Опалубка: виды и особенности
Опалубкой называют временную вспомогательную систему, состоящую из сборно-разборных элементов. Сложнее всего ее устанавливать для несущих наземных конструкций. К ним относятся колонны, стены и перекрытия. Одно из самых главных требований, предъявляемых к опалубке является возможность легко монтировать и разбирать ее, перемещать с одного объекта на другой. Демонтируя важно не повредить бетон после того, как смесь затвердеет. Поэтому на практике используются разные системы, способные облегчить труд работников.
Конструктивные особенности опалубочных систем
Опалубка может состоять из:
- формы для монолитной конструкции, которую и принято называть опалубкой;
- формообразующего элемента, состоящего из палубы и каркаса — это щит;
- деревянной или металлической несущей конструкции, именуемой рамой или щитом;
- поверхности, соприкасающейся с бетоном — это палуба щита;
- опалубочной панели, являющейся крупноразмерным элементом с криволинейной или плоской поверхностью;
- блока опалубки, предназначенного для углов конструкции;
- крепежных элементов, обеспечивающих соединение и надежное крепление, устойчивость и жесткость всех элементов;
- поддерживающих устройств, к которым относят рамы, распорки, стойки, подкосы, балки, леса и так далее.
Опалубка — это форма, обеспечивающая бетонируемой конструкции проектные размеры. В нее укладывается бетонная смесь. Конструкция разбирается лишь после ее полного затвердевания.
Требования, предъявляемые к конструкциям
Чтобы качество выполненных работ соответствовало стандартам, необходимо чтобы опалубка:
- была устойчивой, прочной и не меняла свою форму под воздействием нагрузки;
- не образовывала щелей, через которые подтекает цементная смесь;
- исключала появление на поверхности раствора раковин, наплывов и искривлений;
- не создавала при монтажных работах или укладке смеси затруднений;
- обладала оборачиваемостью, могла использоваться многократно;
- была экономичной.
Среди технологических требований отмечают:
- прогиб щитов менее 1/400 пролета;
- сопротивление расчетному давлению смеси до 8 кПа;
- массу для мелкощитовой конструкции до 30 килограммов на 1 квадратный метр.
Различают несколько видов опалубки: стационарные, применяющиеся однократно и инвентарные, которые можно разобрать и с легкостью переместить на другой объект. Способность видоизменяться — это один из основных признаков эффективности любой опалубочной системы. от веса щитов и сложности процесса сборки зависит весь комплекс бетонных работ.
Типы инвентарных опалубочных систем
Вид опалубки выбирается исходя из типа конструкции, технологических и организационных работ, а также размера сооружений. Чаще всего в строительстве применяются: крупно- и мелкощитовые, а также балочно-ригельные и модульные опалубки (к ним же относятся: разборно-, подъемно-, объемно-переставная, скользящая и горизонтально-перемещаемая).
Особенности крупнощитовой системы
Щиты опалубки состоят из стальных разборных и V-образных профилей с палубой из ламинированной фанеры толщиной 1,5-1,8 сантиметров. Конструкция монтируется из щитов, соединенных между собой угловыми и шарнирными щитами, выдерживающими нагрузку в 8 т/м2.
Соединяется и выравнивается опалубка клиновыми и удлиненными замками, вставляющимися в специальные крепежные желоба. Впоследствии делается армирование, а также стягивание элементов шпильками в 17 миллиметров и специальными гайками. Конструкция многофункциональна, ведь ее можно собирать как вертикально, так и горизонтально.
К преимуществам крупнощитовой опалубочной системы относят:
- высокую скорость возведения объектов с ее применением;
- технологическую гибкость;
- простоту сборки.
Среди недостатков отмечают максимальное количество операций с участием кранов, сложность в обеспечении качества бетонной смеси, особенно в углах ячеек.
Применяются крупнощитовые опалубки при бетонировании крупноразмерных конструкций, а также для стен, колонн, фундамента, перекрытий. Активно используются при возведении жилых сооружений.
Особенности мелкощитовой опалубки
Это конструкции с прочным стальным каркасом, широким ассортиментом комплектующих элементов. С ее помощью можно укладывать бетонную смесь в форму любой сложности.
Со сборкой мелкощитовой системы с легкостью справится и один человек. Конструкции создаются на оборудовании, гарантирующем точность размеров. Опалубку чаще всего применяют на площадках, где не нужен подъемный кран.
Среди особенностей конструкции можно отметить:
- переносимые вручную элементы;
- возможность быстро реализовать решения любой конструктивной сложности;
- применимость как для фундаментов, так и для несущих стен;
- способность выдержать давление строительной смеси в 40 килоньютон на квадратный метр;
- готовность к применению в момент доставки на стройплощадку;
- простоту сборки.
Панели собираются между собой как горизонтально, так и вертикально. Благодаря этому опалубку можно использовать при возведении стен с любой высотой и длиной. Части конструкции можно перемещать подъемным краном, а удобство монтажа и технику безопасности обеспечивают опорные кронштейны. Для соединения щитов применяются ударные замки, обеспечивающие надежный зажим в 3-х точках.
Для уменьшения числа стяжек, экономии рабочей силы, уменьшения количества отверстий бетоне предусмотрена выравнивающая балка. Она позволяет собирать панели без накладного зажима.
Среди преимуществ конструкции можно отметить технологическую гибкость и применимость на стройплощадке легких кранов. К недостаткам относят необходимость предусматривать дополнительные меры, обеспечивающие качество поверхностей и высокую трудоемкость.
Мелкощитная опалубка применяется при бетонировании разных конструкций, включая вертикальные, горизонтальные и наклонные поверхности со сложной геометрией.
Особенности балочно-ригельной системы
Конструкция подходит для монолитного сборного строительства. С ее помощью можно возвести дом, включая потолочное перекрытие, колонну, подпорную или фундаментную стену. Поверхность бетона получается ровно и не нуждается в дальнейшем выравнивании.
Преимущества балочно-ригельной системы в:
- возможности возводить прямо- и криволинейные стены, колонны разного сечения;
- упрощении работ на стройплощадке;
- повышенной прочности;
- небольшой стоимости;
- возможности перемещать по площадке при помощи крана;
- высокой скорости сборки;
- гибкой адаптации под работы любой сложности и планировки;
- многократном использовании панелей, что минимизирует расход материала и затраты на все строительство;
- применимости одинаковых элементов к бетону, оказывающему разное давление;
- совместимость с иными видами опалубки.
Конструкция применяется и в промышленном и в коттеджном строительстве, в создании опор, стен и многих других видов сооружений.
Особенности модульной опалубки
Модульные опалубочные системы применяются в промышленном и гражданском строительстве. На практике наиболее распространены:
- Блочные, которые чаще всего устанавливаются при возведении жилых сооружений менее 16 этажей высотой. Они монтируются непосредственно на стройплощадке из модулей, образуя замкнутый круг.
- Разборно-переставные, использующиеся для сооружения балок, колонн, стен, плит перекрытий и покрытий, фундамента, перегородок. Они возводятся из металлических и деревянных плотно состыковывающихся между собой щитов. Для соединения элементов используются проволочные скрутки или временные распорки.
Модульная опалубка отличается простотой технологии сборки и возможностью собрать ее и неквалифицированными работниками. Среди недостатков отмечают технологическую гибкость и большой вес конструкции. Применяется она при бетонировании лифтовых шахт, фундамента, внутренней поверхности замкнутых ячеек в жилых сооружениях, а также различных монолитных конструкций.
Особенности подъемно-пневматической опалубки
Это формообразующая гибкая воздухоопорная оболочка или пневматические поддерживающие элементы с оболочкой, которая поддерживается в рабочем состоянии благодаря избыточному давлению воздуха.
По технологии возведения конструкции работа начинается с расстилки пневмоопалубки на забетонированный фундамент в виде основания и крепления ее к анкерам. Затем крепятся специальные открылки. Следующий шаг — укладка слоев облицовки, гидро-, паро- и теплоизоляции, гибкой сварной сетки и бетонной смеси. Последняя уплотняется при помощи виброреек или вибраторов. До схватывания бетона, в пневмоопалубку нагнетается избыточное давление в 2,5-3,0 кПа, что позволяет гибким тканевым лепесткам формы наползти на конструкцию, изогнуться и приобрести проектную форму. Таким образом получают сводчатые и купольные покрытия. Их диаметр до 12 миллиметров, а пролеты могут быть в пределах 6-18 метров.
Среди недостатков подъемно-пневматической опалубки стоит отметить:
- неуправляемую деформацию свежеуложенного бетона;
- возможное случайное изменение геометрии каркаса;
- нарушение структуры бетонной смеси, ухудшение его физических и механических характеристик;
- низкий уровень технологичности;
- большой объем ручных работ при строительстве.
Чтобы ускорить процесс затвердевания бетона, смесь прогревается теплым воздухом, подающимся с использованием специального генератора.
Особенности подъемно-переставной опалубки
Применяется при возведении высотных конструкций со сложной геометрией поперечного сечения сооружений. Собирается из щитов, креплений, отрывных, а также подъемных приспособлений.
Для закрепления щитов используется подъемная головка, устанавливающаяся в шахтоподъемнике. На ней же закрепляется рабочая площадка, бункер для бетонной смечи, подвесные леса, лебедка лифта.
Размеры внутренних щитов 550х1250 миллиметров. Они устанавливаются внахлест в 3 яруса, а крупнощитовая опалубка размерами 600х2600 миллиметров в 1. Для закрепления соседних ярусов используются поперечные накладки.
Среди преимуществ конструкции отмечают возможность возводить без установления лесов вертикальные стены высотных сооружений. Подъемно-переставная опалубка максимально подвижна и идеально подходит для сооружения бетонных каркасов со сложной геометрией, а также при переменном сечении конструкций. Например, дымовые трубы, градирен, силосные сооружения, опоры мостов и так далее.
Особенности объемно-переставных опалубочных систем
Этот вид опалубки применяется для возведения внутренних стен в зданиях, а также межэтажных перекрытий. Объемно-переставная система состоит из крупного опалубочного блока, который монтируется и переставляется монтажным краном. Она выполняется Г- и П-образной формы
Конструкция состоит из потолочной и двух стеновых панелей, которые соединены между собой шарнирами, поддерживающими устройствами и закреплены специальными приспособлениями и распалубкой. После сборки конструкция образует тоннели. Секции могут менять свою ширину и длину.
К конструктивным особенностям объемно-переставной опалубки относят:
- возможность перекатывать опоры при перемещении секций;
- наличие системы домкратов, предназначенных для монтажа и проверки в проектном положении;
- систему раскосов, обеспечивающую пространственную жесткость.
Такой вид опалубки применяется для зданий с высотой этажей в 2,8-3,3 метра, а также толщиной перекрытия до 16 сантиметров.
К преимуществам конструкции относят возможность бетонировать стены и перекрытия, повышенное качество построенных сооружений, а также звукоизоляцию и точность взаимного расположения элементов.
Особенности скользящих опалубочных систем
Применяются при возведении вертикальных конструкций с большой высотой. Ее отличительная особенность — возможность скользить по затвердевающей поверхности бетонной смеси благодаря домкратным стержням, расположенным через каждые 1,5-2 метра по всему периметру стены.
Щиты скользящей опалубки имеют высоту 1,1-1,5 метра. Между собой они связываются домкратными рамами из стали, на которые опираются фермы или прогоны настила. Сюда же подвешиваются подмостки, которые позволяют сделать отделку бетонируемой конструкции. На рамы устанавливаются электрические либо гидравлические подъемные механизмы, которые обеспечивают скольжение опалубочной системы и освобождение бетона.
Такой вид опалубки применим при возведении стен, силосных резервуаров, труб и прочих сооружений высотой более 20 метров и толщиной более 12 сантиметров. К ее преимуществам относят высокую скорость работ, максимальную технологическую гибкость, а также минимальный объем необходимого для строительства металла. Недостаток один — это сложное устройство перекрытий.
Особенности горизонтально-перемещаемых опалубочных систем
Катучая опалубка применяется при возведении линейно-протяженных конструкций. Она состоит из щитов и каркаса, собирающихся на полозьях или тележках. Перемещается по рельсам благодаря электродвигателям или лебедкам.
Горизонтально-перемещаемая опалубка возводится для строительства сооружений с большой протяженностью. К таким относят стены, перекрытия, покрытия, коллекторы, тоннели, плотины, водоводы и так далее.
Среди преимуществ конструкции стоит отметить возможность механизировать процедуру бетонирования.
Виды несъемных опалубок
Такая опалубочная система представляет собой панели или блоки, которые монтируются в единую конструкцию. Как правило, форма используется при укладке монолитного железобетона. По окончанию процесса затвердевания смеси, опалубка остается неотъемлемой частью сооружения. Она выполняет несколько функций: защитную, декоративную и облицовочную.
Опалубки-облицовки различают по видам несъемных систем:
- железобетонные;
- армо- и стеклоцементные;
- декоративные;
- металлические;
- блоки с пустотами из вспененного полистирола;
- стекломагнезитовые каркасные;
- сетчатые.
К преимуществам конструкции можно отнести возможность снижения трудозатрат и стоимости опалубочных работ. Несъемные опалубочные системы применяются при бетонировании крупных монолитных сооружений с жестким армокаркасом и простой геометрией.
Материалы, применяющиеся для опалубочных систем
На выбор вида и материала, из которого будет возведена опалубка, влияет ее назначение. Чаще всего
при строительстве используются:
- Деревянные или деревометаллические. Важно, чтобы влажность древесины была менее 25%. Чаще всего используются фанера, но можно применить и доски. После затвердевания бетонной смеси поверхность получается ровной и гладкой.
- Металлические пластины. Они просты в монтаже и демонтаже, универсальны, после затвердевания смести поверхность бетона обретает высокое качество. Если строительство монолитное, металлическую опалубку монтируют на фундамент. В результате чего возводят колонны и стены с толщиной до 70 сантиметров.
- Железобетонные конструкции. Подходят для возведения элементов опор для мостов, подпорных и набережных стен, крупных инженерных сооружений. Чтобы предотвратить сцепление с бетоном, опалубку покрывают смазкой.
- Надувные резиновые или тканевые конструкции. Используются при возведении сложных объектов (купол, свод пролета и прочее). Запроектированную геометрическую форму обретает благодаря нагнетанию воздуха.
- Пластмассовые щиты размером 60х30 сантиметров. Их используют для опалубки стен, соединяют между собой ключами с использованием доборных элементов. Ребра жесткости фиксируются талрепами и винтовыми стяжками. Поверхность застывшей бетонной смеси всегда получается гладкой и не требующей отделки.
- Армоцементные плиты толщиной 1,5-2 сантиметра. Они производятся их армированного мелкозернистого бетона. Чтобы придать опалубке нужную форму, достаточно до нанесения смеси изогнуть проволочную сетку.
Кстати, чтобы качество бетонной поверхности не ухудшалось, а работы по распалубке не затруднялись, стоит наносить на поверхности любого материала специальную смазку (пленкообразующую, гидрофобизирующую, комбинированную, вскрыватели, замедлители схватывания)
Прежде чем выбрать тот или иной вид опалубки, важно понимать их конструктивные особенности и назначение. От этого зависит производительность, необходимое количество работников на объекте, наличие специальной техники и временные затраты на монтаж и демонтаж конструкции.
Купол как уникальная конструкция
Лаборатория деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» совместно с ООО «ЦНИПС ЛДК» разрабатывает проекты большепролетных каркасов покрытия из клееных деревянных конструкций (КДК). По их проектам построено более 10 аквапарков по всей России. Крупнейший из них – аквапарк «Питерлэнд» в парке 300-летия Санкт-Петербурга. Об особенностях проекта «Строительному Еженедельнику» рассказал заведующий лабораторией деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Александр Погорельцев:
– В бассейнах и аквапарках КДК имеют преимущества перед конструкциями из металла или железобетона. Для них хлорирование или озонирование воды создает агрессивную среду, нейтральную для древесины.
В ТРК «Питерлэнд» смонтирован ребристый купол диаметром 90 м и высотой 45 м. Особенности конструкций связаны в основном с его габаритами. В плане меридиональные ребра купола опираются с шагом 14,5 м на нижнее железобетонное кольцо и на стальное верхнее кольцо диаметром 5 м. Основные ребра длиной около 60 м выполнены в виде серповидных сборных ферм и сами по себе являются уникальными в части принятых конструктивных решений, изготовления, сборки и монтажа. На эти ребра с шагом 6 м опираются девять криволинейных кольцевых элементов, из которых два – верхний и нижний – являются опорами для 60 промежуточных меридиональных ребер. Нижний кольцевой элемент выполнен в виде горизонтальной фермы, воспринимающей реакции опор от промежуточных ребер и нагрузки от кольцевой технологической площадки. Остальные кольца являются распорками между меридиональными ребрами для обеспечения их устойчивости.
В конструкции купола реализованы основные принципы «системы ЦНИИСК», все основные узлы и стыки поясов серповидных ребер выполнены на наклонно вклеенных стержнях и V-образных анкерах. Это уникальная система узловых соединений, основанная на вклеивании в древесину арматурных стержней периодического профиля. Россия обладает приоритетом в области подобных узловых соединений деревянных конструкций.
Все жесткие стыки ребер и соединения закладных деталей со стержнями, вклеенными на заводе и на монтаже, выполнены ручной сваркой. Экспериментальные исследования, проведенные в ЦНИИСК с целью оценки влияния сварки на соединения, показали, что существующий «психологический» барьер при сварке деревянных конструкций успешно преодолевается. При соблюдении нескольких рекомендаций сварка практически не сказывается на несущей способности соединений.
Меридиональные ребра состоят из четырех отправочных блоков полной заводской готовности, соединяемых на монтаже жесткими стыками на сварке. Все блоки по торцам снабжены выпусками V-образных анкеров и закладными деталями.
Проблемы допусков по длине для меридиональных ребер решены с помощью зазоров около 40 мм между торцами поясов, заполняемых полимербетоном после сварки V-образных анкеров и стальных полос. Этим достигается плотный контакт по площадкам сжатия.
Треугольная решетка меридиональных ребер включает горизонтальные и вертикальные элементы. Горизонтальные соединены с поясами на цилиндрических нагелях и шпильках, а вертикальные – с усилием растяжения до 40 т – путем сварки выпусков вклеенных стержней и закладных деталей на раскосах.
Сборка и монтаж меридиональных ребер производились в три этапа: сначала на жестком горизонтальном стенде производилась предварительная сборка блоков в проектных габаритах, затем окончательная сборка в вертикальном стальном стенде с последующей установкой блоков в проектное положение.
Из-за кризиса 2008 года после монтажа каркаса купола строительство было приостановлено – и возобновлено только в 2011 году. В результате влажность древесины, не защищенной от атмосферных осадков, значительно превысила величину равновесной влажности, соответствующей условиям эксплуатации. Быстрое завершение строительства и ввод в эксплуатацию могли привести к неравномерной усушке древесины и, как следствие, к появлению значительных трещин и расслоений. Разработанные в ЦНИИСК рекомендации по обеспечению температурно-влажностного режима при завершении строительства позволили избежать этих проблем.
Цифровые технологии – спорту
Олимпиада в Сочи и Чемпионат мира по футболу – 2018 задали новые требования к проектированию и строительству спортивных сооружений в России. О том, как создать современный спортивный объект мирового класса и уложиться в жесткий дедлайн, рассказывает руководитель отдела ОВиКВ компании «Метрополис» Сергей Брюзгин.
Проектирование спортивных сооружений – задача сложная и ответственная. Объекты такого рода сочетают в себе яркую, запоминающуюся архитектуру и комплекс сложнейших инженерных систем. Именно поэтому проектировщики постоянно находятся в поиске новых эффективных решений для работы с такими проектами.
В основе – технологии
Одними из наиболее успешных разработок, активно используемых проектировщиками, являются BIM-технологии. Их применение при проектировании современных сложных объектов, к числу которых относятся и спортивные сооружения, является одним из ключевых условий успешных инвестиций заказчика, ведь технология BIM-проектирования позволяет существенно сэкономить время и средства, необходимые для реализации проекта.
Эта технология дает возможность повысить качество проектирования и на раннем этапе представить полную картину того, как будет выглядеть и функционировать объект. При необходимости заказчик может своевременно внести корректировки в проект на той стадии, когда изменения не влекут за собой больших затрат. Это отличная возможность для всех участников проекта получить практически идеальный продукт, обладающий внешней привлекательностью, комфортом и безопасностью среды и, что самое главное, инвестиционной привлекательностью.
Сейчас все проекты нашей компании разрабатываются с применением этой технологии. Например, Центр художественной гимнастики имени Ирины Винер-Усмановой еще в 2016 году получил первое место на конкурсе BIM-технологий, организованном Минстроем РФ.
Другая многообещающая разработка – достаточно молодая в строительной сфере технология математического моделирования (CFD-моделирование). До ее появления то или иное техническое решение можно было обосновать либо опираясь на накопленный опыт (чаще всего используя решения, принятые ранее для подобных объектов), либо при помощи натурных испытаний (создание макета, испытательного стенда и т.п.). Первый вариант – рискованный (аналогичный объект может достаточно сильно отличаться по своим характеристикам от проектируемого, что может дать свою погрешность и привести к неработоспособности решения). Второй – затратный как по деньгам, так и по времени, не говоря о том, что далеко не все макеты можно физически реализовать. Технология CFD дает возможность за пару дней, а иногда и за несколько часов решить нестандартный узел, внести в него требуемые корректировки и добиться эффективности и работоспособности решения.
Мы применяли CFD-моделирование при проектировании таких объектов, как Центр художественной гимнастики в Москве, многофункциональный плавательный центр «Лужники», крытый каток Москомспорта, а также при проектировании жилых зданий.
До того, как мы освоили эту технологию, нам казалось, что ее применение будет востребовано только на уникальных объектах, однако практика показала, что использование CFD-моделей полезно для объектов любого уровня сложности. С его помощью можно решать такие задачи, как распределение температур в сложных трехмерных многослойных конструкциях, расчет параметров микроклимата помещений, воздухораспределение, расчет потерь давления в нестандартных сетевых элементах и т. д.
Данная технология дает специалисту возможность на раннем этапе проектирования отследить вероятные недочеты потенциальных инженерных решений, а иногда и понять, что предлагаемое решение слишком затратно (как энергетически, так и финансово) или вовсе нежизнеспособно. Например, для проверки условий, создаваемых для зрителей и спортсменов, наша компания выполняла оценку проектных решений систем вентиляции и кондиционирования главной арены Центра художественной гимнастики в Москве при помощи CFD-моделирования. Для достижения оптимального результата нам пришлось провести 8 итераций расчетов, в результате чего системы вентиляции и кондиционирования были значительно переработаны. Это еще раз подтверждает: CFD-моделирование и проектирование при помощи BIM-технологий позволяет на раннем этапе выявить проблемы и оптимизировать проектные решения. А заказчик, в свою очередь, получает наглядное, интуитивно понятное обоснование принимаемых решений. Вот несколько примеров выполненных расчетов:
В гармонии со стройкой
Посмотрим, как применение этих технологий реально отражается на строительном процессе. В качестве примера возьмем Центр художественной гимнастики. Для проектируемого объекта выполнялись следующие стадии проекта:
- концептуальные решения (стадия «К»);
- стадия «Проектная документация» (стадия «П»);
- стадия «Рабочая документация» (стадия «Р»);
- авторский надзор.
Проект стадии «К» стартовал в конце мая 2016 года и длился примерно 2 месяца. Последующая стадия «П» длилась примерно 3,5 месяца. Стадия «Р» длилась примерно 2 года, при этом строительные работы на объекте велись с запаздыванием от проекта всего на 2–3 месяца, иногда этот разрыв становился еще меньше, так что можно сказать, что проект стадии «Р», строительство и авторский надзор шли практически параллельно.
Основные сложности при проектировании как раз и связаны с малым разрывом в сроках между разработкой проектного решения и выдачей его для реализации на стройплощадку. У инженеров и архитекторов остается очень немного времени на принятие и согласование решений, и ошибки при таких малых сроках недопустимы. Именно использование BIM-технологий и, в частности, CFD-моделирования позволяет проектировщикам достаточно комфортно чувствовать себя в процессе взаимодействия со всеми заинтересованными сторонами. При этом есть, конечно, одно обязательно условие, с чем нам повезло: в арсенале всех участников проекта были современные технологии и подходы к проектированию, что позволило выполнить поставленную задачу в требуемый срок.
