного, так и иностранного производства.
Анализ и изучение интернет-ресурса, а также отечественной и зарубежной научно-технической литературы по области проводимых исследований по теме диссертации показали, что они обусловлены и актуальны и связаны с обширностью исследуемых проблем. Это также связано с большим разнообразием технологий по устройству и проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений на основе новых компьютерных технологий.
В настоящее время строительства зданий и сооружений, а также инженерных коммуникаций ведется на территориях, которые раньше считались «непригодными» для строительства, исходя из сложности проведения работ по инженерно-геологическим изысканиям, в связи с отсутствием опыта проектирования и строительства на таких территориях, нормативных документов, отсутствия опыта строительства на площадках со специфическими грунтами, специальных технологий машин и оборудования.
В технической и научной литература отсутствуют или имеются в малых объемах результаты исследования специфических свойств грунтов при различных на них воздействиях (замачивание грунтов сточными водами, химикатами и т.д.). При проектировании зданий и сооружений, а также инженерных коммуникаций часто не исследуются изменения физико-механических свойств грунтов на площадках снесенных зданий.
Часто объекты возводятся в стесненных городских условиях, где расположены существующие здания и сооружения, а также различные инженерные коммуникации. Многие территории больших городов, особенно в г.Москве сложены слабыми водонасыщенными глинистыми, насыпными и карстовоопасными грунтами, а также имеются грунты с плывунными свойствами и суффозионноопасные. В городских условиях важным вопросом является обеспечение виброзащиты зданий и сооружений от городского транспорта (железнодорожный транспорт, автотранспорт, трамвай, метрополитен).
Для обеспечения прочности и долговечности строящихся зданий и сооружений, а также сооружений, попадающих в зону выполнения строительных работ должна быть установлена эффективность применения технологий устройства оснований, фундаментов и подземных частей зданий на специфических и очень сложных инженерно-геологических, гидрогеологических и погодно-климатических условий РФ.
В течение многих лет проекты эффективные с точки зрения проектирования, строительства и эксплуатации были утверждены как типовые для повторного применения. В дальнейшем производилась «привязка» этих проектов для различных мест исходя из климатического района, инженерно-геологических и гидрогеологических условий и т.д. При этом основное внимание уделялось конструктивно-технологическим решениям зданий ниже отметки ±0,000. Как показывает практика многие аварии и деформации зданий произошли из-за необоснованного решения этих вопросов, как в процессе «привязки» типового проекта, так и в процессе строительных работ.
Проведенные исследования показали, что экономические преимущества монолитных железобетонных конструкций, по сравнению с кирпичным и полносборным строительством, характеризуются снижением единовременных затрат на создание производственной базы на 20 - 30%, уменьшением расхода стали на 10 - 15%, энергоемкости - до 30% и на 25% меньшими суммарными трудовыми затратами по сравнению с кирпичными зданиями той же этажности.
Как показал анализ строительства за последние годы, условия строительства в г. Москве постоянно усложняются. Строительство новых зданий ведется в более сложных инженерно-геологических условиях (слабые водонасыщенные глинистые грунты, техногенные грунты и рыхлые пески и т.д.). Во многих случаях новые здания пристраиваются к существующим зданиям и при этом начали проектировать свайные фундаменты и комбинированные свайно-плитные фундаменты, но они не везде являются наиболее эффективными видами фундаментов.
В стесненных условиях вблизи существующих зданий часто применяют вдавливаемые сваи. Вдавливание свай может осуществляться в тех же грунтовых условиях, в которых выполняется их погружение другими способами (ударным, вибрационным и др.). При вдавливании свай в плотные грунты (или при прохождении прослоек таких грунтов) часто применяют лидерные скважины. Неудачное применение этого метода приводит к увеличение количества свай и увеличению срока строительных работ. Не установлены пределы применимости этого метода.
Как показывают исследования после забивки свай в слабые водонасыщенные глинистые грунты в некоторых случаях со временем наблюдается повышение несущей способности свай, что обусловлено процессами «засасывания». При забивке свай в слабые водонасыщенные глинистые грунты в зоне нарушения природной структуры наблюдается разрушение структурных связей и частичный переход физически связанной воды в свободную воду. Со временем наблюдается обратный процесс - тиксотропное упрочнение глинистых грунтов во времени и восстановление физически связанной воды. Степень тиксотропного упрочнения глин после нарушения их структуры зависит от «чувствительности» глин.
Проведенные работы показали, что во многих случаях при изысканиях не соблюдаются этапы проектных работ (предпроектные решения, стадия «Проект», стадия «Рабочая документация»). При этом объемы изыскательных работ будут меньше необходимого или их будет недостаточно. Это часто происходит при неправильном составлении технического задания на изыскательские работы. При составлении технического задания не учитываются опыт строительства на соседних площадках, архивные материалы и заранее без наличия информации об инженерно-геологических условиях указываются глубина подземной части здания (этажность) и вид фундаментов (свайные). Это влияет на объемы изыскательских работ и количества лабораторных и полевых исследований грунтов, включаемых в программы по инженерно-геологическим изысканиям.
Изучение опыта проектирования и строительства многоэтажных зданий в стесненных условиях показывает, что неправильно принятые архитектурно-планировочные и конструктивно-технологические решения приводят к удорожанию строительства и увеличению сроков выполнения как отдельных видов строительных работ, так и общего срока строительства.
При строительстве сборных зданий увеличение количества конструктивных элементов, их форм и веса приводит к выбору различных машин и механизмов, увеличению стыков, требующих особого ухода при бетонировании в зимних условиях, объема ручного труда и трудоемкости монтажных работ и т.д. При монолитном домостроении увеличение количества конструктивных элементов и разнообразия фасадов приводит к увеличению объема опалубочных работ, большему использованию кранового времени, увеличению общего объема арматурных и бетонных работ и трудоемкости. Изучение работы многих строительных организаций г.Москвы и Московской области показывает, что часто на строительных площадках по различным причинам допускаются нарушения технологий производства строительных работ, необоснованное изменение сроков выполнения отдельных видов строительных работ и нарушения технологической цепочки выполнения работ. Это является причиной низкого качества при изменении погодных условий, приводит к промораживанию грунтов оснований, к затоплению котлованов и т.д. При таких случаях часто некоторые виды строительных работ выполняются повторно (подготовка оснований, водопонижение, снос поврежденных бетонных подготовок, усиление поврежденных и деформированных конструкций и т.д.). Имеются случаи, когда при выполнении земляных работ на уровне устройства оснований обнаруживаются грунты, физико-механические свойства которых отличаются от значений, полученных при ранее выполненных изысканиях. При таких случаях приходиться выполнять дополнительные инженерно-геологические изыскания, запроектировать основания и фундаменты в соответствии с подтвержденными новыми данными по свойствам грунтов. Это приводит к увеличению материальных затрат, то есть общей стоимости строительства.
С целью определения основных задач исследований был выполнен анализ и аналитический обзор отечественных и зарубежных теоретических и практических подходов к решению проблем устройства оснований, фундаментов и подземных сооружений на слабых водонасыщенных глинистых и насыпных грунтах. Были установлены факторы, влияющие на качество, обоснованность и эффективность проектных и строительных работ при устройстве оснований, фундаментов и подземных частей монолитных жилых зданий в стесненных условиях. В этой главе приведены задачи исследований.
Вторая глава диссертации посвящена теоретическому исследованию особенностей выбора технологий строительства многоэтажных жилых зданий на слабых грунтах в стесненных условиях.
Обеспечение надежности и долговечности возводимых зданий зависит от обоснованного выбора технологий производства работ на всех этапах строительства. Принятие конструктивных решений многоэтажных зданий базируется на использовании различных методов и приемов возведения конструкций, обеспечивающих сокращение сроков строительства, повышение качества и надежности зданий и сооружений.
Изучение опыта строительства многоэтажных зданий в стесненных городских условиях, особенно на территориях со слабыми грунтами показало, что чрезмерные осадки фундаментов, приведшие к деформированию зданий и дорогостоящим восстановительным работам во многих случаях произошли из-за неправильного выбора технологии возведения подземных частей зданий.
В стесненных городских условиях в настоящее время в подземной части многих многоэтажных зданий расположены подземные автостоянки глубиной до 3-х, 6-х этажей. Как правило, заглубленные части зданий выполняются в монолитном варианте. Они преимущественно базируются на использовании метода «стена в грунте», а также ограждения котлованов с применением погружаемых металлических свай различного сечения (шпунтовых ограждений). Создание геометрически неизменяемых систем достигается применением распорных конструкций и грунтовых анкеров.
Возведение подземной части здания включает в себя комплекс строительных процессов по устройству оснований, фундаментов, возведению стен подвальной части здания и других конструкций, прокладке инженерных коммуникаций на прилегающей территории и в подвале здания.
Технологический цикл возведения подземной части здания на естественных грунтах, как правило, один. Однако он разбивается на два или более подциклов - в зависимости от гидрогеологических особенностей грунтов и сложности архитектурно-планировочных и конструктивных решений здания. В результате влияния указанных факторов определяют дополнительные строительные процессы.
Первый подцикл предусматривает устройство оснований и фундаментов зданий. Причиной выделения работ по устройству оснований и фундаментов зданий в самостоятельный цикл является та важнейшая роль, которую играют эти части зданий в обеспечении надежности работы несущих конструкций и здания в целом.
Во втором подцикле выполняются работы по возведению несущих и ограждающих конструкций, расположенных на фундаментах до нулевой отметки здания. К ним относятся внутренние и наружные стены, колонны, перекрытия и др. Иногда указанные конструкции размещаются в несколько этажей (ярусов), что характерно для заглубленных зданий. Ведущим строительным процессом этого подцикла является устройство несущих конструкций, которое необходимо осуществлять после окончания работ по устройству оснований и фундаментов здания.
Строительство многоэтажных зданий производится по двухцикличной, трехцикличной и многоцикличной технологиям.
Выбор соответствующей технологии строительства здания производится на основе рассмотрения архитектурно-планировочных решений и конструктивных решений здания, применяемых строительных материалов и изделий, а также назначения здания. Количество и структура технологических циклов полностью зависит от того, каким образом протекает ведущий процесс первого цикла, возведение несущих конструкций (коробки) здания, первоначально или совместно с другими процессами. Чем меньше в технологиях циклов, тем больше различных строительных работ выполняются параллельно по совмещенной технологии. Именно поэтому двух - и трехцикличные технологии имеют наименьшую продолжительность возведения зданий.
При двухцикличной технологии возведения надземной части зданий высокие требования предъявляются к архитектурно-планировочным и конструктивным решениям зданий в части послезаводской, транспортной, монтажной и послемонтажной технологичности строительной продукции. Такими параметрами обладают здания крупнопанельной конструктивной системы.
Каждый из двух циклов имеет свое назначение. Задача первого цикла - возвести коробку здания и подготовить к выполнению отделочных работ, а второго - завершить все строительные работы.
При двухцикличной технологии наиболее трудоемкие отделочные работы, характеризующиеся мокрыми процессами, - штукатурные и подготовка оснований для устройства полов, - выполняются в первом цикле.
Во втором цикле основными работами являются отделочные, которые включают малярные, плиточные, устройство покрытий полов, столярные, оклейка поверхностей пленочными материалами на тканевой или бумажной основе или обоями и др. Ведущей работой цикла являются малярные, которые выполняются на захватках чаще всего в два этапа: первый - подготовка всех поверхностей под окраску (оклейку обоями) и окраска потолков, второй - «чистая» окраска поверхностей масляной или водоэмульсионной краской или оклейка обоями. Под «чистой» окраской понимается последняя операция этих процессов.
Трехцикличная технология возведения надземной части многоэтажного здания отличается от двухцикличной технологии тем, что в первом цикле к моменту завершения работ по возведению коробки здания не созданы необходимые температурно-влажностные условия и не подготовлен фронт работ для выполнения отделочных работ. Это означает, что по каким-то причинам параллельно с работами по возведению несущих и ограждающих конструкций здания не выполнялись сопутствующие им общестроительные и специальные работы.
По трехцикличной технологии чаще всего возводятся здания каркасной и блочной конструктивных систем, монолитные здания. Рассматриваемая трехцикличная технология возведения зданий по сравнению с двухцикличной представляет собой более сложные решения по взаимодействию строительных процессов и режимов их выполнения. Во-первых, количество строительных процессов возросло за счет их осуществления на строительной площадке. Во-вторых, технологические режимы их выполнения сопряжены с мокрыми процессами, что требует затрат на высушивание поверхностей.
Как показывает изучение строительства и сдачи в эксплуатацию жилых зданий в г. Москве и Московской области, требования предъявляемые к готовности эксплуатации инженерного оборудования, коммуникаций и лифтового оборудования жесткие и их необходимо выполнять. На многих объектах установлено сложное инженерное оборудование и лифты импортного производства. Для этих оборудований требуется качественное завершение строительных работ и хорошая подготовка помещений и сооружений для их монтажа. В процессе выполнении исследований на ряде объектов после завершения строительных работ для монтажа оборудования были затрачены большие материальные затраты для переделки помещений, для изменения мест расположения конструкций для крепления, а также изменения типов применяемых по проекту лифтов (на лифты с меньшими размерами из-за отсутствия возможности рихтовки направляющих в лифтовых шахтах).
Для качественного строительства многоэтажных монолитных зданий в стесненных условиях, на площадках со сложными инженерно-геологическими, и гидрогеологическими условиями необходим комплекс эффективных технологий производства работ на различных этапах строительства, в совокупности обеспечивающих высокий уровень производительности труда за счет полной механизации процессов и высокое качество строительной продукции за счет полного исключения технологических нарушений и дефектов.
Были выполнены исследования особенностей проектирования строительных работ с учетом стесненности условий организации строительства и наличия слабых грунтов в основании проектируемого объекта.
Вопросы проектирования и организации строительства в стесненных городских условиях рассмотрены в работах В.И. Теличенко и др. Проведенные работы показывают, до сих пор имеется случаи аварий и деформаций существующих зданий и сооружений, попадающих в зону влияния строительства.
На основе анализа технологий возведения зданий различных конструктивных решений, а также результатов проведенных теоретических и натурных исследований автором диссертации были предложены эффективные технологии возведения многоэтажных монолитных жилых зданий в сложных грунтовых условиях на основе учета требований по организации строительства в стесненных условиях. В диссертации приведен комплекс вопросов, обеспечивающих эффективность и обоснованность применяемых технологий возведения зданий и сооружений на слабых грунтах в стесненных условиях.
Третья глава диссертации посвящена исследованию эффективных технологий всесезонного бетонирования конструкций при строительстве многоэтажных монолитных зданий.
При строительстве многоэтажных монолитных зданий основным вопросом организации строительства является обеспечение объекта бетонной смесью с определенными технологическими и температурными параметрами. Эти параметры часто нарушаются при централизованном приготовлении и поставке бетонной смеси и зависят от вида транспортных средств, используемых для перевозки бетонной смеси, и соблюдения технологий перевозки. Экспериментальные исследования были проведены при круглогодичном возведении монолитных 17 - 22 этажных жилых зданий на слабых грунтах в стесненных городских условиях.
Изучение опыта строительства показывает, что в период транспортирования в зависимости от его продолжительности и температуры окружающей среды бетонная смесь теряет определенное количество тепла. Дополнительные потери происходят в результате затрат тепла на отогрев опалубки и арматуры. Температура бетона, пришедшая в тепловое равновесие с температурой опалубки и арматуры, может иметь к началу режима остывания температуру на 5-15°C меньшую, чем на выходе из бетоносмесителя, - и равную Tн. С этого момента тепловое состояние бетона оказывается под воздействием двух факторов: положительного - экзотермии цемента, и отрицательного - потерь тепла через ограждение опалубки, неизбежных, если теплозащита не абсолютна, а температура окружающей среды ниже температуры бетона. Экзотермия цемента является природным энергетическим потенциалом твердеющего бетона, что связано с термохимическими свойствами цемента, проявляющимися в процессе гидратации минералов цементного клинкера. Величина теплоты гидратации зависит от многих факторов: минералогического состава цемента, тонкости его помола, количества и вида добавок, водоцементного отношения и определяется, как правило, экспериментально. Величина тепловыделения цементов (Э) зависит от их видов и марок.
В третьей главе приводится описание натурных исследований, проведенных при возведении 25-ти этажного монолитного жилого дома.
В монолитных стенах, колоннах и т.п. применялась вертикальная навивка греющего провода, так как горизонтальная навивка требует увеличения промежуточных точек его крепления на арматурный каркас во избежание провисания при укладке бетонной смеси. В армированных конструкциях провод навивался снаружи на арматурные сетки и каркасы с тем, чтобы он располагался в наиболее защищенной от механических воздействий зоне при бетонировании - между арматурой и опалубкой. В бетонных конструкциях провод навивался на шаблоны, которые укладывают в бетон по мере бетонирования.
Для бетонирования густоармированных конструкций рекомендуется применять литую бетонную смесь. При экспериментах использовались бетонные смеси, используемые для возведения конструкций - В20 - В30.
При укладке бетонной смеси горизонтальными слоями в железобетонные конструкции значительной высоты (стены, колонны и т.д.) отдельные проволочные нагреватели были размещены в зоне этих слоев. После перекрытия бетонной смесью очередного слоя нагреватели, размещенные в нем, подключались под рабочую нагрузку. Толщина укладываемого слоя не превышала 40 - 50 см.
Опыты показали, что для уплотнения бетонной смеси, уложенной в конструкцию, предпочтительнее применять поверхностные вибраторы, например, для уплотнения слоя толщиной не более 250 мм в неармированных или с одиночной арматурой монолитных конструкциях и до 120 мм - в конструкциях с двойной арматурой. При толщине уплотняемых слоев, превышающей эти значения, используют глубинные вибраторы. При этом не допускаются резкие удары и быстрое опускание рабочей части вибратора в опалубку во избежание повреждения изоляции и обрывов нагревательного провода. По этой же причине запрещается использовать для уплотнения бетонной смеси штыковки и другой инвентарь с режущими кромками.
При погонных нагрузках на провода, превышающих 30 Вт/м в армированных монолитных конструкциях, провода подключались вначале под напряжение на ступень меньше расчетного, а после 5 - 6 ч обогрева бетона трансформатор переключался на расчетное напряжение.
Продолжительность обогрева зависит от температуры и от требуемой конечной прочности бетона.
Исследования, проведенные в ГАСИС, НИИЖБ и ряде других организаций, с участием автора, показали, что при любой тепловой обработке наиболее интенсивное расширение бетона наблюдается в период подъема температуры. Максимальные деформации в этот период могут достигать 36 мм/м при пропаривании, 2,319 мм/м при автоклавной обработке и 210 мм/м при электропрогреве. Это говорит о том, что деструктивные явления наиболее сильно проявляются при нагреве, когда физический процесс температурного расширения может опережать физический и физико-химический процессы твердения. Именно в этот период и происходит, в основном, формирование структуры бетона, которая в дальнейшем лишь упрочняется. От качества образовавшейся в период нагрева структуры материала будут зависеть, в основном, все технические свойства конечного продукта.
Бетонная смесь представляет собой многокомпонентную систему, состоящую из твердой, жидкой и газообразной фаз. Каждая из этих фаз обладает различными теплофизическими характеристиками и по-разному изменяет свой объем при изменении температуры. Другой особенностью твердеющего бетона является непрерывное изменение реологического состояния системы, необратимый переход ее в процессе твердения из первоначального пластично-вязкого состояния в упруго-хрупкое. Эти особенности и предопределяют возникновение структурных нарушений в бетоне, твердеющем при тепловой обработке.
Ранее проведенными исследованиями было введено понятие о «критической» прочности - минимальной прочности, при которой наложение теплового воздействия не приводит к структурным нарушениям. Расширение бетона с такой прочностью практически равно температурному расширению затвердевшего бетона того же состава.
При наших исследованиях использовались специальные нагревательные провода марок ПТПЖ. Электрический расчет греющих проводов сводится к определению рабочего напряжения при минимально допустимой длине проволочного нагревателя и максимально допускаемой на него мощности.
На рис. 1 приведены типичные графики формирования температурных полей при нагреве бетонной смеси, изотермическом прогреве, остывании и соответствующие расчеты значения прочностных характеристик.
Рис. 1. Температурно-прочностные характеристики бетона перекрытий, обогреваемых греющими проводами (бетон класса В25). 1 - при температуре наружного воздуха - 10С; 2 - тоже при - 17С; 3 - в утепленной опалубке с теплоизолированной поверхностью с изотермой при tнв = - 15С
Как показали исследования наиболее эффективным режимом тепловой обработки явился разогрев смеси до 50 °С в течение 24 ч с последующим поддержанием изотермического прогрева с меньшей мощностью в течение 18...24 ч. Это обеспечивает получение распалубочной прочности в пределах 70 % R28 в течение 48...64ч.
Опыт тепловой обработки греющими проводами показал, что интенсификация технологических процессов достигается при производстве работ в летнее время. Это обеспечивает сохранение продолжительности работ по возведению типового этажа до 4-5 дней.
Прочность бетона обычно проверялась по фактическому температурному режиму на наименее нагретых участках. После распалубки прочность бетона, имеющего положительную температуру определялась неразрушающими методами.
Четвертая глава диссертации посвящена исследованию причин возникновения участков с низкой прочностью бетона конструкций при строительстве многоэтажных монолитных зданий.
Как показывают исследования, процесс испарения влаги из свежеуложенного и уплотненного бетона имеет два периода, характеризуемых постоянной и падающей интенсивностью испарения. Начальный период твердения характеризуется постоянной и максимальной величиной интенсивности испарения влаги из бетона. В этот период интенсивность испарения с его поверхности не лимитируется внутренним массопереносом и зависит от разности парциального давления пара у поверхности бетона и в окружающей среде, т.е. от скорости диффузии пара в воздухе при постоянстве его парциального давления. При достижении определенной влажности бетона наступает период падающей интенсивности испарения, ограниченный внутренним массопереносом и характеризуемый углублением зоны испарения и обезвоживанием бетон от периферии к центру.
Исследования влияния влагопотерь из свежего бетона на его структуру и прочностные характеристики проводились при строительстве многоэтажных монолитных зданий в г. Химки Московской области. Подбор состава бетонной смеси должен производиться с учетом особенностей бетонируемых конструкций, условий приготовления, доставки, укладки и методов выдерживания. При этом содержание воды в бетонной смеси было обосновано с точки зрения обеспечения проектных прочностей для назначенных соотношений В/Ц и необходимых пластических свойств для укладки и уплотнения бетонной смеси. Испарение воды из бетонной смеси и, особенно при ее излишнем содержании или при низких или очень высоких температурах, оказывает отрицательное влияние не только на прочность бетона, но и на его морозостойкость и водонепроницаемость.
Некоторые опыты показали, что кратковременное высушивание образцов, в возрасте 3 суток, при температуре 110°С в течение 3 часов, вызывает понижение прочности при сжатии на 28-ой день до 47% от марочной прочности. Аналогичное высушивание образцов в возрасте 7 и 28 сут. понизило прочность бетона при сжатии соответственно до 71 и 97 % R28. Еще большее снижение прочности при изгибе наблюдается при потере влаги. Потеря воды в количестве 20-25% в возрасте 28 сут. может понизить прочность образцов при изгибе на 40-45%.
Проведенными исследованиями также установлено, что прочность обезвоженного бетона независимо от того, когда из него удалилась влага - сразу, до или после укладки, на 20-40% (а в отдельных случаях даже на 50%) ниже прочности бетона, твердевшего в нормальных условиях. Это объясняется затуханием процессов твердения и увеличением пористости вследствие быстрого испарения из него воды.
Темпы возведения многоэтажных монолитных зданий предусматривают обязательное применение одного из методов ускорения твердения и набора прочности бетоном в конструкциях. Излишек воды из бетонной смеси при любом способе выдерживания испаряется. При этом особую роль играет температура бетонной смеси, ее изменение от начала выдерживания до распалубки готовой конструкции.
При монолитном строительстве устройство различных покрытий неопалубленной поверхности бетона связано с расходом огромного количества термо- и влагоизоляционных материалов, а также со значительными трудозатратами на установку и снятие многочисленных покрытий на бетон.
При этом эффективность этих покрытий достигается только при обеспечении надежной изоляции неопалубленной поверхности, но сложные формы опалубок, стяжные болты, хомуты, планки, вставные стержни для различных каналов, и т.п. препятствуют ее герметичной изоляции. Это же касается и различных разработанных в последнее время инвентарных термовлагоизоляционных покрытий.
Выполненный нами анализ показал, что одним из прогрессивных методов предотвращения влагопотерь является использование пленкообразующих материалов, которые наносят на поверхность свежеуложенного и свежеотформованного бетона путем равномерного распыления.
В настоящее время как в России, так и за рубежом, наметилась тенденция использования для ухода за бетоном пленкообразующих материалов на водной основе. При производстве бетонных работ в жаркое время года важное значение имеет повышение долговечности железобетонных конструкций, ибо это наиболее актуальная проблема.
Долговечность бетонных и железобетонных конструкций в значительной степени определяется их трещиностойкостью. Появление и развитие трещин в бетоне приводит к снижению его прочности, морозостойкости, водонепроницаемости, способствует коррозии арматуры, что уменьшает срок службы конструкций.
При экспериментальных исследованиях было установлено, что одной из наиболее вероятных причин образования поверхностных трещин и разрушения бетона в условиях сухого жаркого климата являются напряжения от непроявившейся капиллярной усадки, развивающиеся при циклическом увлажнении и высыхании бетона.
Полученные с применением предложенного способа экспериментальные результаты позволили установить влияние различных факторов, таких как тонкость помола цемента и гранулометрический состав бетонов, водоцементное отношение, расход цемента, условия и длительность твердения, а также условия влагообмена с окружающей средой на трещиностойкость бетона. В частности показано, что повышение температуры и уменьшение относительной влажности окружающего воздуха приводит к интенсивному развитию градиента влагосодержания в поверхностном слое бетона, а возникающие при этом растягивающие напряжения - к снижению прочности при изгибе в пределах первых нескольких часов высыхания бетона. Например, значение коэффициента трещиностойкости стандартного раствора состава 1:3 при 20°С и относительной влажности воздуха 75% составило 0,62, а при 35°С и относительной влажности воздуха 50% снизилось до 0,41.
Результаты исследований свидетельствуют о существенном влиянии условий жаркого климата на трещиностойкость бетона от непроявившейся капиллярной усадки и о необходимости учета этого показателя при проектировании составов бетонов конструкций, эксплуатирующихся в указанных климатических условиях.
На основе экспериментальных данных, а также теоретического их обобщения сформулированы основные направления повышения трещиностойкости бетона и, тем самым, его долговечности. Необходимо отметить, что существенное снижение прочности при изгибе, вызванное влиянием непроявившейся капиллярной усадки, до настоящего времени не учитывалось при оценке надежности железобетонных конструкций, в первую очередь тонкостенных, эксплуатирующихся в условиях жаркого климата.
Подобные документы
Объемно-планировочные структуры многоэтажных жилых зданий. Исследование ориентации и инсоляции. Изучение внутренних коммуникаций и пожарной эвакуации. Применение лестнично-лифтовых узлов разных типов в секционных жилых домах различной этажности.
реферат [10,6 M], добавлен 18.04.2019Индивидуальный жилой дом. Блокированные дома. Объёмно-планировочные решения блокированных домов. Гибкая планировка квартир. Лестнично-лифтовые узлы, применяемые в многоэтажных домах. Конструктивные решения многоэтажных жилых зданий.
реферат [15,3 K], добавлен 05.03.2004Возведение жилых, общественных и производственных зданий в стесненных условиях строительной площадки методом подъема перекрытий и этажей. Специфика возводимых зданий (точечное очертание в плане и ядро жесткости), технологии литья фундамента, перекрытий.
контрольная работа [33,2 K], добавлен 25.12.2009Изучение понятия "высотное здание" - здание, высота которого больше регламентированной СНиП для жилых многоквартирных, а также многоэтажных общественных и многофункциональных зданий. Архитектурная организация высотных жилых зданий и высотных комплексов.
реферат [21,9 K], добавлен 09.11.2010Индивидуальный жилой дом. Блокированные дома, усадебные жилые дома. Типы блоков и квартир. Объёмно-планировочные решения блокированных домов. Секционные, коридорные, галерейные малоэтажные дома. Конструктивные решения многоэтажных жилых зданий.
курсовая работа [41,4 K], добавлен 05.07.2015Основные положения технологии возведения монолитных и сборно-монолитных зданий на основе требований строительных норм и правил. Выбор технических средств для монтажа сборных элементов, опалубки и бетонирования конструкций. Укладка бетонных смесей.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 09.01.2022Составные элементы конструктивных систем и их назначение. Технологические решения и основные типы фундаментов. Конструктивные системы остова многоэтажных зданий. Типы лестничных клеток и лестнично-лифтовых блоков. Проектирование фасадных систем и крыш.
реферат [6,5 M], добавлен 26.11.2010Понятие о каркасах, область их применения и классификация по разных признакам, разновидности и функциональные особенности. Главные элементы сборного и монолитного железобетонного каркаса. Привязка колонн и стен многоэтажных зданий к координатным осям.
презентация [9,7 M], добавлен 20.12.2013Расположение каналов естественной вентиляции в многоэтажных жилых зданиях. Устройство воздухоприемных отверстий вытяжной вентиляционной системы. Вытяжка воздуха в машинном отделении лифта, электрощитовой, мусороуборочной комнате и подсобных помещениях.
презентация [1,4 M], добавлен 04.04.2015Общие сведения о зданиях и сооружениях. Технико-экономическая оценка проектов жилых и общественных зданий и сооружений. Объемно-планировочные и конструктивные решения жилых зданий. Основания и фундаменты зданий. Инженерное оборудование зданий.
курс лекций [269,4 K], добавлен 23.11.2010
