Из истории технологии Сборно-Монолитного Каркасного Домостроения (СМКД) в России

 Но чем больше строилось жилых домов, тем отчетливее проявлялись минусы традиционных технологий.
Они сначала проявлялись в тяжелом, недостаточно механизированном труде рабочих на заводах и стройках, в однообразии архитектурного облика жилых кварталов различных городов, недостаточной комфортности квартир. С введением в управление хозяйственного расчета, а в экономику - первых элементов рынка, к ним добавились высокая энергоемкость технологий в производстве, их инерционность на запросы рынка, высокие эксплуатационные затраты на содержание домов

Сходство подходов в решении жилищной проблемы во Франции. Здесь до 1960 года в связи с недостатком жилья основным руководящим фактором для строительных предприятий являлась скорость строительства. При этом отодвигались на второй план вопросы качества домов, их стоимости, комфортабельности жилья, затратности его эксплуатации. Здания строились однообразные по архитектуре, как и у нас в стране в основном панельного исполнения.
После 1960 года к строительным организациям во Франции стали предъявлять новые повышенные требования, в частности по следующим параметрам:
- сейсмостойкость;
- оптимизация проекта по критериям стоимости строительства;
- снижение энергетических затрат в процессах строительства и эксплуатации домов;
- использование высококачественных материалов, отвечающих жестким санитарным нормам;
- соблюдение норм охраны окружающей среды при строительстве и эксплуатации жилья;
- комфортабельность и качество отделки;
- звукоизоляция и теплоизоляция,
- повышение требований к архитектуре зданий, особенно при строительстве в исторических частях городов.
То же самое повторяется в России, только с отставанием в 25-30 лет.
Во Франции нашли выход в переориентации индустрии домостроения с панельной технологии на каркасную, которая к началу 90-х годов ХХ века в конкурентной борьбе индустриальных строительных технологий постепенно начала завоевывать лидирующие позиции. В этой технологии прельщала компактность технологического оборудования по выпуску элементов каркаса, простота их наладки и переналадки под различные модификации элементов каркаса, что давало возможность значительно разнообразить архитектурно-проектные решения зданий.
К концу 1993 году, несмотря на наступающий в стране экономический и финансовый кризис, "Чебоксарский ДСК" сумел изыскать необходимые валютные средства на приобретение необходимых технологических линий для выпуска полного комплекта элементов сборно-монолитного каркаса. Был обучен полный штат специалистов и рабочих для эксплуатации технологического оборудования, проектирования и строительства каркасных домов. Уже 1995 год показал правильность выбора. Когда многие домостроительные комбинаты были остановлены или загружены на 25?30% ОАО "Чебоксарский ДСК", без остановки производства, сохранив квалифицированные кадры, вышло на строительный рынок России с совершенно новой для страны технологией сборно-монолитного каркасного домостроения (СМКД).
До настоящего времени первенцы СМКД в городах Чебоксары, Новочебоксарск, Нижний Новгород и других выгодно отличаются по внешнему облику, комфорту и эксплуатационным характеристикам от многих домов новой постройки по альтернативным конструктивным схемам. В короткие сроки предприятие вошло с этой технологией в 43 города России.
В то же время, с накоплением опыта в новом направлении домостроения, все чаще приходилось сталкиваться с проблемами, возникающими на стыке западной технологии с российскими условиями: географическими, климатическими, экономическими, нормативно-правовыми, системой стандартизации, ресурсными, возможностями отечественной промышленности строительных и конструкционных материалов, технической оснащенностью строительных организаций и прочая, прочая, прочая. Объективно выходило, что в том виде, как существует технология сборно-монолитного каркаса на Западе, в России она не получит широкого распространения, если эти проблемы не будут решены.
России необходим свой отличный от других стран путь становления новой строительной индустрии на базе современных технологий. Необходимо не догонять Запад, а переступить его по технологии на две-три ступени и идти дальше.
Решающими факторами такого проекта должны быть:
1 - экономия энергии в технологическом процессе производства продукции и строительстве;
2 - снижение трудовых и материальных затрат;
3 - высокое качество и потребительские свойства продукции.
Так родилась концепция будущего "легкого" здания: сборно-монолитный каркас, монтируемый из изделий заводского изготовления: колонна, ригель, плита-несъемная опалубка (или "пустотка") с замоноличиванием узлов и отсутствием сварочных работ на стройплощадке.

Так, жесткие климатические условия в подавляющем большинстве регионов России, где 8 месяцев в году наружный воздух имеет минусовую температуру, причем в очень широких пределах, потребовали серьезных проектных и технологических решений по отработке узлов наружных стен, обеспечивающих защиту от промерзания, повышенного внимания при производстве работ в зимних условиях.
Много проблем выявилось в производстве сборно-монолитных конструкций каркаса из обычного и предварительно напряженного железобетона. Все они были связаны с тем, что отечественные стандарты на инертные, вяжущие материалы и арматурный металл предъявляли менее жесткие требования по качеству в сравнении с западными требованиями.
В отечественном массовом гражданском строительстве практически отсутствовал опыт монтажа каркасных зданий. Поэтому, в целях сокращения подготовительного периода по внедрению новой технологии в массовом домостроении, приняли решение проводить учебу и подготовку кадров непосредственно на стройплощадке в процессе монтажа конструкций зданий.
Не было отработанных и испытанных конструктивных решений с применением пустотного настила на сборно-монолитный каркас. Поэтому в полном объеме были проведены натурные испытаний каркаса здания с пустотным настилом на соответствие требованиям СНиП.

Много организационных и технологических проблем было решено с переводом массового домостроения с традиционного конвейерного способа изготовления железобетонных конструкций на стендовую технологию. Это дало широкие возможности проектировщикам гибко и оперативно подстраиваться под спрос рынка, так как конструкция стендовой оснастки, против конвейерной, позволила реализовывать практически все пожелания проектировщиков.

За последние годы разработаны новые рабочие чертежи, изготовлены технологические линии с поставкой Заказчикам "под ключ": адресная подача бетона, технология изготовления пустотного настила экструзивным методом с разработкой экструдера российского производства с горизонтально направленной вибрацией с помощью гидросистемы на тело бетона.
Технологическая универсальная линия прошла пробные испытания и запущена в промышленную эксплуатацию.
 Соединив в себе преимущества индустриальной массовой технологии и оригинальность каждого архитектурного решения индивидуального строительства, СМК-технология открывает совершенно новое видение перспектив строительной сферы.
Максимально возможная унификация всех элементов здания, ведущая к радикальному снижению стоимости и сроков строительства ЛЮБЫХ объектов в сочетании с неограниченностью элементов архитектурной выразительности знаменует собой рождение нового этапа строительной истории России, оценить значение которого можно будет только спустя десятилетия.

   Краткое изложение технических решений (сборно-монолитный каркас)

Шембаковым В.А. и Селивановым С.П. (вице-президент РИА, президентом МОО "ФИДИА", доктором технических наук, профессором, лауреатом Госпремии России) в течение нескольких лет проводилась серьезная научно-исследовательская и проектно-конструкторская работа по созданию современной индустриальной технологии домостроения на основе сборно-монолитного каркаса.
Основой сборно-монолитной технологии является несущий каркас, состоящий из трех основных железобетонных элементов: вертикальных опорных колонн, предварительно напряженных ригелей, плит перекрытия.

 Узел соединения "колонна—ригель—плита" является монолитным. Весь каркас собирается без применения сварки. Применение сборно-монолитного каркаса возможно также в сейсмических районах (до 10 баллов). Эта возможность обеспечивается неразрезными сборно-монолитными дисками перекрытий и жесткостью соединительного узла (колонна—ригель—плита). Наружные и внутренние стены являются не несущими, а только ограждающими, что позволяет применять для их изготовления любые облегченные строительные материалы, удовлетворяющие требованиям СНиП по теплотехнике и современным архитектурно-планировочным решениям.
Сборно-монолитная технология позволяет собирать каркасы с большими пролетами между колоннами, что дает возможность свободно планировать расположение помещений на этажах как в ходе строительства, так и во время эксплуатации. Индивидуальный расчет сечений несущих элементов в зависимости от их месторасположения в каркасе обуславливает малый расход металла при производстве ЖБИ. Полная заводская готовность элементов каркаса позволяет при его возведении практически полностью отказаться от электросварочных работ, существенно снизить энергоемкость строительства, расход материалов на строительной площадке, сроки строительно-монтажных работ и, в конечном счете, обуславливает низкую себестоимость жилья по сравнению с другими строительными технологиями.

Конструктивное устройство Сборно-Монолитного Каркаса

С появлением указанных изобретений проектировщики получили в свое распоряжение полный набор конструктивных элементов для создания высокоэкономичных проектов зданий и сооружений с применением сборно-монолитного каркаса, имеющем в своем составе колонну, преднапряженный ригель или балку, преднапряженную плиту- несъемную опалубку (в вариантах - пустотный настил), 3-х слойную стеновую панель.

Фундаменты при плотных грунтах столбчатые железобетонные сборные или монолитные с подколонниками стаканного типа. При слабых грунтах – свайные со сборными подколонниками, установленными на монолитный ростверк.

Каркас сборно-монолитный с применением сборных многоярусных (на несколько этажей) колонн и сборно-монолитных перекрытий. Колонны сечением 250х250 мм для удобства транспортировки разрезаются на элементы длиной до 12 м. Стыковка колонн осуществляется без сварки при помощи "штепсельного" стыка. Материал колонн - тяжёлый бетон класса В15-ВЗО. Продольное армирование выполняется стержнями Д16-25мм класса AIII ГОСТ 5781-82. При транспортировке колонн только автотранспортом допускается длина колонн до 17 м.
Для сопряжения колонн с ригелями, в массиве колонн на уровне перекрытий предусматриваются участки с оголённой арматурой, усиленной крестовыми арматурными связями. Стыковка осуществляется за счёт пропуска дополнительных арматурных стержней через тело колонны. Высота этажа допускается любая. Это обусловлено гибкой технологией изготовления колонн. Сечение колонн может увеличиваться за счёт перестановки борта опалубки.
Сборные предварительно напряжённые ригели сечением 250х200 мм служат рёбрами монолитного перекрытия, с которым сопрягаются выпусками арматуры. Расчётным сечением ригеля является тавр, полкой которого служит перекрытие. Материал ригелей - тяжёлый бетон класса В30, продольное армирование осуществляется предварительно напрягаемыми канатами диаметром 12мм К7. В торцах ригелей выполняются пазы для сопряжения с колоннами. Арматура узла сопряжения пропускается через тело колонны и вводится в пазы ригелей. Омоноличивание узла сопряжения производится мелкофракционным бетоном класса В30.
Перекрытие состоит из предварительно напряжённых ж/б плит толщиной 60 мм, служащих несъёмной опалубкой, и монолитного армированного слоя толщиной 100-140 мм укладываемого сверху. Сцепление монолитного слоя со сборной плитой-опалубкой осуществляется за счёт шероховатой верхней поверхности плиты, выполняемой в заводских условиях путём обнажения крупного заполнителя. Материал плит - тяжёлый бетон класса В35. Продольное армирование предварительно напрягаемой проволокой диаметром 5мм ВрII.
При бетонировании монолитного слоя плита-опалубка, включая и ригели, подпирается системой инвентарных опор. Неразрезность диска перекрытия достигается за счёт укладки арматурных сеток на стыках плит и над ригелями. Монолитный слой перекрытия выполняется из тяжёлого бетона класса В15-В25.
Устойчивость для зданий высотой до 6 этажей каркаса достигается за счёт жёстких узлов сопряжения ригелей с колоннами. Для зданий большей этажности возможно введение диафрагм или ядер жёсткости.
Наружные стены могут быть различной конструкции. Возможна передача веса стен на каркас (при навесных стенах). Стены могут быть и самонесущими, передающими нагрузку на фундаменты, минуя каркас. Свобода в выборе конструкции стен позволяет применять каркасные здания в различных климатических и геологических условиях.
Гибкая технология изготовления элементов каркаса, позволяющая применять железобетонные изделия любой длины, не накладывает ограничений на планировку зданий. Шаг колонн сечением 250х250 мм при ригелях сечением 250х200 мм может быть от 1,5 до 7,2 м. Оптимальная нагрузка на колонну порядка 120 тонн. При увеличении пролётов и нагрузок увеличивается сечение элементов каркаса, что так же позволяет выполнить технологическое оборудование завода. Высота этажа ограничений не имеет и зависит только от гибкости колонн, поэтому применение каркаса возможно для зданий различного назначения: жилых, общественных, производственных, административно-бытовых.
Отсутствие сварных соединений упрощает сборку каркаса, не требует высокой квалификации рабочих.
Сборно-монолитный каркас имеет смешанную конструктивную схему с продольными и поперечными ригелями. Он предназначен для применения в строительстве многоэтажных жилых, общественных и вспомогательных зданий промышленных предприятий с высотой этажа от 2,8 до 4,5 метров с неагрессивной средой, возводимых в 1-5 районах России по весу снегового покрова и 1-6 районах по скоростному напору ветра (согласно СНиП 2.01.07-85).
При этом в каждом проекте следует проводить дополнительные расчеты на воздействие сейсмических, ветровых и других нагрузок.
Каркас вписывается практически в любые архитектурно-планировочные решения. Универсальное оборудование для формования элементов каркаса позволяет изготавливать их с различными параметрами сечений и необходимой длиной. Конструкция элементов каркаса, их размеры, структура армирования рассчитываются индивидуально для каждого конкретного проекта исходя из этажности здания, планировки этажей, состава нагрузок и т.п., что позволяет в конечном итоге оптимизировать расход материалов и уменьшить стоимость квадратного метра здания.

Основные элементы сборно-монолитного каркаса, их параметры и характеристики

Сборно-монолитный каркас конструктивно состоит из трех основных железобетонных элементов: колонн, ригелей и плит-несъемной опалубки. Дополнительно, по результатам расчета в каждом конкретном случае, в него могут включаться диафрагмы и связи жесткости.
Колонны
Колонны выполняются секционными. В зависимости от места (этажа) установки секции колонны подразделяются на нижние, средние и верхние, с уменьшением площади сечения по мере роста этажа. Длина секции колонны ограничивается техно-
логическими возможностями транспортировки и монтажа. Секции колонн стыкуются между собой специальным разъемом "штепсельного" типа без применения сварки.
В каркасе малоэтажных (до 12 метров) зданий устанавливаются безстыковые колонны.
Сопряжение колонн с ригелями и сборно-монолитными перекрытием производятся с помощью соединительных элементов без применения сварочных работ. Для этого в местах примыкания плиты перекрытия и ригеля тело колонны лишено бетона, что позволяет в процессе сборки каркаса пропускать арматуру ригелей сквозь колонну. При омоноличивании сопряжения образуется жесткий узел, обеспечивающий устойчивость каркаса. Приведенные в таблице рекомендуемые сечения колонн позволяют возводить здания до 34-х этажей.
Ригели
Ригели изготавливаются из железобетона с предварительно напряженной арматурой. Сечения ригелей выбираются в диапазоне от 20 до 60 см, в зависимости от места их установки. При этом ширина ригеля принимается равной ширине колонны примыкания, его высота рассчитывается в зависимости от воздействующих на ригель нагрузок.
В верхних зонах ригелей конструктивно выполнены выступающие замкнутые хомуты, обеспечивающие с помощью соединительных элементов связь ригеля со сборно-монолитной плитой перекрытия. После омоноличивания плиты перекрытия возникает тавровое рабочее сечение, где сборный ригель является ребром тавра, а его верхней полкой служит примыкающий участок плиты перекрытия.

Сборно-монолитные перекрытия

Сборно-монолитные перекрытия состоят из сборных железобетонных предварительно-напряженных плит толщиной 60 мм, служащих несъемной опалубкой для устройства несущей монолитной плиты толщиной 100-190 мм, в теле которой устанавливается дополнительная арматура, обеспечивающая неразрезность диска перекрытия. Для усиления сцепления монолитного слоя со сборной плитой-опалубкой и совместности их работы под нагрузкой верхняя поверхность плиты-опалубки выполняется шероховатой при формовке.

ПОШАГОВОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СБОРНО-МОНОЛИТНОГО КАРКАСА

1. Прежде, чем приступить к оснащению и формованию сборных железобетонных напряженных и ненапряженных конструкций на универсальном стенде необходимо:
- выполнить подготовку производства по номенклатуре и объемам из расчета на сутки, неделю, месяц;
- согласно недельно-суточного графика производства обеспечить изготовление арматурных каркасов, скоб, подъемных петель, сеток, закладных деталей, исходя из суточного оборота стенда на 2-3 дня для формования;
- согласно недельно-суточного плана обеспечить заготовку прядей К-7, проволоки Вр-2 на 1-2 дня для формования;
- проверить работу механизмов технологической линии на холостых оборотах;
- включить обогрев стенда и прогреть его до необходимой температуры.
2. Установить на универсальном стенде с одного края продольный сердечник (h=400 мм, L=90 м) и 2 разделительных сталистых ленты, предварительно дав им напряжение. С противоположного края установить один продольный сердечник (h=400 мм и L=90 м) и 2-й продольный сердечник (h=250 мм и L=90 м).
3. После установки разделительных элементов поверхности ручьев универсального стенда обрабатываются с помощью переносного аппарата эмульсолом, кроме крайней полосы h=400 мм, примыкающей к сердечнику для формования ригеля, которая обеспечивает удобство при формовке ручьев.
4. Начиная от продольного сердечника, устанавливаются каркасы колонн, отсечки и пустотообразователи. С завершением работ по 1-му ручью производится окончательная натяжка 1-й стальной ленты и ее закрепление в вертикальном положении.
5. По такому же принципу устанавливаются каркасы колонн во второй и третий ручьи, а затем закрывается откидной борт с обеспечением строгой фиксации уложенных каркасов в ручьях стенда.
6. Проверив правильность установки каркасов колонн, фиксаторов, отсечек, пустотообразователей, переходим к оснащению ручьев стенда под производство ригелей.
7. Вначале укладывают гнутые элементы из арматуры для ригелей, заготовленные по длине пряди, затем производится преднапряжение прядей. После этого устанавливают отсекатели, пенополистирольные вкладыши, заслонки и производят окончательное преднапряжение прядей.
8. В центральной части стенда, за исключением дорожки шириной 400 мм устанавливают продольные борта на стационарных магнитах для формования ригелей нового типа высотой 80 мм, преднапряженных перемычек, плит - несъемной опалубки, преднапряженных стропил и других плоских ж/б конструкций.
9. Укладка бетонной смеси выполняется универсальным вибробетоноукладчиком с различной скоростью вращения шнеков, подающих бетон в ручьи стенда в зависимости от объема ручья и линейной скорости передвижения вибробетоноукладчика. Укладка бетона может производиться также поочередно по ручьям с закрытием подачи шнеками в новые ручьи.
10. Выравнивание кромок преднапряженных ригелей производится вручную с двух сторон группы ручьев - с края стенда и со стороны продольного сердечника.
11. Уложенный на универсальный стенд бетон закрывается термопокрывалом с установкой автоматического режима пропаривания.
12. На следующий день производится отключение стенда от нагрева, снимается термопокрывало.
13. Распалубка производится последовательно с крайнего ручья открыванием борта. После съема готовой продукции с крайнего ручья, кладется на поддон сталистая разделительная лента и производится съем готовой продукции со следующего ручья и т.д.
Таким же способом после разрезания прядей К-7 в промежутках между ригелями также последовательно по ручьям снимаются со стенда ригеля.
14. После очистки формующей оснастки и смазки ручьев стенда процесс повторяется.
Универсальный стенд рассчитан на выпуск продукции с суточным оборотом и численностью рабочих 12-14 чел.

Процесс укладки бетонной массы послойно с уплотнением выполняется с помощью высокоэффективного и механизированного универсального вибробетонаукладчика.
Технологический процесс исполнения конструкции наружной стены высокой архитектурной выразительности и заводской готовности на универсальном стенде.

1. После прохода вдоль стенда машины смазки и уборки на плоскость стенда устанавливают конструкции, сопровождающие траверсы с любыми геометрическими размерами конструкций наружных стен и конфигураций с закреплением к поддону стационарными магнитами.
Хранение элементов, сопровождающих траверс, осуществляется в специальной кассете.
2. При формовании "лицом вниз" на плоскость поддона выстилается резино-полимерная основа лицевой поверхности конструкции, выполненная в модельном цехе.
3. Укладываются вкладыши оконных, дверных и иных проемов.
4. Внутрь контура панели укладывается арматурная сетка с монтажными петлями. После этого укладывается 1-ый фасадный слой бетона с помощью вибробетоноукладчика.
5. После укладки 1-го слоя бетона втапливается по периметру панели до фаскообразователя на сопровождающий траверс элемент несъемной опалубки.
6. Затем укладывается эффективный утеплитель, согласно теплотехнического расчета, и необходимое количество гибких связей на базальтовой основе.
7. Производится укладка верхней арматурной сетки и завершает процесс укладка верхнего слоя бетона с помощью вибробетоноукладчика.
8. Устанавливаются жесткие упорные связи между изделиями, стенд закрывается термопокрывалом с последующим автоматическим терморежимом пропаривания.
9. Весь процесс работы должен быть проверен в течение рабочей смены.
10. За час до выхода 1-ой смены отключается обогрев стенда и снимается термопокрывало.
11. Снимается верхний уровень составного оконного или дверного вкладыша, устанавливается внутренняя диагональная струбцина. Снимаются крепежные элементы со стационарными магнитами и с помощью сопровождающей траверсы снимается панель.
12. Так как резкое остывание металлической палубы стенда и медленное остывание отформованных конструкций позволяет провести отслоение поверхности конструкции от поддона, съем конструкций со стенда с одновременным поднятием сопровождающей траверсы и конструкции стены позволяет легко снять конструкции.
13. Конструкция стены вместе с сопровождающей траверсой устанавливается на "азик"-вывозную тележку, где и демонтируется сопровождающая траверса.
14. После очистки и мелкого ремонта конструкция наружной стены высокой архитектурной выразительности и заводской готовности (если есть необходимость с установкой оконных и дверных блоков) упаковывается в полиэтилен и направляется на строительную площадку.
Более подробное описание конструкции наружной стены изложено в описании изобретения к патенту РФ №2108431, зарегистрированному в Государственном реестре изобретений от 10 апреля 1998г.
Основными отличиями описываемой панели в сравнении с зарубежными аналогами являются:
1. Цена изготовления 3-х слойной "НС" в 2-2,5 раза дешевле.
2. Тяжелый труд формовщиков-бетонщиков механизирован.
3. Снижение теплоэнергозатрат на 35-40 % на 1 м3 отформованных изделий.
4. На универсальном стенде без крупных затрат возможно выпускать:
• 1, 2, 3-х слойные "НС" промышленных, гражданских, общественных
зданий длиной до 9 м;
• 3-х слойные крупные блоки для жилищного и промышленного
строительства;
• плиты - несъемные опалубки;
• колонны, ригеля, ригеля нового типа;
• балки ненапряженные и преднапряженные длиной до 24 м;
• трамвайные плиты
• фасадные плиты-оболочки высокого архитектурного исполнения;
• объемные эркеры жилых домов;
• пустотный настил длиной до 9.0 м;
• конструкции пром. зданий (колонны, балки, панели, ребристые плиты и
т.д.)
5. В сравнении с подъемными отдельно стоящими стендами у универсального единого стенда отсутствуют:
• мощная гидросистема подъема стола с панелью;
• вибрация стола, которая нарушает геометрию изготавливаемых
конструкций и их фасадных элементов и требует жесткого исполнения и закрепления инвентарных бортов из финской фанеры и деревянных брусов;
• большие затраты металла и бетона на формовку 1 м3 конструкций.

Только индустриальные подходы в строительстве России сегодня могут дать решение проблемных задач по резкому увеличению количества, доступного комфортного жилья и обеспечить соблюдение строгих требований к надежности зданий, высокой архитектурной выразительности, надежной эксплуатации и достижения конечных экономических результатов.