Опалубки для изготовления монолита бетона
В процессе строительства постоянно возникает необходимость в изготовлении бетонного раствора, что необходимо для формирования стен и перекрытий зданий. Для выполнения такой работы используются опалубки, которые ограничивают перемещение бетонной смеси в определенных рамках. Их конструкция имеет множество разновидностей и зависит от вида проводимых работ. Подробно мы говорили об этом здесь.
Общие правила монтажа опалубки
Вне зависимости от разновидности конструкции, в состав опалубки входят щиты, зафиксированные специальными упорами. При этом в каждом конкретном случае опалубка имеет свои индивидуальные особенности. Однако их монтаж осуществляется на основании общих правил. Сначала ведутся подготовленные работы, состоящие в следующем:
- На начальной стадии со строительной площадки убирается весь присутствующий на ней мусор.
- Ведется проверка горизонтальности участка. При наличии неровностей их устранение ведется путем среза почвы. При этом не допускается заполнение углублений путем подсыпки щебня.
- По углам будущего помещения фиксируются маяки. Они должны быть точно выставлены без отклонений по горизонтали и вертикали.
Далее происходит непосредственный монтаж опалубки. С этой целью подбираются доски, деревянные щиты, также может быть использована фанера.
Во время сборки опалубки придерживаются следующих условий:
- При использовании щитов они должны иметь квадратную или прямоугольную геометрию. Это наиболее оптимальная форма конструкции, которая может иметь произвольные параметры. Если в качестве исходного материала для опалубки применяются доски, то их торцы тщательно подгоняются, чтобы через стыки не выливался раствор. Обычно они берутся толщиной 40 мм. Также обращается внимание на отверстия, образовавшиеся после выпадения сучков, которые обязательно забиваются паклей.
- Если используется фанера, то толщина листа должна быть не менее 15 мм.
- Во время монтажа опалубки ее стенки должны быть обязательно укреплены распорками. Это необходимо для того, чтобы под давлением раствора не произошло расширения конструкции.
- Перед заливкой смеси внутрь опалубки прокладывается гидроизоляция. Делается это для того, чтобы жидкий бетон надежно удерживался в своих границах.
Иногда опалубка изготавливается из пластика. Такой материал отличается долговечностью и прочностью. При этом он имеет высокую стоимость. Однако пластиковая опалубка себя окупает, поскольку она может использоваться несколько раз.
Процедура установки опалубки происходит в следующем порядке:
- После окончания разметки на территории начинается выкапывание траншеи.
- Если планируется опалубку изготавливать из досок, то они сбиваются до получения конструкции нужных параметров.
- Начинается монтаж опалубки. Она обязательно проверяется на вертикальность расположения. После этого конструкция скрепляется поперечинами.
- Установленная опалубка снаружи подпирается распорками.
Внутренняя часть конструкции устилается пленкой, которая выполняет функцию гидроизоляции и предотвращает вытекание из щелей бетона.
Разновидности изделий для стен
При изготовлении фундамента параметры опалубки не имеют больших размеров. Если происходит формирование бетонных стен, то для нее требуется применение особой конструкции. Связано это с необходимостью создания мощного монолита. В процессе заливки бетона идет сильное давление на опалубку, поэтому при изготовлении опалубки особое внимание уделяется ее прочности. Для этого могут быть использованы такие материалы как металл, доски, пенополистирол, листы OSB или фанера.
При формировании бетонных стен конструкции опалубки бывают двух видов:
- Съемная. Она чаще всего изготавливается из металла, но до этого могут использоваться и доски. Перед их применением поверхность древесины обязательно тщательно обрабатывается. Такой вид опалубки выполняет свои функции только до затвердевания бетона, а затем она убирается.
- Несъемная. Изготовление такого вида опалубки ведется из теплоизоляционных материалов. Связано это с тем, что после окончания строительных работ она остается на месте. В результате помещение утепляется, и у него улучшается качество звукоизоляции. Об особенности конструкции несъемных опалубок можно почитать здесь.
Как и монтаж фундамента, изготовление опалубки требует серьезного подхода. В первую очередь это касается расчета будущей конструкции. Во время его проведения в качестве исходных данных используются следующие показатели:
- объем будущего пространства, в которое планируется заливать бетон;
- толщина изготавливаемого монолита.
Затем начинаются расчеты опалубки, на основании которых определяются следующие показатели:
- необходимая несущая способность будущей опалубки;
- подготовка требуемого количества материалов для изготовления конструкции;
- разрабатывается технология ее изготовления.
После проведения всех расчетов определяется число опор, которые будут располагаться снаружи опалубки с целью ее усиления под воздействием внутренних усилий. Также обязательное условие — определение стоимости конструкции.
Использование древесины
Если планируется изготовление опалубки из древесины, то часто для такой цели подбираются доски. После обработки торцов они сбиваются в щиты. В этом случае при заливке стен или перекрытий конструкция имеет увеличенные параметры. Также возможно изготовление деревянной опалубки путем использования ОSВ. При этом основным условием является хорошая пропитка материала, так как важно, чтобы он обладал высокой влагостойкостью.
Для усиления конструкции снаружи крепятся ребра жесткости. Иногда они выступают в качестве элементов наружной фиксации для устранения деформации опалубки при сильных внутренних усилиях. Кроме того, для таких целей также применяются деревянные бруски. Наружная часть может быть ограничена колышками, прижимными досками или подкосами.
Если опалубка состоит из нескольких частей, то между собой они скрепляются с помощью стяжек или проволочных элементов. При этом основным условием является устранение всех щелей между досками, через которые может выйти наружу раствор. На основании существующих стандартов максимальная величина зазора может составлять не больше 3 мм. Чаще всего жидкая смесь выходит наружу во время ее трамбовки. Иногда появляется только одна вода, что тоже относится к негативному явлению из-за снижения общего количества раствора. Чтобы полностью устранить такое явление, лучше всего даже небольшого размера щели между древесным материалом устранять с помощью пакли.
Опалубка из металла
Хорошим вариантом является изготовление опалубки из металла, в качестве которого может быть использован листовой прокат толщиной порядка 1,5 мм. Основанием для этого служит каркас. В его состав входят следующие элементы:
- трубы;
- уголки;
- металлический лист.
Сначала к трубам привариваются уголки, а затем с помощью саморезов или сварки крепится лист. Такая конструкция относится к съемной разновидности.
Другим вариантом металлической опалубки съемного типа является конструкция в виде обрешетки. В ней ячейки имеют квадратную форму, а размер стороны может лежать в пределах 0,2-0,4 м. Тут многое зависит толщины используемого металлического листа.
Чтобы конструкция обладала увеличенной жесткостью, в верхней части изделия привариваются перемычки. Их присутствие уменьшает возможность расхождения элементов опалубки. Во время заливки бетона внутри прокладываются трубы для прохождения коммуникационных систем.
Как только раствор помещается внутрь опалубки, щитам обеспечивается неподвижное состояние. Это осуществляется фиксацией распорок снаружи, для чего могут быть использованы металлические трубы или деревянные балки.
Демонтаж съемной конструкции
Съемная опалубка используется только до момента застывания монолита, а после этого убирается. Период ее использования может продолжаться до недели, хотя при хорошей погоде опалубка снимается уже через несколько дней. Здесь многое зависит от климата региона. Демонтируется опалубка за несколько шагов:
- Сначала снимаются сцепляющие элементы, которые удерживают состыкованные между собой щиты.
- С наружной стороны убираются откосы или другие элементы, которые предотвращают расширение опалубки.
- После освобождения конструкция осторожно снимается.
Процедура демонтажа опалубки требует аккуратного проведения работы. Ее снятие возможно только в том случае, когда присутствует уверенность, что бетон полностью затвердел. Процесс начинается с отклонения щитов от самой верхней точки, и только после этого они убираются.
Особенности несъемной опалубки
Если при формировании монолита используется несъемная опалубка, то после окончания проведения работ она не снимается. В результате строение дополнительно утепляется. Для удержания конструкции в ее состав входят блоки, с присутствующими в них замками для фиксации. Изготавливаются несъемные опалубки из следующих материалов:
- Пенополистирол. Опалубка обладает высокой прочностью. За счет небольшого веса с ней удобно работать. Такой материал хорошо пропускает воздух, что является его существенным преимуществом. После установки опалубки из пенополистирола в доме формируется дополнительная теплоизоляция.
- Арболитобетон. Материал содержит в себе дробленую древесину, цемент и некоторое количество химических добавок. Его особенностью является наличие в нем пузырьков воздуха. В результате изделия не подвергаются гниению и имеют хорошую влагостойкость.
- Фибролит. В основе таких опалубок лежит древесная стружка вместе с каустическим магнезитом. Полученные изделия обладают высокой морозостойкостью и экологической чистотой.
Пенополистирол чаще всего применяется для несъемных опалубок. Связано это с его небольшим весом, что отражается на удобстве монтажа. Соединение плит ведется между собой установкой замков и ряда перемычек. В результате обеспечивается цельность конструкции и не требуется применение подпорок. Внутри опалубки изготовлены пазы, позволяющие обеспечить качественное сцепление материала с застывшим монолитом. Внешняя сторона гладкая, поэтому на ней удобно вести финишную отделку.
Скользящая конструкция
Использование при формировании бетонных стен скользящей опалубки считается новаторским вариантом. В состав такой конструкции входят следующие компоненты:
- Щиты. Они могут быть изготовлены из металла, также используется еще фанера. С учетом геометрии стен щиты бывают разной конфигурации.
- Домкратная рама. С ее помощью опалубка выдерживает вес всей конструкции.
- Домкратные стержни. Они имеют вид толкателей, у которых щиты во время выполнения строительных работ можно перемещать в разных направлениях. Достигается это ручным способом или с помощью электрического двигателя.
- Направляющие. Это элементы, по которым перемещаются щиты.
В том случае, когда в качестве исходного материала для скользящей опалубки используется металл, на его внутреннюю сторону обязательно наносится специальный состав. Делается это с целью устранения прилипания застывшего бетона к металлической поверхности.
После установки опалубки она заполняется раствором. На следующем этапе щиты перемещаются вверх по металлическим направляющим. В нужной точке они соединяются болтовыми соединениями. Основным условием являются контроль вертикальности их положения.
Существующие скользящие опалубки изготавливаются двух видов:
- Крупнощитовая. При ее монтаже обязательно требуется использование специализированной техники, поскольку опалубка обладает большим весом. Также с помощью оборудования ведется последующая трамбовка бетона.
- Мелкощитовая. Это конструкция небольшого веса, поэтому ее установка ведется вручную. Такую опалубку удобно использовать при строительстве здания любого размера.
Преимуществом обоих видов скользящих опалубок является то, что их можно использовать при возведении стен здания любой геометрии. Они применяются во время строительства круглых и прямоугольных помещений, поскольку есть возможность ведения заливки бетона выпуклых и вогнутых поверхностей.
Установка скользящей опалубки ведется за несколько шагов:
- Опалубка, которая ранее использовалась, тщательно очищают от налипшего бетона. Также просматривается вся конструкция и устраняются найденные на ней дефекты.
- На внутреннюю поверхность опалубки наносится смазывающая эмульсия.
- Устанавливаются домкраты с направляющими стержнями. Для этого последние замуровываются в фундамент помещения.
- Составляется короб. В его состав входит дно, а также внутренние и внешние щиты. Устанавливается он на домкратную раму.
- На основании составленного проекта внутрь короба закладывается армирующий пояс.
- Чтобы правильно выдержать будущую ширину бетонного монолита, при установке опалубки используются специальные шаблоны. Они в количестве от двух единиц также закладываются в короб.
- Заливка бетона ведется рабочими. Располагаются они на подмостках, которые подвешиваются к сторонам короба.
- После заполнения всей полости жидким бетоном и его последующего затвердевания вся конструкция с помощью домкратов поднимается на требуемую высоту.
Скорость работы по возведению бетонного монолита может составлять до 4 м в сутки.
Применение скользящей опалубки обладает рядом следующих преимуществ:
- высокая скорость заливки монолита;
- малое количество задействованных специалистов;
- большая экономия средств при проведении работы.
При этом следует отметить и недостатки таких изделий:
- сложность конструкции, что требует для ее установки привлечения работников высокой квалификации;
- потребность постоянной доставки бетонного раствора и недопустимость перебоев в работе.
Однако при анализе больших преимуществ использования скользящей опалубки эти недостатки полностью перекрываются существенными достоинствами.
Опалубка для формирования перекрытий
Для заливки бетонных перекрытий к опалубке предъявляются особые требования. Она должна быть прочной, надежной и способной выдерживать большой вес монолита. Сборка конструкции ведется на высоте и состоит из ряда этапов:
- По периметру всех стен устанавливаются телескопические стойки на расстоянии 1 м. При этом все они должны заканчиваться на одном горизонтальном уровне.
- Сначала укладываются на опоры продольные брусья, а затем поперечные деревянные балки с шагом 20-60 см.
- Сверху крепится саморезами фанера.
- В качестве вертикального ограждения используются доски толщиной 30-40 мм. Поскольку опалубка является съемной, внутри нее прокладываются трубы, через которые потом протягиваются инженерные коммуникации.
Существенным преимуществом опалубки для перекрытий является ее возможность многоразового применения, поскольку после формирования монолита она демонтируется, очищается и пускается в повторное использование.
Для возведения бетонных стен и перекрытий вопрос применения опалубок существует постоянно. Это обеспечивает им стабильную модернизацию. С течением времени конструкции все более усложняются, что приводит к их совершенствованию. В результате появляется возможность увеличения скорости проведения работ с уменьшением затратных составляющих.
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.
