Технология строительства методом подъема и установки бетонных стен.

Введение

Тип здания и техника строительства

Технология "наклонной стены" (tilt-up, tilt slab или tilt wall) – это тип здания и техника строительства с использованием бетона. Несмотря на то, что это экономически эффективная технология с более короткими сроками строительства, её неудовлетворительная сейсмостойкость потребовала значительных мер по сейсмической модернизации старых зданий. При технологии "наклонной стены" бетонные элементы (стены, колонны, несущие конструкции и т.д.) формируются горизонтально на бетонной плите; обычно для этого используется пол здания в качестве опалубки, но может применяться и временная бетонная поверхность вблизи контура здания. После затвердевания бетона элементы поднимаются в вертикальное положение с помощью крана и фиксируются до тех пор, пока не будут установлены остальные конструктивные элементы здания (крыша, промежуточные этажи и стены). Строительство с использованием технологии "наклонной стены" – распространенный метод в Северной Америке, ряде стран Карибского бассейна, Австралии и Новой Зеландии. Оно не получило широкого распространения в Европе и северных двух третях Азии. Однако технология набирает популярность в Южной Азии, на Ближнем Востоке, в некоторых частях Африки, Центральной и Южной Америке. Бетонные элементы также могут изготавливаться на заводах, расположенных вне строительной площадки. Технология "наклонной стены" отличается от сборного железобетона (префабрикации, или заводского изготовления) тем, что все элементы возводятся непосредственно на строительной площадке. Это устраняет ограничения по размеру, связанные с транспортировкой элементов с завода на объект.

Строительство

Строительство с использованием технологии подъема стен требует значительной организации и координации на строительной площадке. Последовательность этапов для проекта с подъемом стен включает в себя: оценку участка, проектирование, устройство фундаментов и плит перекрытия, изготовление опалубки для стен, монтаж арматуры, установку закладных деталей, бетонирование, монтаж и отделку стеновых панелей. После затвердевания основания (поверхности для заливки или плиты перекрытия) на нем возводится опалубка. Обычно используется обрезная доска, высококачественная фанера или древесноволокнистая плита с хотя бы одной гладкой стороной, хотя также распространены алюминиевые или стальные формы. Плотники изготавливают опалубку на месте, руководствуясь проектной документацией, разработанной для каждой панели или элемента. В опалубку предусматриваются все оконные и дверные проемы, а также архитектурные детали и другие желаемые формы, которые будут отформованы в бетоне. Внутри опалубки располагаются стойки, уголки и крепежные пластины для последующего забетонирования. Опалубка обычно крепится к основанию с помощью каменных гвоздей или другим способом, чтобы предотвратить повреждение плиты перекрытия. Затем на поверхности опалубки наносится химически активный разделительный состав, предотвращающий прилипание бетона к поверхности. Это позволяет отделить готовый элемент от основания после его затвердевания. Этот этап критически важен, поскольку неправильный выбор или применение химического состава может привести к невозможности подъема панелей, что повлечет за собой дорогостоящий демонтаж и переделку. Внутри опалубки монтируется арматурный каркас, после нанесения разделительного состава, с использованием пластиковых подставок (“стульев”) для обеспечения необходимого расстояния от поверхности основания. Диаметр и шаг арматуры обычно указываются в проектной документации. Затем заливается бетон, заполняя опалубку до необходимой толщины и охватывая все закладные детали, встроенные элементы и арматуру. Бетон уплотняется вибрацией для предотвращения образования пустот и сотовидности. После затвердевания бетона опалубка снимается, устанавливаются строповочные петли, и кран наклоняет панель или поднимает элемент в проектное положение. В условиях ограниченного пространства бетонные элементы могут заливаться друг на друга (многоярусная заливка). Зачастую для этой цели заливается отдельное основание, которое удаляется после монтажа панелей. Краны используются для подъема бетонных элементов из горизонтального положения в вертикальное. Затем панели обычно устанавливаются на фундамент и фиксируются распорками до установки металлоконструкций и диафрагмы кровли.

Tilt up construction requires significant organization and collaboration on the building site. The chronological steps that need to be taken for a tilt up project are: site evaluation, engineering, footings and floor slabs, forming tilt up panels, steel placement, embeds and inserts, concrete placement, panel erection and panel finishing. Once the pad (casting surface or floor slab) has cured, forms are built on top. Dimensional lumber, a high quality plywood or fiber board that has at least one smooth face is typically used, although aluminum or steel forms are also common. Carpenters work from engineered drawings designed for each panel or element to construct on site. They incorporate all door and window openings, as well as architectural features and other desired shapes that can be molded into the concrete. Studs, gussets and attachment plates are located within the form for embedding in the concrete. The forms are usually anchored to the casting surface with masonry nails or otherwise adhered to prevent damage to the floor slab. Next, a chemically reactive bondbreaker is sprayed on the form's surfaces to prevent the cast concrete from bonding with the slab. This allows the cast element to separate from the casting surface once it has cured. This is a critical step, as improper chemical selection or application will prevent the lifting of the panels, and will entail costly demolition and rework. A rebar grid is constructed inside the forms, after the form release is applied, spaced off the casting surface the desired distance with plastic "chairs". The rebar size and spacing is generally specified by the engineer of record. Concrete is then poured, filling the desired thickness and surrounding all steel inserts, embedded features and rebar. The concrete is then settled through vibration to prevent any voids or honeycomb effects. The forms are removed when the concrete is cured; rigging is attached and a crane tilts the panel or lifts the element into place. In circumstances when space is at a premium, concrete elements can be cast one on top of the other, or stack cast. Quite often a separate casting pad is poured for this purpose and is removed when the panels are erected. Cranes are used to tilt the concrete elements from the casting slab to a vertical position. The slabs are then most often set onto a foundation and secured with braces until the structural steel and the roof diaphragm is in place.

Структура

Бетонные наклонные стены могут быть очень тяжелыми, иногда весом более… Большинство панелей наклонных стен спроектированы для работы с конструкцией крыши и/или перекрытий, чтобы противостоять всем нагрузкам; то есть, функционировать как несущие стены. Соединения с крышей и перекрытиями обычно представляют собой стальные плиты с приваренными шпильками, которые были закреплены в опалубку до заливки бетона. Эти точки крепления соединяются болтами или сваркой. Верхние точки крепления прикрепляются к стропилам крыши. Внутри здания могут быть установлены дополнительные стены для повышения жесткости конструкции, известные как стенами сдвига. Утеплитель может быть нанесен на обе стороны панелей или встроен в панель между двумя слоями бетона для создания сэндвич-панелей. Бетон обладает способностью поглощать и накапливать энергию, имеет большую массу, что регулирует температуру внутри помещения (тепловая масса) и обеспечивает звукоизоляцию и долговечность. Первоначально монтаж осуществлялся с использованием наклонных столов, но развитие мобильных кранов и бетоносмесителей позволило расширить использование технологии наклонного строительства. Технология наклонного строительства получила широкое распространение в период строительного бума после Второй мировой войны. В Австралии технология наклонного строительства была успешно применена только в 1969 году. Большинство первых зданий, построенных по этой технологии, были складами. Сегодня этот метод используется практически во всех типах зданий: от школ до офисных зданий, от жилых домов до отелей. Они могут быть от одноэтажных до более чем семиэтажных и достигать высоты более 29 метров (96 футов). Ранним примером этой технологии является инновационный Дом Шиндлера, построенный в 1922 году в Западном Голливуде, штат Калифорния. Архитектор Рудольф Шиндлер утверждал, что с помощью небольшого ручного крана для подъема и установки наклонных стен потребовалось всего два рабочих. Первый дом, построенный по технологии наклонного строительства в провинции Онтарио, Канада, был построен в 2017 году.

Внешний вид

Ранняя архитектура с использованием технологии "наклонного строительства" была очень минималистичной и имела форму коробок. Современные технологии расширили возможности в плане внешнего вида и формы. Подрядчику, работающему с "наклонным строительством", доступен широкий спектр вариантов отделки – от красок и морилок до пигментированного бетона, с элементами, отлитыми в форме кирпича или камня, а также агрессивных видов обработки поверхности, таких как пескоструйная обработка и кислотное травление. Формы также стали важной особенностью рынка "наклонного строительства": многие панели изготавливаются с круглыми или эллиптическими проемами, с фронтонными или изогнутыми верхними краями, изогнутыми или сегментированными фасадами, включающими большие площади остекления или других материалов.

Ассоциация

Tilt Up Concrete Association (TCA) – международная отраслевая ассоциация по строительству методом «наклонного бетонирования». TCA – это ассоциация, основанная на членстве, насчитывающая почти 500 членов по всему миру. В состав TCA могут входить подрядчики (генеральные подрядчики или субподрядчики по строительству методом наклона), инженеры, архитекторы, застройщики, консультанты, поставщики, специализированные строительные компании, преподаватели и студенты. TCA предоставляет своим членам в основном образовательные ресурсы, возможности для налаживания контактов и повышения узнаваемости. Кроме того, TCA ежегодно проводит программу награждения за достижения, отмечая лучшие примеры строительства методом «наклонного бетонирования» для различных типов объектов.

Риски

В результате торнадо в Джоплине в 2011 году, когда семь человек погибли в магазине Home Depot из-за обрушения панельных стен после прямого попадания торнадо EF5, инженеры в статье, опубликованной в The Kansas City Star, подвергли критике данную практику. Они отметили, что обрушение одной стены запускает цепную реакцию. Двадцать восемь человек, находившихся в не укрепленном учебном помещении в задней части здания, выжили. Согласно исследованию обрушения, торнадо обрушился на южный угол магазина, подняв крышу и вызвав обрушение западных стен внутрь здания. Стены с восточной стороны (где находились выжившие) обрушились наружу. Стояли лишь две стены. Инженеры предположили, что более прочные соединения крыши и стен могли бы смягчить последствия обрушения. Два других крупных магазина на углу, построенные из бетонных блоков (Academy Sports + Outdoors и Walmart), потеряли крыши, но стены остались целыми. Эти здания не подверглись прямому удару торнадо, в то время как здание Home Depot пострадало от прямого попадания. В Walmart погибли три человека, но двести выжили. Инженеры пояснили, что при разрушении бетонных блоков они обычно рассыпаются, а не падают большими плитами. Home Depot, имеющий сотни магазинов, построенных по технологии tilt-up, выразил несогласие с выводами и заявил о намерении использовать технологию tilt-up при восстановлении магазина в Джоплине. Вскоре после публикации статьи в Kansas City Star технический комитет Ассоциации Tilt-Up Concrete (TCA) сформировал рабочую группу для изучения заявлений, содержащихся в статье. При сотрудничестве с Home Depot рабочая группа провела детальные инженерные расчеты, исследования и анализ представленных в статье утверждений. В состав рабочей группы вошли практикующие инженеры-строители со всей страны, имеющие разнообразный опыт в строительстве по технологии tilt-up и возведении крупных торговых объектов. Окончательный отчет был опубликован 12 января 2012 года. «Информация, содержащаяся в этих выводах, поможет Ассоциации в продвижении преимуществ строительства по технологии Tilt-Up на месте и опровергнет многие утверждения, представленные в статье The Kansas City Star».

In the wake of the 2011 Joplin tornado in which seven people were killed in a Home Depot when the panel walls collapsed after the store was hit by an EF5 tornado, engineers in an article published in The Kansas City Star criticized the practice. They said that once one wall falls, it creates a domino effect. Twenty eight people in an un reinforced training room in the back of the building survived. According to a study of the collapse, the tornado hit the south corner of the store and lifted the roof up causing the west walls to collapse into the store. The walls on the east side (where the people survived) collapsed out. Only two walls remained standing. Engineers said that stronger roof to wall connections might have tempered the collapse. Two other big box stores at the corner that had concrete block construction (an Academy Sports + Outdoors and Walmart) lost their roofs but the walls remained intact. Those buildings were not directly hit by the tornado but the Home Depot building suffered a direct hit. Three people died in the Walmart, but 200 survived. The engineers told the Star that when concrete blocks fail they usually break apart, and do not come down in huge slabs. Home Depot, which has hundreds of stores built with tilt up, said it disagreed with the finding and that it would use tilt up when it rebuilt the Joplin store. Shortly after publication of the Kansas City Star article, the technical committee of the Tilt Up Concrete Association (TCA) formed a task force to investigate the claims presented in the article. With the cooperation of Home Depot, the task group performed detailed engineering calculations, research and investigation of the claims posed in the article. This task force consisted of a nationwide group of practicing structural engineers with a diverse range of experience in tilt up construction and "big box" buildings. The final report was published on January 12, 2012. "The information provided in these findings will help Association efforts to promote the benefits of site cast Tilt Up construction and dispute many of the claims presented in The Kansas City Star article."