На правах рукописи
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Технология возведения каркасных зданий с вертикальными несущими конструкциями из трубобетонных элементов
Специальность: 05.23.08 - Технология и организация строительства
Курочкин Александр Вячеславович
Москва - 2011
Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет»
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, Афанасьев Александр Алексеевич
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Подгорнов Николай Иосифович
доктор технических наук, профессор Харитонов Вадим Андреевич
Ведущая организация: ОАО «ЦНИИЭП жилых и общественных зданий»
Защита состоится «___» ___________ 2011 г. в ______ часов на заседании диссертационного совета Д 212.138.04 в ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, _______________.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26.
Автореферат разослан «___» __________ 2011 года.
Ученый секретарь диссертационного совета Каган П.Б.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. Строительство многоэтажных и зданий повышенной этажности с применением монолитного железобетона, является одним из основных направлений социально-экономического развития страны.
Возведение таких объектов влечет за собой разработку новых объемно-планировочных и конструктивных решений, а также более эффективных технологий, обеспечивающих повышение интенсивности возведения зданий, их эксплуатационной надежности и долговечности.
Реализация государственной программы «Жилище» на 2012-2016 годы, требует поиска оптимальных конструктивно-технологических и организационных решений, по возведению малоэтажных жилых зданий с обеспечением высоких темпов строительства с сохранением высокого качества работ, снижение материальных и трудовых ресурсов.
Этим требованиям отвечают здания каркасной и каркасно-ствольной конструктивных схем с вертикальными несущими конструкциями из трубобетонных элементов, что позволяет не только сократить продолжительность строительства, но и уменьшить расход стали, бетона и сечения вертикальных несущих элементов. Трубобетонные конструкции, которые являются основными несущими элементами зданий, создают условия, снижающие явление прогрессирующего обрушения при техногенных и других воздействиях.
Более чем полувековая практика применения трубобетонных конструкций в области строительства показала достаточно высокую конструктивно-технологическую эффективность при возведении зданий и сооружений различного технического назначения. Активные научные исследования и практический опыт возведения малоэтажных и высотных зданий имеют место в США, Германии, Японии, Великобритании, Австралии, КНР и др. странах.
В Российской Федерации также ведутся разработки, направленные на использование трубобетонных конструкций в массовом строительстве. Однако существует ряд факторов, сдерживающих широкое применение трубобетона, таких как: слабая нормативная база, отсутствие эффективной методики расчета, недостаток научных исследований, а также технологий возведения каркасов зданий.
Использование трубобетонных элементов в качестве вертикальных несущих конструкций каркасов зданий обеспечивает одновременно со снижением материалоемкости и трудоемкости повышение гибкости архитектурно-планировочных решений.
Главными моментами при возведении таких зданий являются: обеспечение совместной работы бетонного ядра и стальной оболочки, а также устройство стыковых соединений колонн по высоте и перекрытиям, что требует разработки принципиально новых конструктивно-технологических решений.
Целью диссертационного исследования является разработка организационно-технологической модели возведения каркасов зданий с колоннами из трубобетонных элементов, позволяющей повысить интенсивность возведения зданий с учетом различных климатических условий.
Для достижения поставленной цели был сформулирован и решен следующий ряд аналитических и практических задач:
- разработана одноцикличная технология бетонирования вертикальных и горизонтальных конструкций, обеспечивающая снижение продолжительности возведения каркаса зданий;
- предложена и исследована конструкция стыка, обеспечивающая индустриальную технологию монтажа оболочек и опалубочных систем, а также совместную работу бетонного ядра и стальной оболочки;
- установлено влияние фактора водоцементного отношения на интенсивность набора прочности бетонным ядром, позволяющее оптимизировать составы бетонных смесей при условии их подачи и укладки с использованием бетононасосного транспорта;
- проведен комплекс экспериментальных исследований по оценке конструктивно-технологических решений стыков вертикальных и горизонтальных конструкций;
- оценена методика расчета несущей способности центрально и внецентренно сжатых трубобетонных элементов с учетом совместной работы бетонного ядра и стальной оболочки;
- оценены современные методы тепловой обработки и разработаны организационно-технологические решения, обеспечивающие интенсивность производства работ по возведению каркасов зданий в различных климатических условиях.
Объектом исследования является комплексно-экспериментальная работа по оценке деформативно-прочностных характеристик трубобетона с последующей разработкой технологии возведения каркасных зданий с трубобетонными колоннами.
Метод исследования - экспериментально-аналитический. Экспериментальные исследования проведены в лабораторных условиях с целью определения строительно-технологических характеристик трубобетона, оценки степени влияния В/Ц на интенсивность набора прочности бетонного ядра и оценки конструктивно-технологических решений узлов сопряжения трубобетонных колонн по высоте и перекрытиям.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
- проведен комплекс аналитических и экспериментальных исследований по оценке несущей способности центрально и внецентренно сжатых трубобетонных конструкций с ядром из модифицированных высокопрочных бетонов, включающий определение характера деформаций и разрушений трубобетонных элементов на различной стадии твердения;
- установлено определяющее влияние фактора водоцементного отношения на интенсивность набора прочности бетонным ядром, позволяющее оптимизировать составы бетонных смесей и назначать технологические режимы возведения зданий;
- разработана конструкция стыков вертикальных трубобетонных элементов по высоте и перекрытиям в многоэтажных каркасных зданиях путем гильзового соединения, обеспечивающая совместную работу оболочки и бетонного ядра. При этом достигается повышение несущих характеристик каркаса и технологичности возведения;
- разработана одноцикличная технология бетонирования вертикальных и горизонтальных несущих конструкций, обеспечивающая снижение продолжительности возведения каркаса зданий.
Практическая значимость диссертационного исследования состоит в разработке технологии возведения каркасов зданий и узлов сопряжений вертикальных и горизонтальных конструкций, обеспечивающих совместную работу бетонного ядра и стальной оболочки с возможностью восприятия технологической нагрузки от перекрытий и способствующей повышению интенсивности возведения зданий на 25-30%, снижению расхода материалов на вертикальные конструкции: металла в 2,3, бетона в 2,1 раза. Новизна технических решений подтверждена патентами на изобретения РФ.
Достоверность полученных результатов, выводов и рекомендаций, изложенных в диссертационной работе, подтверждены комплексом экспериментальных исследований, статистической обработкой экспериментальных данных, применением стандартизованных методов измерений и анализа.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на XIII и XIV Международных межвузовских научно-практических конференциях молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство-формирование среды жизнедеятельности» в г. Москве (2010, 2011г.г.), по итогам XIV конференции доклад по теме исследования был удостоен диплома второй степени.
Отдельные положения и результаты диссертации докладывались и были одобрены на XIII Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Института строительства и архитектуры в МГСУ г. Москве (2010г).
Новизна исследований подтверждена тремя патентами на изобретения №2402662, №2420636, №2417290 и поданной заявкой на изобретение №2011110440/03 от 21.03.2011 «Способ соединения трубобетонных колонн по высоте и перекрытиям», опубликованной 20.06.2011 бюллетень №17.
Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 4 работы общим объемом 0,96 п.л., в т.ч. лично автором - 0,91 п.л., в реферируемых журналах по списку ВАК - 2 работы объемом 0,48 п.л., в т.ч. лично автором 0,43 п.л. и 3 патента на изобретения РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка использованных источников из 109 наименований трудов отечественных и зарубежных авторов. Содержание работы изложено на 172 страницах машинописного текста, в том числе 101 иллюстрация, 20 таблиц и 58 формул.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении дана краткая характеристика работы: обоснованна актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи работы, объект и метод исследования, охарактеризованы научная новизна и практическая значимость, приведены сведения об апробации работы.
В первой главе проанализированы отечественные и зарубежные технологии домостроения с применением трубобетонных конструкций, а также способы повышения их эффективности.
Современное домостроение принимает тенденцию строительства зданий и сооружений, имеющих широкий спектр архитектурно-планировочных решений при одновременном снижении материалоемкости и трудоемкости, значительного сокращения сроков строительства, что требует разработки новых конструктивно-технологических решений несущих конструкций зданий и сооружений из трубобетона.
Зарубежный и советский опыт применения трубобетонных элементов при строительстве зданий различного технологического назначения показывает высокую конструктивно-технологическую эффективность, состоящую в способности трубобетона превышать несущую способность железобетонных колонн более чем в 2 раза, сокращении технологических процессов армирования, опалубливания и выдерживания, что повышает уровень технологичности возведения элементов каркасов зданий.
Исследован опыт применения трубобетонных элементов в качестве вертикальных несущих конструкций каркасов многоэтажных и высотных зданий на территориях Европы, США, Японии, Китая, Великобритании, Австралии и др. стран, в результате чего выявлено, что лидером является КНР, где создан научно-исследовательский институт трубобетона и разработана нормативная база по проектированию и возведению таких конструкций. Из опыта китайских строителей следует, что использование трубобетонных элементов позволяет за счет снижения сечения колонн сократить расход стали и бетона до 2 раз, повысить темпы строительства на 30% с одновременным снижением себестоимости на возведение несущего каркаса здания на 25-30%.
В РФ и за рубежом большое внимание уделяется повышению эффективности трубобетонных конструкций, которые выполняются путем:
- устройства на внутренней поверхности трубы в зоне сочетания с перекрытием металлических кольцевых диафрагм, металлических анкеров, спирального или веерного армирования, механических устройств, повышающих адгезионные характеристики стальной оболочки с бетонным ядром;
- длительного прессования бетонной смеси в трубобетонных элементах за счет твердения бетона в трубе под давлением;
- использования в качестве вяжущего напрягающегося цемента;
- повышения сейсмостойкости колонн, за счет использования эффекта обоймы, который основан на приложении нагрузки на бетонное ядро с помощью распределительной плиты и исключения сцепления на контакте раздела границ стальной оболочки с бетонным ядром посредством предварительной смазки полимерным составом внутренней поверхности трубы (Япония). трубобетон стальной многоэтажных здание
Проведенный анализ указывает на необходимость совершенствования нормативной базы, методик расчета, технологий возведения зданий, учета особенностей производства работ при отрицательных температурах, а также решений узлов поярусного сопряжения трубобетонных элементов с обеспечением совместной работы стальной оболочки и бетонного ядра.