Смоляго Г.А., Дронова А.В.

Белгородский государственный технологический университет

им. В.Г. Шухова

Перспективы развития строительства малоэтажных «пассивных» домов

Интерес к экологичному жилью и энергосберегающим технологиям в настоящее время постепенно растет, и не только по причине изменения отношения к экологии. По статистике, оправданное применение современных технологий позволяет в 2–3 раза сократить эксплуатационные расходы. В связи с этим, вопрос строительства энергоэффективных зданий в России становится одним из ключевых.

С точки зрения строительства главной составляющей для «пассивного» дома является качественная наружная теплоизоляционная оболочка. Применяемая теплоизоляция должна обладать высокими теплотехническими характеристиками, долговечностью и технологичностью.

Для малоэтажных зданий одной из наиболее распространенных является стеновая конструктивная система с несущими многослойными наружными стенами, где в качестве утеплителя используются минераловатные плиты, а также экструзионный пенополистирол. Однако, следует отметить, что долговечность этих утеплителей существенно меньше срока службы материалов несущих конструкций, что приводит к снижению теплозащитных свойств и долговечности наружных стен в процессе эксплуатации.

Определенную нишу на рынке индивидуальных жилых домов занимают дома с использованием блоков из автоклавных ячеистых бетонов, производство которых ежегодно постоянно увеличивается. С позиции создания комфортных условий для проживания, такие стены благодаря своим показателям, в т.ч. и паропроницаемости, имеют явное преимущество. Для обеспечения пространственной жесткости в зданиях со стенами из ячеистых блоков необходимо предусматривать железобетонные или армоцементные пояса, в крайнем случае – армированную кирпичную кладку под плитами перекрытий. Такая конструктивная система достаточно чувствительна к неравномерным осадкам оснований, способствующим образованию трещин вследствие деформативности ячеистых бетонов.

С позиции индустриальности и скорости возведения малоэтажных зданий, а также пространственной жесткости и надежности наиболее рациональными являются каркасные конструктивные системы, в которых оптимально разграничиваются несущие и ограждающие функции различных конструктивных элементов. В каркасных системах в наибольшей степени используется эффект пространственной работы здания, способствующий повышению его жесткости и конструктивной безопасности. К тому же, малоэтажные жилые дома отличаются наибольшим разнообразием объемно–планировочных решений и возрастающим в последнее время интересом к гибкой планировке

В предлагаемой нами конструктивной системе в качестве несущих элементов каркаса использованы колонны и ригели, изготавливаемые из монолитного керамзитобетона марки по плотности D1600 в несъемной опалубке из стружечно–цементных плит (СЦП) – (рис. 1).

Проектирование несущих конструкций, ригелей и колонн, производится для каждого конкретного объекта с использованием различных программных комплексов.

Применение керамзитобетона может реально обеспечить большие объемы малоэтажного строительства, увеличить пролеты и этажность зданий, укрупнить монтажные элементы, использовать более простые с меньшей грузоподъемностью механизмы для монтажа, повысить производительность труда и качество строительства, снизить стоимость, тем более что керамзит доступен по цене и выпускается во многих регионах страны. Керамзит является экологически чистым материалом: на протяжении всего периода эксплуатации и даже в условиях пожара полностью отсутствует вредное газовыделение; это обусловлено самой технологией получения керамзита – высокотемпературным обжигом глинистого сырья. Другое важное преимущество керамзита и керамзитобетона – высокая огнестойкость и длительное сохранение конструкционной прочности в условиях пожара, что обеспечивает безопасность людей в экстремальных ситуациях.

Рисунок 1 – Конструктивное решение вертикальных

несущих элементов

Стена с использованием СЦП в качестве несъемной опалубке и пенобетона как эффективного утеплителя обладает высокими теплоизолирующими свойствами. Проведенный теплотехнический расчет стены для «пассивного» дома показал, что принятая конструкция полностью обеспечивает тепловую защиту здания – приведенное сопротивление теплопередаче стены соответствует минимальным требованиям показателей для Европы R_норм=6,5 м²·°С/Вт . Минимальная толщина стены составит 700 мм, что сопоставимо с толщинами существующих решений стен «пассивных» домов.

Для малоэтажных жилых домов с каркасной конструктивной системой нами были разработаны сборно – монолитное и монолитное перекрытия с применением монолитного керамзитобетона.

Конструктивно сборно–монолитные перекрытия состоят из железобетонных балок из тяжелого бетона и газосиликатных блоков–пустотообразователей, в целом после укладки создающих несъемную опалубку в которую заливается монолитный керамзитобетон (рис. 2).

Для определения рациональности выбранных вариантов перекрытий, а также с целью выявления особенностей их работы по сравнению с традиционными сборными железобетонными перекрытиями из тяжелого бетона, были проведены экспериментальные исследования образцов сборно–монолитного и монолитного перекрытий.

Образцы были запроектированы с одинаковыми размерами, армированием и физико–механическими характеристиками материалов.

Сборные элементы сборно–монолитного перекрытия выполнены из тяжелого бетона В20, в качестве бетона омоноличивания принят керамзитобетон класса В12,5, марки по плотности D1600. Монолитное перекрытие выполнено из керамзитобетона класса В12,5. Пролет образцов – 2,1м.

Каркасы для армирования основных образцов изготавливались вязаными, так как при применении сварки имел бы место возможный пережог рабочих стержней. Продольные стержни рабочей арматуры выполнены из проволочной арматуры диаметром 3 мм класса В500 и проволочной арматуры диаметром 2 мм. Поперечное сечение и армирование образцов приведено на рис.2.

Продольные деформации бетона сжатой и растянутой зоны измерялись индикаторами часового типа МИГ–1 с ценой деления 0,001мм, тензорезисторами (для дублирования показаний индикаторов) на бумажной основе с базой 20 мм и 50 мм. На продольные стержни рабочей арматуры образцов перекрытий были наклеены тензорезисторы с базой 3 мм на пленочной основе. Регистрация показаний тензорезисторов производилась многоканальным регистратором Терем 4.1.

а)

б)

Рисунок 2 – Поперечное сечение экспериментальных образцов:

а) сборно–монолитного перекрытия; б) монолитного перекрытия.

Испытание образцов проведены на специально изготовленной установке. Нагружение образца выполнялось штучными грузами по разработанной схеме. Ступени нагружения составляли 5% от расчетной разрушающей нагрузки до образования трещин и 10% – после образования трещин. Общий вид испытаний приведен на рис. 3.

В процессе испытаний измерялись деформации бетона и арматуры, прогибы, ширина раскрытия трещин, определялся момент образования трещин и несущая способность образцов.

Анализ полученных опытных значений деформаций, перемещений и трещин позволяет отметить, что в процессе нагружения образцов четко прослеживались описываемые деформационной моделью стадии их упругого и упруго–пластического деформирования.

Рисунок 3 – Общий вид испытаний

По данным показаний тензорезисторов, наклеенных на боковых гранях железобетонного элемента, можно вполне обоснованно говорить как о линейном характере распределения деформаций по высоте сечения в пределах высоты монолитного и сборного бетонов, так и о надежности конструктивных мероприятий, примененных в сборно–монолитном перекрытии для обеспечения совместной работы составляющих бетонов на всех этапах деформирования (работа на срез поперечной арматуры каркаса К–1 и природная шероховатость бетонов).

Проведенный физический эксперимент позволил выявить ряд факторов, учет которых необходим при разработке расчетного аппарата и оценке степени их влияния на напряженно–деформированное состояние монолитных и сборно–монолитных железобетонных перекрытий.

Разработанные конструктивные решения перекрытий обладают необходимой трещиностойкостью, жесткостью и несущей способностью. Расчетная стоимость перекрытий делает их вполне конкурентоспособными по сравнению с традиционными сборными железобетонными перекрытиями.