Главная
страница 1

УДК 624.02
Описание и сравнительныЙ анализ Инновационной строительной системы
А.Г. Макаров, А.И. Пятикоп
В данной статье рассматривается актуальная проблема создание унифицированной системы для производства клееных деревянных деталей и конструкций для строительства. Рассматриваются проблемы строительной отрасли деревянного домостроения. Даётся сравнения, и анализируются существующие строительные технологии деревянного домостроения, и предлагается к применению инновационная строительная система (ИСС). Особое внимание уделено описанию ИСС. В заключение авторами прогнозируются результаты от внедрения в производство и строительство по ИСС.

Ключевые слова: изготовление деталей и конструкций, деревянный каркас, проектирование для строительства, унифицированные детали и конструкции, инновационная строительная система.
This article examines the actual problem creating a unified system for the production of laminated wood parts and structures for construction. The problems of the construction industry timber construction. We give a comparison and analysis of the existing building technology wooden house, and offered the use of an innovative building system (IBS). Special attention is being paid to the IBS. In conclusion, the authors predicted the results of their implementation and construction by IBS.

Key words: manufacturing of parts and structures, wooden frame, design for construction, standardized parts and designs, innovative construction system.


Обоснование и постановка задачи
Актуальность разработанной инновационной строительной системы (ИСС) обоснована задачами и положениями, поставленными и сформулированными в Стратегии социально-экономического развития Дальнего Востока и Байкальского региона на период до 2025 года (далее Стратегия развития), а также в Стратегии развития лесного комплекса Российской Федерации на период до 2020 года

Опыт проектирования и строительства по типовым проектам из профилированного бруса или оцилиндрованного бревна, каркасных или каркасно-панельных зданий показал, что принятые в них различные решения конструктивных узлов, систем разрезки стен на панели и привязка их к модульным осям, а также различия в решении нулевых циклов при разных вариантах наружных стен и прочее, ведут к необоснованному росту количества типоразмеров строительных изделий и исключают возможность их применения в других домах с аналогичными параметрами. Каждый проект имеет собственную номенклатуру изделий, «привязанных» к домам только данной серии.

По существу однотипные в своих объемно-планировочных решениях здания с общей конструктивной схемой — с несущими поперечными стенами — имеют разнотипные конструкции, отличающиеся к тому же чрезвычайно большой номенклатурой изделий. Именно поэтому количество типоразмеров изделий катастрофически растет. Предприятия промышленности выпускают большое число типоразмеров изделий для каркасно-панельных домов, в том числе для перекрытий, поперечных и продольных стен, наружных ограждений. При этом рост количества типоразмеров изделий преимущественно определяется незначительными расхождениями конструктивных размеров и деталей конструкций в условиях весьма ограниченного выбора планировочных параметров. Несмотря на такое многообразие заводских изделий, набор архитектурно-планировочных решений крайне ограничен. Таким образом, создаётся противоречие между недопустимо широкой номенклатурой изделий и также недопустимо ограниченным набором типов квартир, в то время как принципы унификации состоят в противоположном решении — из ограниченного набора деталей и конструкций получать многообразие архитектурно-планировочных решений. Эта проблема рождена противоречием между индустриальным способом изготовления конструкций и архитектурным творчеством. Первый подход требует максимального единообразия изделий, второму — необходимо разнообразие. Разрешение данного противоречия — главная цель, для которой разрабатывалась и создавалась описываемая строительная система и как нам представляется это главная задача строительной науки сегодняшнего дня.

Широкое применение унифицированных элементов заводского изготовления не только повышает уровень индустриализации строительства, но и одновременно дает большой экономический эффект, поскольку массовое изготовление таких элементов делает рентабельной автоматизацию всего процесса производства, а уменьшение трудовых затрат обеспечивает снижение стоимости таких элементов, и в конечном счете, существенно снижает себестоимость построенного здания.

Деревообрабатывающее предприятие может изготавливать только ограниченное по номенклатуре количество элементов и обязательно идентичных по своей конструкции. Такая организация производства унифицированных элементов, безусловно, положительно повлияет на улучшение их качества, так как в условиях массового изготовления одного или нескольких видов изделий представляется реальная возможность непрерывно совершенствовать технологию.

Принципы проектирования на новом более высоком этапе развития индустриального малоэтажного домостроения должны предусматривать переход от типовых домов из неунифицированных деталей к нетиповым планировкам из высоко-унифицированных конструкций и деталей. Такой подход отвечал бы более высокому уровню проектирования и строительства.

Наиболее перспективной с точки зрения организации строительства является, прежде всего, унификация геометрии и конструкций всех составных деталей деревянного каркаса, а также, что не менее важно, металлических деталей крепления. Помимо этого необходима также унификация деталей лестничных маршей, деталей оконных и дверных проёмов, устройств инженерного оборудования (санитарно-технических, отопления, вентиляции, кондиционирования и т. д.).

Нельзя также не отметить низкую степень переработки природных ресурсов, а также невысокe. степень диверсификации и инновационности региональных экономик, имеющих ярко выраженную ресурсную направленность – один из ключевых факторов, сдерживающих развитие регионов РФ.


Описание систем

Разработанная архитектурно-строительная система для массового индустриального проектирования и строительства малоэтажных поселков эконом-класса в любом регионе России, учитывает следующие факторы:


  • климатические и другие условия в данном регионе;

  • возможности местной сырьевой базы для изготовления основных строительных материалов (стен, перекрытий, фундаментов);

  • наличие высокопроизводительного современного технологического оборудования;

  • экономическую целесообразность строительства для всех его участников.

Особое значение инновационной строительной системы это экономическая составляющая, однако её надо рассматривать не только с позиции единовременных затрат, но и с учетом эксплуатационных расходов. Важно, что в системе достигнуто оптимальное соотношение этих показателей. Согласно структуре распределения тепловой мощности здания (без учета потерь при доставке тепла конечному потребителю) на наружные ограждения (стены) в среднем приходится около 30% от общего числа теплопотерь. Если исключить более 50% теплопотерь, приходящихся на неэффективную естественную вентиляцию, то на стены приходится в среднем от 40 до 70% общего числа теплопотерь ограждающих конструкций. Поэтому выбор ограждающих конструкций является определяющим в капитальных затратах как на строительство индивидуального дома, так и в последующих эксплуатационных расходах, связанных с тепловыми потерями.

В этой связи нельзя не отметить, например такого важного показателя для малоэтажного строительства как расход материала на 1м2 построенной площади. Если сравнить расход клееной древесины при строительстве по каркасной технологии и по технологии из профилированного клееного бруса, то при последнем расход клеёной древесины на 1м2 уходит более чем в 4 раза больше чем при строительстве по каркасной технологии.

К недостатку каркасной системы можно отнести то, что специалистов в этой области домостроения не так много, а чтобы получился действительно качественный дом, нужно знать массу нюансов и иметь колоссальный опыт. К сожалению, дома построенные с нарушением каркасной технологии, а зачастую с полным незнанием таковой, отбрасывают серьезную тень недоверия к каркасным домам в целом.

Главная цель новой строительной системы — преодоление существующего однообразия, а нередко и недостаточного качества объемно-планировочных решений зданий при одновременном упорядочении и сокращении общего количества типоразмеров строительных изделий, при одновременном увеличении качества строительно-монтажных работ и сокращении сроков строительства.

В частности:


  1. соподчинение осевых размеров зданий, количества и градаций типоразмеров, размеров и конфигураций отдельных элементов и частей зданий, их сопряжений и привязок;

  2. градации нагрузок и других параметров определенным закономерностям, основанным на математических модульных рядах;

  3. введение единых однозначных привязок всех элементов к сетке пространственных координатных осей здания;

  4. создание нормалей и каталогов модульных деталей каркаса и типовых узлов соединений этих деталей;

  5. создание нормалей и каталогов модульных элементов крепления деталей каркаса.

На сегодня разработанная инновационная строительная система защищена четырьмя российскими патентами, два из которых прошли международную патентную экспертизу по системе PCT (Patent Cooperation Treaty).

Инновационная строительная система – это строительная технология нового поколения, которая вот уже почти тысячу лет популярна во всем мире как общеизвестная немецкая (канадская) строительная технология деревянного каркаса. В новой строительной системе соединены все уникальные качества наработанные человечеством за 10 вековой период с новейшими технологиями деревообработки и новейшими материалами для обшивки и теплоизоляции стен каркасного здания.



Принципиальные отличия инновационной строительной системы от существующих каркасных и каркасно-панельных строительных технологий:

  1. Поточное производство и одновременно большое разнообразие архитектурно-планировочных решений при минимальных затратах на сборку каркаса здания;

  2. Инновационная строительная система разработана на основе клееной доски сечением 200х50 мм, при этом возможно применять другие сечения, причем в каркасе одного здания, например при повышенной этажности. Детали нижнего этажа изготавливаются из большего профиля, например 300х60 мм, детали среднего и верхнего этажей из профиля 250х55 и 200х50 соответственно;

  3. Инновационная строительная система ориентирована на строительство многоквартирных домов до трех этажей, а также и для строительства общественных, административных и зданий других назначений, возможно строительство небольших торговых помещений или тренировочных спортивных залов.




Табл. №1 Сравнение инновационной строительной системы с немецкой (канадской) каркасной технологией




Инновационная строительная система (ИСС)

Традиционная немецкая (канадская) строительная технология



В ИСС используется только клееная доска, произведенная по ТУ разработчика сечением 50х200 мм, причем для некоторых силовых деталей каркаса, например балки перекрытия, перемычки проемов, ригели больших пролетов могут иметь ширину до 300 мм и более.

Цельная доска (брусок) сечением 35х150 или 50х170



Все деревянные детали распределены в каркасе здания с определенной закономерностью, которая учитывает:

  • планировочные особенности здания;

  • расположение проемов (дверных, оконных, проходов и т.д.);

  • взаимное расположение всех помещений здания;

Предельные расстояния между несущими деталями каркаса (стойки, балки перекрытия, перемычки проемов, ригели), которые определяются планировочной схемой здания, количеством этажей и климатическими условиями места строительства, распределяются в плане этажа с шагом кратным 10мм, при этом максимальное расстояние принято не более 600мм, а минимальное не менее 200мм.

В зависимости от планировочных решений стойки каркаса расставляются в не зависимости от схемы раскладки балок перекрытия. При этом балки перекрытия опираются на межэтажную обвязку, которая является мощным несущим элементом каркаса и собирается на мести строительства из тех же досок с помощью гвоздей (саморезов).



Каркас всего здания одноквартирного или многоквартирного представляется в виде соединенных в одну жесткую пространственную конструкцию двух или нескольких блок секций. Каждая блок секция конструктивно состоит:

  • две несущие стены, т.к. конструктивно набираются из несущих стоек формирующие продольные стены здания;

  • две ненесущие стены, т.к. набираются из ненесущих стоек, формирующие торцевые стены здания.

Балки перекрытия соответственно опираются на несущие стойки противоположные друг к другу несущих стен или, в зависимости от планировки, на несущие стойки с одной стороны и на ригель, опирающийся на две колонны, с другой стороны.

В новой строительной системе легко объединяются в единый каркас здания блок секции, имеющие различные высоты потолка, что позволяет проектировать здания социального (гражданского) или промышленного назначения.



Все стойки каркаса, образующие стены, являются несущими

Часто конструкция каркаса не позволяет опереть балку на межэтажную обвязку, тогда, для обеспечения опоры её при помощи зубчатых пластин и саморезов привязывают к межэтажной обвязке или стойке. Такая конструкция узла очень трудоемка и не надежна, поскольку представляет собой многозвенную конструкцию, в которой вся полезная нагрузка воздействует на несущие стойки через элементы крепления (саморезы и зубчатые пластины).





Каждая деталь перекрытия в каркасе здания, несущая полезную нагрузку (балки перекрытия, перемычки проемов, ригели и т.д.), имеет свою стойку или колону на которую опирается каждая балка, перемычка или ригель.



Перемычки оконных и дверных проемов, имеют единый унифицированный профиль и, как и стойки, конструктивно распределяются на несущие и ненесущие, в зависимости от того в какой стене формируется тот или иной проем.

Доска (брусок) не воспринимающий нагрузки.



Отдельно стоящие колонны, ригели, несущие перемычки проемов, косоуры лестничных маршей имеют одинаковый унифицированный профиль.

Ненесущие перемычки проемов, облегченные ригели, колонны стеновые имеют также унифицированный, но облегченный профиль.



Нет критериев



Угловые стойки, колонны, перемычки проемов, косоуры лестничных маршей, фундаментные обвязки являются сборными деталями каркаса, собирающиеся в заводских условиях из унифицированных деталей (несущей и ненесущей стоек) при помощи склейки и фиксации болтами и металлическими креплениями, также имеющими общую унификацию.



Ригели и несущие опорные балки являются сборными деталями каркаса, собирающиеся в заводских условиях из унифицированных деталей из балок перекрытия с дополнительно сформированными пазами для склейки.



Косоуры лестничных маршей ― из балок перекрытия, с дополнительными станочными операциями и металлическим креплением и полимерными деталями ступеней.



Межэтажная обвязка ― деталь каркаса здания, которая распределяет с учетом всех планировочных закономерностей и объединяет все силовые детали в единую жесткую пространственную конструкцию ― каркас здания.

Межэтажная обвязка в новой строительной системе не несет полезную нагрузку и поэтому не является силовым элементом каркаса. Межэтажная обвязка единственная деталь, которая имеет геометрию строго подчиненную планировки здания, и в соответствии, с чем определяет закономерность распределения всех деталей в каркасе здания, за исключением внутренней планировки помещений и расстановки перегородок.



Межэтажная обвязка сложный конструктивный элемент каркаса собирается на месте строительства передаёт полезную нагрузку от балок перекрытия через металлические детали крепления. При такой конструкции силовая схема каркаса имеет многозвенную систему.



Для скрепления и объединения всех деревянных деталей в каркас здания разработаны узлы соединения деревянных деталей при помощи металлических крепежных деталей. Крепежные детали не воспринимают и не передают полезную нагрузку от балок перекрытия или стоек. Основное и единственное функциональное назначение ― это прочная и надежная, а также легко и быстро собирающаяся связь скрепляемых ими деревянных деталей каркаса.1

Все металлические крепежи участвуют в силовой схеме каркаса



Металлические крепежные детали, посредством которых скрепляются все силовые и не силовые деревянные детали каркаса изготавливаются из металлических профилей по ГОСТ 8278-83, ГОСТ 2591-88, в том числе2:

  • крепежные детали, изготовленные из гнутого швеллера №100 по ГОСТ 8278-83, предназначены для скрепления стоек, обвязок, балок;

  • крепежные детали, изготовленные из квадратного прутка 25х25 мм по ГОСТ 2591-88, предназначены для скрепления ригелей и перемычек с колонной, косоуров лестничных маршей с опорной балкой. Металлические детали крепления имеют одинаковый между собой профиль, и распределяются на облегченные и усиленные типы.






Допуск форм, взаимного расположения поверхностей и допуски чистоты обработанных поверхностей деревянных деталей каркаса находится в пределах ГОСТов и ТУ производителя.

Не регламентируется



В новой строительной технологии используется одновременно как платформенный способ сборки каркаса, так и способ сборки со сквозными стойками. При этом не нарушается функциональное значение межэтажной обвязки, поскольку узел, в котором межэтажная обвязка пересекается сквозной стойкой, жестко связан металлическими крепёжами по трем взаимно перпендикулярным осям. При этом нет ограничений по высоте потолка строящегося здания, поскольку технологии склейки и сращивания клеёной доски, из которой изготавливаются детали каркаса, позволяет производить заготовки длиной до 6м.

В основном платформенный способ сборки.



Поскольку все составные детали каркаса здания имеют унифицированную геометрию, и максимальную точность изготовления, а также унифицированы все металлические крепежные детали, сборка всех узлов каркаса происходит быстро посредством стандартных болтовых соединений М10, М12 или М14.

Гвозди, саморезы












Проектирование и строительство здания по ИСС это использование новых взаимосвязей между элементами каркаса здания и подчинения их наиболее целесообразным и обоснованным закономерностям и правилам на основе принципов унификации.

Вместе с тем все указанное ни в коей мере не приводит к однотипности, монотонности и однообразию архитектурных решений малоэтажных зданий, созданных по ИСС. Значительное расширение номенклатуры деталей и элементов позволяет получать самые разнообразные планировочные решения. Для наружной отделки могут быть применены панели и различные материалы, с разными фактурами, с введением элементов лоджий, остекленных фасадов, эркеров и т.п. Возможно использование различных приемов блокировки зданий в целях создания ансамблей застройки, получения выразительных пространственных композиций. Дополнительный набор элементов, необходимый для этой блокировки, будет оправдан общей унификацией основных изделий всех каркасных домов.

В результате создана общая номенклатура — каталог отдельных и сборных деревянных деталей, металлических деталей крепления и т. д. для зданий любых типов и назначений. В каталог деталей входит широкий набор деталей, обеспечивающих создание различных архитектурно-планировочных и объемных структур зданий, позволяющих разнообразить архитектуру зданий. В основу каталога положены унифицированные решения узлов соединения деталей каркаса наружных и внутренних несущих и ограждающих конструкций, полученные в результате анализа существующих решений. Унификация конструкций узлов соединения позволит избавиться от существующей необоснованной их разновидности.

ИСС включает строго координированную систему типоразмеров унифицированных строительных деталей, применяемых при проектировании зданий различного назначения (жилых, общественных, административных и производственных)

В основу ИСС положены следующие критерии:


  • осевые размеры по длине, ширине, высоте и толщине отдельных элементов;

  • размеры отверстий и допусков форм и расположения поверхностей;

  • размеры несущих деталей деревянного каркаса, высоты этажей и т. д. должны быть кратны определенным величинам.

С учётом вышеизложенного, а также с учётом основных критериев были разработаны все конструктивные решения узлов соединения деталей каркаса входящих в ИСС. В первую очередь были разработаны конструкция межэтажного узла, конструкция углового соединения и углового межэтажного соединения. Далее на этой основе были разработаны конструкции узлов соединения колонны с ригелем, конструкция узла соединения перемычек проёмов со стойкой и (или) колонной и на этой основе конструкция узла соединения косоура лестничного марша с опорной балкой. Все детали входящие в конструкции узлов имеют унифицированную геометрию и, как следствие, унифицированные металлические крепежи.

ИСС содержит необходимую номенклатуру для строительства: жилых зданий с высотой этажа от пола до пола 2500 и 3000 мм, основанных на едином модульном ряде размеров в плане 1200—1800—2400—3000—3600—4200—4800—5400—6000—6600 мм; общественных зданий с высотой этажа от пола до пола 3300—3600—4200—4800—6600 мм, основанных на едином модульном ряде размеров в плане 1200—2400—3000—3600—4800—6000—7200– —9000—12000—15000—18000—24000 мм.

В системе предусмотрено шесть основных вариантов компоновки, позволяющих осуществлять блокировку как в уровне одного этажа, так и в поэтажной планировке (табл. №2).

ИСС позволяет формировать арочный каркас для строительства ангаров, а также легко сочетается с балками стальной ферменной конструкции для перекрытия больших пролетов.

Унификация сборных изделий проводится исходя из конструктивного признака каркасной схемы здания. Вместе с тем учтена возможность унификации лестниц и санитарно-технических устройств.

Сортамент деталей предусматривает строго определенные конструктивные решения узлов соединения и деталей каркаса, в наибольшей мере оправдавшие себя в практике деревянного каркасного домостроения.




Табл. №2 Основные варианты компоновок блок - секций

1

2

3

Одноквартирные индивидуальные дома

Многоквартирные дома

4

5

6

Административные здания

Малосемейные здания, гостиницы, общежития









Ожидаемые результаты от внедрения ИСС

Предлагаемая ИСС способствует решению задачи сформулированной Концепцией как повышение национальной конкурентоспособности на внешнем рынке путем модернизация сырьевого и перерабатывающего производства и увеличение глубины переработки сырья, а также отвечает приоритетным направлениям развития лесного комплекса, в том числе:


  • оптимизация структуры экспорта лесной продукции;

  • создание мощностей по глубокой переработке древесины.

В соответствии с Концепцией долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 г., утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 ноября 2008 г. N 1662-р (далее - Концепция) внедрение ИСС в производство создаст условия для:

  • перехода от экспорта первичных сырьевых ресурсов к экспорту продукции их глубокой переработки;

  • укрепления позиций России на мировом рынке продукции лесопромышленного комплекса на основе углубления переработки леса.

В том числе для реализации стратегической цели, сформулированной в Концепции, создание производственного комплекса для изготовления деталей и строительства по ИСС позволит решить следующие приоритетные задачи:

  • развитие строительного комплекса и производства строительных материалов, изделий и конструкций с применением инновационных, в том числе энергосберегающих, технологий;

  • содействие внедрению инновационных технологий в сфере жилищного строительства и коммунального хозяйства, развитию отечественного производства строительных материалов, изделий и конструкций;

  • стимулирование малоэтажной застройки.

Строительство по ИСС создаст условия для роста объемов нового жилищного строительства и повышения доступности жилья для населения Дальнего Востока и Байкало-Амурского региона, отвечающего требованиям сейсмобезопасности.

Применение ИСС с единым сортаментом унифицированных деталей создает предпосылки для новой организации индустриального каркасного домостроения с полной модернизацией всех циклов строительного производства, в том числе:



  1. разработка рабочего проекта здания;

  2. заводское производство комплекта деталей каркаса здания;

  3. проведение строительно-монтажных работ (монтаж каркаса, монтаж утеплителя, обшивка стен), устройство инженерных систем здания, косметическая отделка зданий.

Создание инновационного производства для строительства по ИСС, в большой степени решает задачи поставленные Концепцией в части достижения роста производства и потребления продукции глубокой переработки древесины уровня государств – лидеров в этой сфере деятельности (США, Канада и др.), а также отвечает основным целям и задачам Стратегии развития лесного комплекса Российской Федерации на период до 2020 года:

  • снижение доли импортируемой продукции на внутреннем рынке (импортозамещение);

  • повышение вклада лесного комплекса в социально-экономическое развитие регионов страны.

ИСС не имеет мировых аналогов, что подтверждается международной патентной экспертизой, то это даст возможность как экспортировать в страны Северо-Восточной Азии, США, Канады, Европы и Скандинавии деталей для деревянного домостроения, так и создавать совместные производства по изготовлению деревянных деталей для строительства по инновационной строительной системе.

Список литературы

  1. Стратегия социально-экономического развития Дальнего Востока и Байкальского региона на период до 2025 года, утвержденная распоряжением Правительства Российской Федерации от 28.12.2009 г. №2094-р.

  2. Стратегия развития лесного комплекса Российской Федерации на период до 2020 года.

  3. Концепция долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации, утвержденная распоряжением Правительства Российской Федерации от 17.11.2008 г. №1662-р.




______________________________________________________________

Макаров А.Г. – генеральный директор ООО «Скелпик»; Пятикоп А.И. – ведущий инженер ООО «Скелпик» skelpik@gmail.com



Смотрите также:
Описание и сравнительныЙ анализ Инновационной строительной системы А. Г. Макаров, А. И. Пятикоп
200.39kb.
1 стр.
Инновации, 2010 Сравнительный анализ инновационной активности
354.3kb.
1 стр.
Макаров А. А. Анализ данных на компьютере: Учебное пособие / Ю. Н. Тюрин, А. Н. Макаров; Науч ред. В. Э. Фигурнов. 4-e изд., перераб
117.24kb.
1 стр.
Еврипид и Гете: сравнительный анализ
41.54kb.
1 стр.
Сравнительный анализ водных конфликтов в международных речных бассейнах
737.16kb.
12 стр.
«Сравнительный анализ условий ведения малого бизнеса в США и Японии»
687.18kb.
9 стр.
Чарльз Ф. Эндрейн. Сравнительный анализ политических систем
6064.23kb.
19 стр.
Лекции по индустриальной революции в Европе и инновациям. В 2009 привозил на Селигер своих магистрантов из ес и читал лекции по инновационной экономике, проводил деловые игры
11.91kb.
1 стр.
Анализ итогов реализации мероприятия «проведение научных исследований коллективами под руководством приглашенных исследователей» федеральной целевой программы «научные и научно-педагогические кадры инновационной россии» 2009 год
75.32kb.
1 стр.
Описание инновационной образовательной программы
293.31kb.
1 стр.
Сравнительный анализ потребительских свойств продукции
222.28kb.
1 стр.
Макаров В. В., Макарова Г. А
5450.29kb.
24 стр.