Автоклавный ячеистый бетон (газобетон) широко применяют в современном строительстве объектов различного назначения. Однако в последнее десятилетие этот материал получил наибольшее распространение в полносборном строительстве зданий малой и средней этажности со стеновой конструктивной схемой за счет использования армированных элементов для устройства несущих стен, перекрытий и покрытий [8]. Современная технология изготовления ячеистобетонных изделий позволяет получать обширную номенклатуру продукции как в части геометрических размеров, так и вариантов армирования, что позволяет эффективно использовать физико-технические характеристики газобетона для строительства зданий с показателями энергоэффективности, отвечающими новым требованиям Строительных правил [3] к оценке приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций с учетом теплотехнических неоднородностей [7].
В связи с возросшими требованиями к оценке теплотехнических характеристик наружного ограждения зданий необходимо отметить, что автоклавный ячеистый бетон по сравнению с другими видами конструкционных бетонов, используемых для несущих армированных элементов зданий, обладает наилучшими показателями теплопроводности и огнестойкости в сочетании с необходимой прочностью и жесткостью при требуемой долговечности. При этом в классе легких бетонов газобетон обладает наименьшими удельными энергетическими затратами на его производство.
Среди преимуществ автоклавного ячеистого бетона следует также упомянуть возможность его относительно простой механической обработки (резки) как в заводских, так и построечных условиях, что дает возможность получать широкую номенклатуру профилей боковых граней армированных изделий, применяемых в любых условиях строительства, включая сейсмически опасные районы.
Подводя итог перечислению преимуществ автоклавного ячеистого бетона необходимо также упомянуть, что выпуск армированных изделий на современных заводах ячеистого бетона не требует применения специализированного технологического оборудования и может быть реализован практически без дополнительных капитальных вложений с использованием «стандартных» форм для вызревания массива, резательных машин, автоклавов и др.
Первый в Республике Беларусь пилотный проект по созданию полносборного одноэтажного жилого дома из армированных ячеистобетонных изделий реализован в 2013–2014 гг. в д. Ракутевщина Молодечненского района Минской области совместными усилиями ОАО «Управляющая компания холдинга «Забудова» (изготовление изделий и строительно-монтажные работы) и УП «ЦНТУС» (опытно-конструкторские работы и проектно-сметная документация).
Жилой дом был запроектирован согласно ТНПА действующим в указанный выше период. При разработке новых видов армированных изделий – стеновых панелей вертикальной разрезки и перемычек высотой 600 мм для наружных и внутренних стен – руководствовались положениями Пособия к СНиП 2.03.01 [6] с учетом требований СТБ EN 12602 [1].
В объемно-планировочном отношении1) жилой дом представляет собой одноэтажное здание площадью 216 м2 с подвальным помещением между осями 3–5×В–Д (водомерный узел) и холодным чердаком под скатной стропильной кровлей (рис. 1). Планировочное решение разработано с учетом ориентации дома по сторонам света и рельефа строительной площадки (откос со стороны оси 5), а также сложившейся застройки и подъездных путей в д. Ракутевщина.
Рис. 1. Фасад и план экспериментального полносборного жилого дома из армированных ячеистобетонных изделий. Функциональное назначение помещений: 1 – тамбур (прихожая); 2 – коридор; 3 – гостиная; 4–6 – жилые комнаты; 7 – кухня; 8 – топочная; 9 – ванная комната; 10 – санузел
На стадии разработки проекта тепловую защиту дома проектировали из условий соответствия классу С по потреблению тепловой энергии на отопление и вентиляцию с отклонением ±10 % от нормативного значения 96 кВт·ч/(м2·год) согласно табл. 2 ТКП 45–2.04–1962) [5]. Исходя из этого требуемые теплотехнические показатели ограждающих конструкций обеспечивали преимущественно за счет физико-технических свойств, в первую очередь – теплоизолирующей способности газобетона при минимальном использовании дополнительных теплоизоляционных материалов (на перекрытии холодного чердака). При этом показатели сопротивления теплопередаче принимали не менее нормируемых значений согласно табл. 5.1 ТКП 45–2.04–433) [4].
При разработке конструктивной части проекта учитывали как зарубежный, так и отечественный опыт строительства индивидуальных жилых домов из автоклавного ячеистого бетона, в первую очередь – в районах малоэтажной застройки «Большая Слепянка» и по проспекту «Газеты «Известия» в г. Минске. Поэтому с учетом инженерно-геологических условий строительной площадки, а также особенностей объемно-планировочного и конструктивного решения несущей системы дома фундамент был запроектирован ленточным сборно-монолитным (рис. 2).
Рис. 2. Фундамент экспериментального жилого дома в процессе строительства: вверху – общий вид; внизу – фрагмент (с засыпанными пазухами) со стороны технического подполья
Перекрестные фундаментные ленты – монолитные, стены цоколя – из бетонных блоков с монолитными вставками. Такое решение дало возможность максимально использовать сборные элементы в конструкциях нулевого цикла и поддерживать необходимый темп строительно-монтажных работ при обеспечении требуемой жесткости фундаментной конструкции. Поверху стены цоколя были объединены монолитной железобетонной плитой толщиной 160 мм.
Наружные и внутренние стены были запроектированы из панелей вертикальной разрезки высотой до 3,5 м (в зависимости от расположения в конструкции), шириной 600 мм и толщиной (300 и 500 мм) в зависимости от функционального назначения. Особо следует отметить, что панели вертикальной разрезки использовали для устройства как глухих участков стен, так и подоконных зон, опор под перемычки над проемами, а также столбов, которые поддерживали углы участков перекрытий над входными группами (рис. 3).
Рис. 3. Несущий столб (пилон) из двух стеновых панелей, соединенных стальным тяжом через просверленные после монтажа отверстия, с креплением к монолитной железобетонной плите стальной Г-образной деталью с антикоррозионным покрытием
Исходя из объемно-планировочного решения дома и габаритных размеров стен перемычки над проемами были приняты высотой 600 мм (на высоту надоконной части) и шириной на толщину стены. Все панели и перемычки наружных и внутренних стен изготавливали по индивидуальным чертежам, разработанным в составе проектной документации. С учетом упомянутых выше подходов к тепловой защите жилого дома, а также проектных нагрузок стеновые панели и перемычки наружных стен толщиной 500 мм изготавливали из автоклавного ячеистого бетона класса по прочности на сжатие В2,5 и марки по средней плотности D500, панели внутренних стен толщиной 300 мм – соответственно из бетона класса В3,5 и марки D600. Стыкообразующие грани стеновых панелей для снижения воздухопроницаемости имели пазогребневый профиль (с двумя пазами и гребнями на противоположных сторонах). Стыки панелей наружных и внутренних стен были запроектированы «сухими» из условий предварительной затирки перед нанесением защитно-декоративных покрытий. Соединение панелей в углах между собой, а также с монолитной железобетонной плитой выполняли Г–образными стальными пластинами и полосами с антикоррозионным покрытием. По верхнему обрезу стен соединение с монолитным обвязочным контуром перекрытия решено путем устройства замоноличенных шпонок с арматурными выпусками.
Перекрытие над жилым этажом – из ячеистобетонных плит толщиной 250 мм с замоноличенными армированными межплитными швами и обвязочным контуром (кольцевым анкером), а также отдельными монолитными участками в местах пропуска инженерных коммуникаций и выхода на чердак. Плиты были запроектированы на основе типовой серии Б1.043.1–2.08 из бетона класса В3,5 и марки по средней плотности D700. Особенность конструкции перекрытия состоит в обеспечении совместной работы плит в пределах ячеек, ограниченных несущими стенами жилого этажа, при действии поперечной (вертикальной) нагрузки и перераспределении усилий между ними, что позволило увеличить несущую способность перекрытия до 4,5–5,0 кН/м2 при расчетной несущей способности отдельной свободно опертой плиты 3,0 кН/м2. Несмотря на то, что согласно СН 2.01.02–20194) [2] нормируемые функциональные нагрузки в пространстве холодного чердака значительно ниже расчетной несущей способности сборно-монолитного перекрытия, описанное выше его проектное решение было принято из условий возможной реконструкции дома в процессе эксплуатации с устройством дополнительных жилых помещений в пространстве чердака. Для передачи нагрузок от стропильной кровли участки наружных и внутренних стен, выходящих в пространство чердака, выполнены кладкой из ячеистобетонных блоков на тонкослойном (клеевом) растворе, при этом верхний ряд кладки – из лотковых блоков, в пространстве которых был устроен монолитный обвязочный контур с арматурными выпусками для крепления мауэрлата.
Следуя принципу полносборного строительства жилого дома с применением армированных изделий из автоклавного ячеистого бетона перегородки были запроектированы так же, как и стены – из панелей вертикальной разрезки на основе типовой серии Б1.031.1–4.10, с плоскими стыкообразующими гранями. Панели перегородок изготавливали из бетона класса В3,5 и марки по средней плотности D700. Крепление перегородок к стенам перпендикулярного направления, перекрытию и между собой выполняли с помощью универсальных П-образных соединительных стальных деталей с антикоррозионным покрытием (рис. 4).
Рис. 4. Крепление панелей перегородок между собой и к плитам перекрытия П-образными стальными деталями с антикоррозионным окрасочным покрытием
Как уже было отмечено выше, одна из концепций экспериментального жилого дома заключалась в максимальном использовании теплотехнических свойств газобетона. Поэтому панели наружных стен были приняты толщиной 500 мм из условий выполнения нормативных требований к сопротивлению теплопередаче Rт.норм = 3,2 м2∙ºС/Вт. Перекрытия над подвалом и жилой частью были дополнительно утеплены также из условия выполнения требований норм строительной теплотехники: над подвалом – до Rт = 3,0 м2∙ºС/Вт, над жилой частью – до Rт = 6,0 м2∙ºС/Вт. Кроме того, стены цоколя также были утеплены до величины Rт = 3,0 м2∙ºС/Вт на глубину 1 м ниже планировочной отметки грунта. Тем не менее последующий детальный анализ тепловых потерь с учетом объемно-планировочного и конструктивного решения дома, а также его расположения относительно сторон света, выполненный при участии ИООО «Сен-Гобен Строительная Продукция Белрус», показал, что расчетная величина удельного энергопотребления на отопление и вентиляцию в течение отопительного периода при первоначальном проектном решении составила qh = 120 кВт∙ч/м2. Полученный результат не отвечал требованиям ТКП 45–2.04–196 [5], согласно которому нормативное значение удельного расхода тепловой энергии за отопительный период на отопление и вентиляцию жилых зданий для г. Минска составляет qhreq = 96 кВт∙ч/м2. При расчетном значении удельного расхода тепловой энергии проектируемый дом отвечал классу D (пониженный), который был недопустим при проектировании объектов нового строительства согласно [5].
Для достижения требуемых показателей энергетической эффективности экспериментального жилого дома ИООО «Сен-Гобен Строительная Продукция Белрус» выполнило расчет нескольких вариантов (в том числе с механической системой вентиляции и рекуперацией) сокращения тепловых потерь, на основании которых было принято решение обеспечить выполнение нормируемых параметров только за счет соответствующего утепления наружных стен и перекрытия над жилой частью. В итоге был принят вариант тепловой изоляции минераловатными плитами, толщина которой составила: наружных стен (с учетом тепловых потерь через теплопроводные включения навесной конструкции фасада) – 180 мм, перекрытия – 400 мм. Приведенное сопротивление теплопередаче утепленных конструкций достигло следующих значений: наружных стен (без учета светопрозрачных заполнений) – Rт = 7,0 м2∙ºС/Вт, перекрытия – Rт = 11,2 м2∙ºС/Вт. Такое решение позволило обеспечить выполнение нормируемых показателей расхода тепловой энергии, снизить расчетное значение до qh = 74,5 кВт∙ч/м2 (на 38% от первоначального показателя) и по уровню расхода тепловой энергии перевести дом в класс А (очень высокий). Сравнение показателей энергетической эффективности вариантов тепловой защиты жилого дома приведено на рис. 5.
Рис. 5. Сравнительный анализ показателей энергетической эффективности вариантов тепловой защиты экспериментального жилого дома: а – первоначальный (с нормируемыми показателями теплопередаче ограждающих конструкций); б – уточненный (представлен вариант с толщиной минераловатных плит 150 мм по наружным стенам)
Исходя из расчетного удельного показателя расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию при поддержании оптимального температурного режима отапливаемых помещений, принимая площадь отапливаемых помещений равной 167,2 м2, можно определить расчетное энергопотребление экспериментального жилого дома в течение отопительного периода: Qот. пер = 74,5 · 167,2 = 12 456,4 кВт·ч = 44 843 МДж.
При удельной теплоте сгорания природного газа 33,5 МДж/м3 и КПД газового котла 90% (ориентировочно) расход энергоносителя за отопительный период при указанных выше условиях составит 1487,3 м3, или приблизительно 248 м3 в месяц. По данным владельца жилого дома среднемесячный расход газа в зимний период составил около 300 м3. При отсутствии данных о температурном режиме эксплуатации помещений, а также расходе горячей воды на хозяйственно-бытовые нужды, справедливо предположить, что эксплуатационные показатели экспериментального жилого дома в части тепловой защиты соответствуют проектному решению.
В заключение необходимо отметить некоторые особенности возведения «коробки» экспериментального жилого дома. Так, если монтаж ячеистобетонных плит перекрытия осуществляли ставшим уже привычным вилочным захватом, а перемычек – тканевыми стропами, то для монтажа панелей наружных и внутренних стен потребовалось специализированное оборудование. Заводом ячеистого бетона ОАО УКХ «Забудова» были разработаны, изготовлены и при участии ЧУП «Чисть-Бау» апробированы в построечных условиях монтажные устройства – вилочная С–образная траверса для захвата панели со стороны стыкообразующей грани (рис. 6), а также винтовой захват, прижимные «щеки» которого располагаются со стороны фасадных поверхностей панелей. Панели перегородок ввиду относительно небольшого веса монтировали вручную с использованием специальных транспортных тележек с опрокидывателями. В остальном строительно-монтажные операции при возведении экспериментального жилого дома ничем не отличались от традиционного строительства.
Рис. 6. Монтаж полносборного дома из армированных ячеистобетонных изделий: вверху – монтаж панели вилочной траверсой; внизу – общий вид смонтированной «коробки» дома
Рис. 7. Завершенный строительством экспериментальный полносборный жилой дом из армированных ячеистобетонных изделий:
а – вид со стороны осей А и 5; б – вид со стороны осей Д и 1
Анализируя опыт проектирования, строительства и эксплуатации экспериментального полносборного жилого дома из армированных газобетонных изделий (рис. 6, 7), следует отметить, что разработка, опытная апробация новой конструктивно-технологической системы и эксплуатация жилого дома продемонстрировала эффективность принятых строительных решений. В Республике Беларусь новая система полносборного строительства имеет хорошую перспективу в области малоэтажных гражданских зданий благодаря наличию современного производства продукции из автоклавного ячеистого бетона и возможности его модернизации для наращивания объема выпуска армированных изделий.
При этом сочетание прочностных и теплотехнических свойств автоклавного ячеистого бетона в сегменте зданий малой и средней этажности позволит минимизировать затраты на достижение требуемой энергетической эффективности тепловой защиты в современных условиях.
Литература
1. СТБ EN 12602–2011. Изделия железобетонные заводского изготовления из автоклавного ячеистого бетона [Текст]. – Введ. 2012–07–01. – Минск: Госстандарт, 2013. – 141 с.
2. Воздействия на конструкции. Общие воздействия. Объемный вес, собственный вес, функциональные нагрузки для зданий [Текст]: СН 2.01.02–2019: утв. постановлением Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь 12.11.2019 № 69: ввод в действ. с 08.09.2020. – Минск: Минстройархитектуры, 2020. – 33 с.
3. Строительная теплотехника [Текст]: СП 2.04.01–2020: утв. постановлением Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь 18.11.2020 № 93: ввод в действ. с 20.01.2021. – Минск: Минстройархитектуры, 2020. – 72 с.
4. Строительная теплотехника. Строительные норм проектирования (с изм. 1–4) [Текст]: ТКП 45–2.04–43–2006: утв. приказом Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь 29.12.2006 № 374: ввод в действ. с 01.07.2007. – Минск: Минстройархитектуры, 2007. – 34 с.
5. Тепловая защита зданий. Теплоэнергетические характеристики. Правила определения (с изм. 1) [Текст: ТКП 45–2.04–196–2010: утв. приказом Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь 19.40.2010 № 115: ввод в действ. с 01.09.2010. – Минск: Минстройархитектуры, 2010. – 23 с.
6. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из ячеистых бетонов (к СНиП 2.03.01–84. Бетонные и железобетонные конструкции) [Текст] / НИИЖБ, ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 92 с.
7. Каталог удельных потерь теплоты (тепловых мостиков) теплотехнически неоднородных узлов ограждающих конструкций жилых и общественных зданий [Текст] / ГП «Интистут жилища – НИПТИС им. Атаева С.С.». – Минск: Минстройархитектуры, 2019. – 210 с.
8. Галкин, С.Л. Некоторые особенности применения армированных газобетонных изделий в полносборном строительстве [Текст] / С.Л. Галкин, Н.П. Сажнев, Н.К. Шелег // Опыт производства и применения ячеистого бетона автоклавного твердения. 8-я Международная научно-практическая конференция. Минск–Могилев, 11–13 июня 2014 г. – Минск: «Стринко», 2014. – С. 94–103.
1) – объемно-планировочное решение жилого дома разработано главным архитектором проекта И.В. Чудовской (УП «ЦНТУС»)
2) – На момент разработки проекта действовал ТКП 45–2.04–196–2010 с изм. 1
3) – На момент разработки проекта действовал ТКП 45–2.04–43–2009 с изм. 1–4
4) – на момент подготовки материала статьи СН 2.01.02–2019 введены в действие на территории Республики Беларусь
