4 - 2010

Информационное моделирование при создании блоков несъемной опалубки

Игорь Козлов (Кафедра архитектурного проектирования зданий и сооружений Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин)

Расчетное обоснование новой системы опалубки

Компьютерная реализация новой системы опалубки

Монолитное строительство — один из наиболее распространенных способов возведения зданий, особенно повышенной этажности. Применяемая при этом опалубка может быть съемной или несъемной. Преимущества несъемной опалубки очевидны: исключается операция демонтажа опалубки, поверхности стен отличаются более высокой степенью готовности к отделке [1]. Существующие варианты технологии несъемной опалубки имеют ряд ограничений для применения в высотном строительстве. В статье рассматривается вариант опалубки, позволяющий снять эти ограничения. Экономическая эффективность такой опалубки на этапе строительства подтверждается укрупненными расчетами. А повышения производительности труда на стадии проектирования можно добиться применением технологии информационного моделирования зданий [2], с помощью которой и была осуществлена описываемая работа. Для этого была создана исследовательская модель двухсекционного жилого дома с автоматизированной парковкой, достаточно полно воспроизводящая условия реального объекта. В качестве основного программного средства использовался комплекс программ семейства Revit, бесплатно предоставленный компанией Autodesk для учебных целей.

Расчетное обоснование новой системы опалубки

В настоящее время уже разработано большое количество вариантов исполнения несъемной опалубки, различающихся как конструктивно (щиты, плиты, блоки), так и применяемым материалом (ДСП, фибролит, щепоцемент, пенополистирол, полистиролбетон, стеклофиб­робетон, бетон, пеностекло и др.). В качестве примера можно привести технологии VELOX [3], «ПЛАСТБАУ-3» [4], КСТ [5], FORMEXX и ARXX [6], «ИЗОДОМ» [7], «ТСТ-Дом», «ДЮРИСОЛ» (арболит, ЦСП) [8], «Симпролит» [9] (компания «СИМПРО», Югославия, ВНИИЖБ, Россия).

В [9] и [10] подробно описана технология строительства с применением несъемной опалубки из полистиролбетонных блоков «Симпролит». В [11] рассматриваются достоинства и недостатки указанной технологии на основе опыта практического применения. Там же приводится описание аналогичной технологии МАРКО (монолитно­армированная конструкция), разработанной строительной компанией «Колумб» (г.Дзержинский) в 2008 году с учетом указанных недостатков. Промышленное производство элементов системы началось в 2009 году.

Отличительными особенностями системы МАРКО являются:

  • применение модифицированного (с добавлением воздухововлекающих, пластифицирующих и регулирующих твердение химических добавок) объемно­армированного базальтовой фиброй полистиролбетона с гранулами вспененного полистирола диаметром не более 3 мм;
  • форма блоков, исключающая появление незащищенных участков арматуры;
  • применение при кладке блоков раствора на основе цемента с модифицирующими добавками для ускорения схватывания с заполнением из гранул пенополистирола диаметром до 1 мм.

Опыт применения этой технологии ограничивается малоэтажным строительством. Кроме того, при строительстве в климатических условиях, например, Новосибирской области наружные стены, возводимые по такой технологии, требуют обычных средств утепления и отделки, что не дает большой экономической выгоды.

При разработке более совершенной системы опалубки сложилось четкое понимание, что для обеспечения нужных эксплуатационных характеристик и требований, предъявляемых к несущим ограждающим конструкциям многоэтажного жилого дома в заданных климатических условиях, требуется обеспечить:

  • сопротивление теплопередачи Rreq = 3,71 м2·°С/Вт, рекомендуемое значение теплоинерционности 4 < D < 7;
  • огнезащиту полистиролбетона;
  • прочность внутренней поверхности стен, достаточную для восприятия бытовой нагрузки.

Поскольку армирование полистиролбетона базальтовой фиброй увеличивает предел прочности на растяжение, это дает возможность использовать для несъемной опалубки полистиролбетон плотностью 250 кг/м3 с коэффициентом теплопроводности 0,085 Вт/(м2·°С) [12], что, в свою очередь, позволяет рассматривать полистиролбетон в качестве материала утеплителя.

Сечение несущих железобетонных колон проектируемого здания определяется расчетом в зависимости от возможных нагрузок. Поскольку для многоэтажного здания нагрузки могут быть существенные, на основании экспертных заключений для данного этапа было выбрано сечение 250 мм.

Для укрепления и огнезащиты внутренней поверхности стены предложено использовать стекломагнезитовый лист (СМЛ), по цене соизмеримый с ГВЛ, но обладающий рядом преимуществ [14]. Отделка стен выполняется листами толщиной 10 мм в два слоя вразбежку с применением клея и саморезов.

В случае использования полистиролбетона в качестве утеплителя наружную отделку целесообразно выполнить термоизоляционной штукатуркой Thermo-ECO [15]. Материал обладает высокой адгезией (сила сцепления 0,92 Н/мм2), паропроницаемостью и низким водопоглощением, класс огнестойкости 3-й группы, коэффициент теплопроводности 0,058 Вт/(м2·°С), на 85% состоит из компонентов вулканического происхождения. Применение штукатурки позволит скрыть межблочные швы.

Толщина внутреннего слоя несъемной опалубки принимается конструктивно равной 60 мм. Толщины теплоизоляционных слоев определяются по теплотехническому расчету.

Согласно [16] и [17], для Новосибирска требуемое значение сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций должно быть Rreq = 3,71 м2·°С/Вт.

Тепловая инерция D ограждающей конструкции определяется по формуле (2) [12], термическое сопротивление R — по формуле (4) [12], в которой участвуют используемые ниже коэффициенты теплоотдачи: внутренней поверхности αB = 8,7 Вт/(м2·°С), наружной поверхности ограждающих конструкций αH = 23 Вт/(м2·°С).

Как показали расчеты, условия R > Rreq и D < 7 выполняются одновременно при толщине полистиролбетона не более 140 мм, а штукатурки — не менее 58,4 мм. После сокращения толщины слоя штукатурки до 40 мм из соображений технологичности и увеличения толщины слоя полистиролбетона до 170 мм для сохранения сопротивления теплопередачи получаются результаты, представленные в таблице.

Таким образом, можно обеспечить требуемое сопротивление теплопередачи при теплоинерционности, близкой к рекомендуемому значению, без применения мягких утеплителей и навесного вентилируемого фасада, что на практике должно значительно снизить трудоемкость строительства.

Экономический эффект от внедрения разработанной технологии был приблизительно оценен по укрупненным показателям в сравнении с технологией строительства здания с монолитным каркасом, кирпичным заполнением и навесными вентилируемыми фасадами. Расчеты производились по программе, разработанной кафедрой организации строительного производства НГАСУ (Сибстрин) [18]. Результаты показали сокращение сроков строительства на 24% и уменьшение стоимости строительства на 45%.

В начало В начало

Компьютерная реализация новой системы опалубки

Рядовой блок несъемной опалубки для наружной стены имеет внешний вид, представленный на рис. 1.

Автором разработана вся номенклатура блоков для соединения под прямым углом и углом в 135° наружных и внутренних несущих стен, а также внутренних перегородок (рис. 2-7).

Рис. 1. Рядовой блок несъемной опалубки

Рис. 1. Рядовой блок несъемной опалубки

Рис. 2. Схема сопряжения блоков типа БНПН

Рис. 2. Схема сопряжения блоков типа БНПН

Рис. 3. Схема сопряжения блоков типа БНТ

Рис. 3. Схема сопряжения блоков типа БНТ

Для каждого блока опалубки создана компьютерная модель в программе Revit Architecture 2010. За основу при выполнении работы была взята технология BIM информационного моделирования зданий, поскольку она позволяет не только создавать графическое представление объектов, но и учитывать их прочностные, тепловые и прочие характеристики при проведении расчетов, а также осуществляет автоматическое составление спецификаций.

Рис. 4. Схема сопряжения блоков типа БНУН

Рис. 4. Схема сопряжения блоков типа БНУН

Рис. 5. Схема сопряжения блоков типа БНУВ

Рис. 5. Схема сопряжения блоков типа БНУВ

Рис. 6. Схема сопряжения блоков типа БВТ

Рис. 6. Схема сопряжения блоков типа БВТ

Рис. 7. Схема сопряжения блоков типа БНПВ

Рис. 7. Схема сопряжения блоков типа БНПВ

При создании семейств блоков в них закладывались не только геометрические параметры, но и физические характеристики материала. Получившаяся в результате библиотека блоков дает возможность:

  • создавать схему раскладки блоков путем непосредственного выкладывания модели стены из моделей блоков, что исключает ошибки при составлении спецификаций;
  • подсчитывать требуемое количество разных блоков;
  • учитывать нагрузку от собственного веса стены при расчете несущих конструкций;
  • оценивать теплотехнические характеристики стены как объекта с неоднородной структурой.

Кладка несъемной опалубки из блоков схожа с кладкой из кирпича, но принципиальным отличием является невозможность варьировать длину стены за счет изменения расстояния между блоками, заполненными раствором, поскольку вертикальные отверстия под колонны должны быть друг над другом. Раскладка блоков позволяет точно определить положение колонн, проемов, габариты помещений. Эта функция в Revit Architecture реализуется весьма успешно (рис. 8).

Определение количества блоков и объема материала доступно через инструментарий спецификаций (достаточно создать одну спецификацию и постоянно пользоваться ею) — рис. 9.

Рис. 8. Пример использования библиотечных блоков

Рис. 8. Пример использования библиотечных блоков

Рис. 9. Спецификация блоков

Рис. 9. Спецификация блоков

Для того чтобы менять материал блоков и подсчитывать не только их количество, но и массу, пользователю надо внести изменения в модель блоков. Поскольку блоки созданы как семейства в Revit Architecture, то для их модификации потребуется войти в режим редактирования семейства.

Командой Создание=>Свойства семейства=>Типоразмеры надо вызвать панель редактирования типоразмеров (рис. 10). Затем нажать кнопку Параметры=>Добавить. В Данных параметра выставить Экземпляр и группу Материалы и отделка. Чтобы параметр включался в спецификации, необходимо выбрать Общий параметр (рис. 11), перейти в режим редактирования общих параметров кнопкой Выбор

Рис. 10. Панель редактирования типоразмеров семейства

Рис. 10. Панель редактирования типоразмеров семейства

Рис. 11. Добавление нового параметра

Рис. 11. Добавление нового параметра

Если параметров еще нет, их нужно создать через кнопку Изменить. В окне изменения общих параметров надо создать файл общих параметров, а затем группу параметров и сами параметры (рис. 12).

Рис. 12. Создание и выбор общих параметров

Рис. 12. Создание и выбор общих параметров

При создании общего параметра следует помнить, что сохраненные свойства редактированию не подлежат. Доступно только удаление параметра и создание его вновь (рис. 13).

Рис. 13. Задание свойств общих параметров

Рис. 13. Задание свойств общих параметров

Рис. 14. Ввод значений добавленных параметров

Рис. 14. Ввод значений добавленных параметров

После добавления параметров в окне Типоразмеры в семействе нужно задать их значения (рис. 14).

При задании значений параметров можно записывать формулы, содержащие вычисления и логические операции с полями и константами. Но в данном случае выполнить зависимость между материалом и плотностью (характеристикой материала) не удалось, так как значение поля типа Материал недоступно для использования в формулах. Наличие характеристики, не связанной напрямую с материалом, противоречит реляционному принципу построения BIM.

Рис. 15. Связь характеристики объекта с параметром модели

Рис. 15. Связь характеристики объекта с параметром модели

Для того чтобы созданный геометрический объект имел корректное отображение, необходимо связать материал тела со значением параметра модели (рис. 15).

По завершении редактирования модель надо сохранить и загрузить в проект, поскольку используемые при работе семейства хранятся в файле этого проекта.

Теперь можно отредактировать спецификацию, добавив поля, в том числе поле Вес, значение которого находится по формуле Материал: ОбъемxПлотность. Объем блока вычисляется с учетом вычетов всех вертикальных и горизонтальных каналов, а Плотность — это созданный параметр, значение которого доступно для редактирования, но не связано аналитически с материалом (рис. 16). Для подсчета веса всех блоков надо включить вывод итогов во вкладке Форматирование.

Рис. 16. Спецификация, учитывающая вес блоков

Рис. 16. Спецификация, учитывающая вес блоков

Анализ теплотехнических характеристик возводимых с помощью блоков несъемной опалубки сооружений можно выполнить в Autodesk Ecotect Analysis 2010.

Из проблем, возникающих при применении описанной технологии, следует отметить, что прямое использование большого количества блоков при создании модели всего здания существенно увеличивает объем данных и, как следствие, замедляет быстродействие при работе с моделью. В какой­то степени это решается применением связей (внешних ссылок, разбивающих проект на части).

Также пока вызывает определенные трудности учет собственного веса блоков опалубки, поскольку программа расчета несущих конструкций Robot Structural Analysis 2010 не воспринимает ненесущие конструкции. Имитация присутствия объектов заданием распределенной нагрузки вручную сопряжена со сложностью определения нагрузки из-за неоднородности стены (в том числе наличия проемов), а также не позволяет создать автоматическую связь стены и нагрузки (при внесении изменений в конструкцию стены необходимо вручную пересчитывать нагрузку).

Все эти вопросы требуют дополнительной доработки технологии проектирования, не противоречащей идеологии BIM, но учитывающей реальные возможности программного обеспечения.

Литература

Матросов Ю.А., Ярмаковский В.Н. Энергетическая эффективность зданий при комплексном использовании модифицированных легких бетонов // Строительные материалы. 2006. № 1 (613). С. 19-21.

Талапов В.В. Информационная модель здания — опыт архитектурного применения. Архитектура и современные информационные технологии // AMIT: Электрон. журн. 2008. № 4 (5). URL: http://www.marhi.ru/AMIT/2008/4kvart08/Talapov/article.php.

http://www.rosstro-velox.ru.

http://www.rostovstroy.ru/archive/articles/1324.html.

http://www.ms-kvadratstroy.ru/index.php?look=1186504549.

Альбом технических решений строительной системы FORMEXX. Новосибирск: Канстрой, 2008.

Альбом технических решений по несъемной опалубке «Домостроительная система». Мосстрой­31.

http://www.stroymat.ru/view_stat.php3?id_=814.

http://www.ivd.ru/document.xgi?id=6237.

Симпролит-опалубка (строительство дома из пенополистиролбетона) // Идеи вашего дома. 2007. № 6 (197).

http://www.kolumb.ru.

СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника. М., 1998.

http://teplolit.su/produce.htm.

http://www.uralchim.ru/catalog.

http://thermoeco.ru/.

СНиП 23-01-99*. Строительная климатология / Госстрой России. М.: ГУП ЦПП, 2000.

НиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий / Госстрой России. М.: ГУП ЦПП, 2004.

Ручьев А.П. Организация, планирование строительства и управление проектом: Учеб. пос. / Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин). Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2009. 148 с.

В начало В начало

САПР и графика 4`2010