автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Новая конструкция многослойной стены для малоэтажных зданий и ее экспериментально-теоретическое обоснование

На правах рукописи

ЕМЕЛЬЯНОВА Татьяна Александровна

Новая конструкция многослойной стены для малоэтажных зданий и ее экспериментально-теоретическое обоснование

Специальность 05.23.01 -«Строительные конструкции, здания и сооружения»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005046057

Воронеж - 2012

005046057

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

Денисова Алла Павловна

Официальные оппоненты: Маилян Левон Рафаэлович, доктор техни-

ческих наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ростовской государственный строительный университет», кафедра автомобильных дорог, профессор.

Ласьков Николай Николаевич, доктор технических наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», кафедра «Строительные конструкции», профессор

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный архитектурно - строительный университет»

Защита состоится 24 мая 2012 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.033.01 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия0ктября, д. 84, аудитория 3220, тел.(факс): (473)271-59-05.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Автореферат разослан 23 апреля 2012 г.

Учёный секретарь /У^

диссертационного совета (уф^'^ Власов Виктор Васильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Актуальность диссертационной работы определяется следующими факторами: сокращением сроков строительства малоэтажных зданий; необходимостью снижения стоимости применяемых строительных материалов и стоимости 1 м2 ; улучшением эксплуатационных качеств здания - повышением огнестойкости, надежности и долговечности строительных конструкций с использованием местных материалов применительно к малоэтажным зданиям различного назначения; необходимостью дальнейшего совершенствования конструктивных решений малоэтажного строительства с применением прогрессивных методов строительства.

Недостатки современных конструктивных решений одно-, двух- и трехслойных стен малоэтажных зданий показали необходимость проведения дальнейших исследований по разработке новых конструктивных решений стен с применением местных материалов, в том числе ежегодно возобновляемых сельскохозяйственных отходов.

Целью диссертационной работы является разработка новой конструкции стены сельских малоэтажных зданий различного назначения на основе использования местных материалов, отвечающих современным требованиям экологии, экономики и технологии возведения. Основные задачи работы:

- выбрать слои многослойной стены малоэтажных зданий с применением местных материалов и обосновать их расположение в составе конструкции;

- сформулировать принцип формообразования многослойной стены;

- разработать узлы сопряжения многослойной стены с основными несущими элементами здания;

- провести экспериментальные исследования работы новой многослойной конструкции стены;

- разработать алгоритм инженерного расчета новой многослойной конструкции стены;

- разработать практические рекомендации по применению и проектированию многослойной стены в составе малоэтажных зданий.

Объект исследований — новая конструкция многослойной стены малоэтажных зданий.

Теоретической и методологической основой исследований являются разработки отечественных и зарубежных ученых в области создания и совершенствования рациональных несущих конструкций малоэтажных зданий для строительства в сельских и пригородных районах и методов их расчета. Для решения задач, поставленных в диссертационной работе, использовались стандартные и нестандартные методики, позволяющие оценить работу новой многослойной конструкции стены с учетом экономической и конструкционной безопасности на основе принципа формообразования.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем: 1) обосновано применение торкрет-бетона в качестве несущих слоев новой конструкции многослойной стены;

2) проведено формообразование многослойной стены с учетом расположения слоев и образования контактного слоя, обосновано его функциональное назначение; сформулирован принцип формообразования многослойной стены;

3) предложено применение сборных пространственных рам из деревянных брусков в местах сопряжения многослойной стены с основными элементами несущего остова здания для обеспечения его жесткости;

4) впервые экспериментально на натурных фрагментах определены механические характеристики слоев многослойной стены и ее несущая способность и пожаробезопасность;

5) предложена расчетная схема многослойной стены и разработан алгоритм инженерного расчета;

6) разработаны практические рекомендации по применению и проектированию многослойной стены в составе малоэтажных зданий. Достоверность полученных результатов обеспечена применением в исследованиях научно-обоснованных методик, использованием аттестованного лабораторного оборудования, статистических методов обработки полученных результатов, сопоставимостью полученных результатов с ранее выполненными исследованиями других авторов и нормативными данными, а также необходимыми испытаниями и их положительным практическим эффектом.

Практическая значимость работы заключается в совершенствовании конструктивных решений многослойных стен на основе экспериментально-теоретических исследований: использовании местных органических материалов, повышении энергоэффективности, снижении материалоемкости и трудоемкости изготовления, разработке алгоритма расчета и рекомендаций по возведению. Результаты исследований явились основой для разработки проекта мансардного дома в г. Пугачев Саратовской области. Отдельные положения диссертации использованы в курсовом и дипломном проектировании на кафедре «Промышленное и гражданское строительство» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научных конференциях: международных - г. Пенза - Пензенская государственная архитектурно-строительная академия, 2008-2010 гг.; г. Москва - Московский государственный строительный университет, 2010 г.; всероссийских - г. Москва ООО «Европейский Технический Институт», г. Миасс XXVIII Российская школа по проблемам науки и технологий, 2008; региональных г. Саратов - Саратовский государственный технический университет, 2008-2009 гг.; г. Балаково - Балаковский институт техники, технологии и управления (филиал) ФГБОУ ВПО СГТУ, 2007-2010 гг. В 2011 г. автор работы - участник программы У.М.Н.И.К (Саратов - СГТУ, Пенза -ПГТА). Представление проекта на международном интернет-фестивале «Молодые ученые за инновации: создавая будущее» (2 место).

Личный вклад. Разработка новой конструкции многослойной стены для малоэтажных зданий с применением местных материалов.

Разработка узлов сопряжения новой конструкции многослойной стены с основными элементами здания.

Проведение экспериментальных исследований новой многослойной конструкции стены.

Разработка алгоритма инженерного расчета новой многослойной конструкции стены и программы на языке программирования С#.

Разработка практических рекомендаций по применению и проектированию многослойной стены в составе малоэтажных зданий.

Разработка проектного предложения для строительства одноэтажного жилого дома площадью 84 кв.м для участия ООО «Пугачёвжилстрой» в Федеральной целевой программе «Свой дом».

Реализация и внедрение результатов работы:

Результаты теоретических и экспериментальных исследований приняты к практической реализации в рамках участия в Федеральной целевой программе «Свой дом» ООО «Пугачёвжилстрой» в составе проектно-технических мероприятий при организации строительства малоэтажных жилых зданий молодым специалистам на селе. Разработаны практические рекомендации по применению и проектированию стен малоэтажных зданий с использованием новой многослойной конструкции несущих стен. Результаты проведенных экспериментально-теоретических исследований внедрены в учебный процесс Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. по специальности 270100 «Промышленное и гражданское строительство». На защиту выносятся:

- новая конструкция многослойной стены для сельских зданий различного назначения;

- принцип формообразования пятислойной конструкции стены с обоснованием расположения слоев в составе конструкции;

- обеспечение жесткости несущего остова малоэтажных зданий с применением новой конструкции многослойной стены;

- результаты экспериментальных исследований по определению несущей способности новой конструкции многослойной стены и ее эксплуатационные характеристики;

- расчетная схема многослойной стены и алгоритм ее расчета;

- технико-экономические показатели новой конструкции многослойной стены.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 статей общим объемом 31 с. (личный вклад автора - 22 е.), из них 3 - в изданиях перечня ВАК. Получен патент на полезную модель Российской Федерации № 98441, опубликован 20.10.2010 г., получено свидетельство на программу для ЭВМ № 2012611926, опубликовано 20.02.2012 г.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, изложена на 181 страницах и содержит 128 страниц машинописного текста, 84 рисунка, 43 таблицы, список литературы из 172 наименований и 3 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, приведены цель и задачи исследований, показана научная новизна и практическая значимость результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведены исследования современного состояния конструктивных решений стен для малоэтажных зданий различного назначения в отечественной и зарубежной практике строительства. Осуществлен анализ и дана оценка конструктивных решений стен для малоэтажных зданий на территории средней полосы Поволжья, выполненных отечественными учеными A.C. Ваценко, A.M. Шепелевым, Д.Г.Одинцовым, Г.И. Автомановым, Ю.А. Ды-ховичным, З.А. Казбек-Казиевым, О.В. Иноземцевой, И.В. Резько, С.М. Нанасо-вой, В.П. Потокаевым, A.A. Токаревым и другие. Формированиам строительства малоэтажных зданий с применением экологически чистых материалов занимался в Белоруссии Е.И. Широков, а в США - А. Стин и Б. Стин

В России наметилась тенденция на возрождение села, где традиционно используется малоэтажное строительство. Разработка проектов по возведению социального малоэтажного жилья и быстровозводимого жилья также необходима для людей, пострадавших в чрезвычайных ситуациях. В современных условиях наиболее экономичными и энергоэффектинвными для массового строительства малоэтажных зданий на селе являются многослойные конструкции стен («PLASTBAU», «Экодом», «JICTK» (Genesis*), «Русская стена», «Велокс» и других). В качестве теплоизоляционного материала в основном используются волокнистые утеплители и пенополистирол. Достоинством данных конструкций являются быстрота возведения здания и обеспечение требуемого сопротивления теплопередачи.

Начиная с 80-х годов двадцатого века для возведения стен малоэтажных зданий стали применять экологически чистые местные строительные материалы - прессованные соломенные блоки (рис. 1 б). В настоящее время такое рациональное и экономически оправданное строительство получило широкое применение за рубежом в самых различных климатических зонах Канады, Австралии, Франции, Чили.

На современном этапе задача снижения стоимости нового строительства на селе и пригородных поселках, применение эффективных конструктивных решений ограждающих и несущих стен, а также технологий их возведения на практике остаются необходимыми и востребованными. Причем одним из приоритетных направлений, рассматриваемых в диссертационной работе, является применение местных материалов, использование которых способствует как уменьшению транспортных расходов и возможности строительства с применением средств малой механизации, так и снижению стоимости здания в целом.

Во второй главе на основе сформулированного принципа формообразования, который заключается в образовании единой многослойной конструкции с одновременным формированием слоев переменной жесткости и функционального назначения, рассмотрена новая конструкция многослойной стены (MC). Пере-

ставлены узлы сопряжения стены с несущими элементами здания. Приведена оценка эксплуатационных качеств многослойной стены с учетом требований нормативной документации, предъявляемых к жилым зданиям.

Конструктивно многослойная стена симметрична относительно продольной оси и состоит из пяти слоев: двух внешних несущих слоев из армированного торкрет-бетона; утеплителя из органического материала; двух контактных слоев соломобетона между несущими слоями и утеплителем (рис. 1). Несущие слои соединены между собой поперечными связями из стеклопластиковой арматуры. Для утеплителя предложено использовать органический материал -пшеничную или ржаную солому, в виде прессованных блоков. Солома, как и древесина, имеет трубчатую структуру, пустотелые трубчатые стебли которой могут выдерживать огромные перепады температур без нарушения влажност-ного режима. Наиболее известными изделиями из соломы являются прессованные соломенные блоки или ленты, изготавливаемые обычным или рулонным пресс-подборщиком. Кроме того, существуют различные плиты из соломы, изготавливаемые в заводских условиях. Выбор органического утеплителя зависит от наличия местных сырьевых ресурсов и вида изделий из соломы и требований теплозащиты зданий.

Несущие слои МС выполнены из армированного торкрет-бетона, который укладывался с помощью набрызга под давлением, что позволило создать уплотненные тонкостенные несущие слои из железобетона не только повышенной надежности, но и долговечности. Проведенный сравнительный анализ применения обычного бетона и торкрет-бетона показал

ряд значительных преимуществ последнего: по прочности на осевое растяжение (до 50 %), на срез (до 10 %), на сжатие (до 70 %), по водонепроницаемости (до 20 %), морозостойкости (до 30%), трещиностойкости (до 40 %) и долговечности (до 20 %). Кроме того, при торкретировании за счет неполной сплошности органического материала на границе несущих и теплоизоляционного слоев происходит образование контактного слоя, который характеризуется свойствами как утеплителя, так и несущих слоев. Контактный слой обеспечивает эффективный переход по жесткости и играет роль пароизоляции, что будет показано ниже.

Предложены модификации конструкции стены: многослойная несущая стена (МНС) для одно- и двухэтажных производственных и жилых зданий и многослойная стена с каркасом (МСК) для трех- и пятиэтажных общественных и жилых зданий.

Рис. 1. Новая конструкция конструкция многослойной стены: а- общий вид МС; б - поперечный разрез МС: 1-армированный торкрет-бетон, 2 - органический утеплителя; 3 - контактный слой, 4 - связи

Для возможности использования новой конструкции многослойной стены в практике жилого строительства автором проведены теоретические исследования (согласно требованиям СНиП 2.08.01-89* Жилые здания) по оценке ее эксплуатационных качеств: долговечности, температурно-влажностного режима, пожаробезопасности (с учетом экспериментальных данных, результаты которых представлены в главе 3).

Исследования температурно-влажностного режима МС показали, что сопротивление теплопередаче в 2,3 раза больше нормативного значения для региона Поволжья и свидетельствует об энергоэффективности нового конструктивного решения. Наличие контактного слоя позволило переместить точку росы со слоя утеплителя на границу между несущим слоем и контактным слоем.

Предварительная оценка пожарной безопасности многослойной стены, показала что по степени огнестойкости ее можно отнести ко II классу (подтверждение будет получено при экспериментальных исследованиях). Применение торкрет-бетона в несущих слоях позволило повысить пожаробезопасность на 20 %.

Оценка долговечности многослойной стены из условия климатической активности Саратова с учетом марки торкрет-бетона по морозостойкости составила 45 лет, что соответствует III классу долговечности. По трещиностойкости несущих слоев ожидаемый срок службы многослойной стены составил 85 лет, что соответствует II классу долговечности.

Таким образом, предварительная теоретическая оценка эксплуатационных качеств новой конструкции многослойной стены показывает, что она может быть рекомендована для строительства жилых малоэтажных домов.

Учитывая большую толщину теплоизоляционного слоя многослойной стены, дня обеспечения жесткости здания в целом предложено в узлах сопряжения стен с несущими элементами остова установить пространственные рамы, собираемые из типовых стандартных плоских рам Р-1, Р-2, изготовленных из деревянных брусков сечением 50x50 мм (рис. 2 в). При этом целесообразно покрытие и полы здания конструировать также многослойными. Перекрытие принять деревобетонным с балками из бревен и настилом из торкрет-бетона (2 г).

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований на большеразмерных фрагментах новой конструкции многослойной стены.

Для обоснования новой конструкции многослойной стены были спланированы и проведены экспериментальные исследования с учетом требований нормативной литературы для несущих конструкций. Целью эксперимента являлось определение несущей способности многослойной стены и физико-механических характеристик ее слоев. Исследования были проведены в 4 этапа: первый этап -конструктивное моделирование большеразмерных фрагментов многослойной стены; второй этап - определение несущей способности многослойной стены; третий этап - определение теплопроводности слоев; четвертый этап - определение степени огнестойкости многослойной стены.

Первый этап исследований включал последовательное изготовление большеразмерных фрагментов многослойной стены согласно предложенному принципу ее формообразования. В качестве утеплителя использовались наиболее доступные для местных производителей Поволжского региона прессованные блоки из

пшеничной соломы размером 400x600x900 мм, поэтому толщина теплоизоляционного слоя образцов многослойной стены составила 400 мм.

Было изготовлено 3 фрагмента высотой 600 мм, глубиной 900 мм с различной толщиной несущего слоя: 30 мм (МС-1), 50 мм (МС-2) и 80 мм (МС-3).

+6.200

+3.000

50! I 400.50

Рис. 2. Несущий остов дома с мансардой из многослойных конструкций стен а - план дома; б - разрез 1 -1; в - узел пересечения стен; г - узел сопряжения многослойной

стены с деревобетонным перекрытием и многослойным покрытием; д- узел сопряжения стены и пола с фундаментом; Р-1, Р-2 - деревянные рамы для создания требуемой жесткости

сопряжения

При изготовлении образцов выполнялись работы в следующем порядке;

На поддон, разделенный на 3 секции, последовательно с перевязкой укладывались прессованные тюки из соломы с сопряжением между собой деревянными шпильками. Затем с обеих сторон образцов МС-2,МС-3 устанавливались арматурные сетки, которые соединялись поперечными связями. После этого с помощью торкрет-установки С0-50 ПБН и компрессора ПКСД-5,25ДМ производился набрызг бетонной смеси с обеих сторон утеплителя. Мелкозернистая бетонная смесь готовилась по массе в соотношении Ц : П : В = 1 : 2,58 : 0,43. В качестве крупного заполнителя использовался речной песок М,ф=1,6. Толщина несущих слоев образцов корректировалась маяками (рис. 3).

Второй этап экспериментальных исследований включал определение несущей способности образцов в целом и механических характеристик слоев многослойной стены. Все испытания проводились в сертифицированной лаборатории «Эксплуатационная надежность строительных материалов и конструкций» Балаковского института техники, технологии и управления (филиала) Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. согласно

требованиям ГОСТ. Для каждой серии испытаний производился отбор не менее трех образцов.

Рис. 3. Экспериментатное изготовление большеразмерных образцов МС: а, б - подготовка оборудования (торкрет-установка С050 ПБН и компрессора ПКСД- 5,25ДМ) к торкретированию; в - укладка блоков из прессованной соломы; г- установка арматурных сеток в натурных фрагментах МС-2, МС-3 и связей; д - торкретирование несущих слоев; е - готовые образцы МС

Для определения прочности бетона несущих слоев были выпилены кубики из каждого образца (МС-1, МС-2, МС-3) и испытаны на сжатие. Проектный класс торкрет-бетона соответственно определенному экспериментальным путем и составил В 22,5.

Впервые проведены экспериментальные исследования по определению механических характеристик теплоизоляционного органического слоя. Для получения достоверных данных и сравнения результатов аналогичные исследования проведены на образцах из пенопласта, как наиболее применяемого утеплителя. Проведенные испытания показали, что прочность органического утеплителя в среднем на 14 % меньше прочности пенопласта (рис. 4).

По эмпирической формуле определен модуль упругости:

Еь =2320рьэ/Й~-1785, (1)

где рь - средняя плотность материала т/м3; Модуль упругости органического мате, _ риала на 20 % меньше модуля упругости Рие.4. Сравнение результатов испытаний

пенопласта.

органического утеплителя и пенопласта

Для исследования сцепления несущих слоев и органического утеплителя были проведены испытания соответствующих образцов на разрывной машине РС-50. Были отобраны образцы высотой 60 мм, глубиной 60 мм с различной толщиной несущего слоя: 30 мм (МС-1), 50 мм (МС-2) и 80 мм (МС-З).Перед испытанием была замерена толщина контактных слоев образцов. Она составила 1520 мм. Среднее значение разрывного усилия составило 420 кг. Разрушение образ-

10"-'

зо

•МПа

20.4

16,4и

72Ä1

Кпр 5 органический J материал

цов произошло в центре слоя утеплителя, что подтвердило хорошее сцепление между слоями утеплителя и контактного слоев, контактного и несущего слоев.

Несущие конструкции зданий испытывают продольную и поперечную нагрузки. Основные цели испытаний включали оценку прочности, жесткости и тре-щиностойкости несущих железобетонных слоев и определение допускаемых предельных нагрузок на конструкции. Для испытаний были подготовлены образцы с различной толщиной несущего слоя 30 мм, 50 мм и 80 мм. При этом высота образца соответствовала высоте теплоизоляционного блока - 600 мм.

Все испытания проводились в два этапа: нагрузка на образцы прикладывалась с шагом 10 кН, при этом фиксировалась величина прогиба. Затем образцы доводились до разрушения. На каждом этапе образец осматривался, показания прогиба фиксировались по индикаторам часового типа.

По результатам испытаний на поперечную нагрузку установлено, что в пределах шага связей на опытных образцах деформации прогиба составили от 0,69 мм, 0,81 мм, 1,0 мм при 14™ = 79 кН, 280 кН, 332 кН. При этом расчетная нагрузка на наружный слой МС достигает по проекту 0,135 кН (рис. 5). Результаты испытаний на продольную нагрузку показали, что ширина раскрытия трещин при средней нагрузке N^=39 кН, 141 кН, 167 кН не превышала значений, принятых в СП 52-101-2003 как асгси](= 0,4 мм. Разрушение несущего слоя МС произошло при нагрузках N^=56 кН, 200 кН, 238 кН (рис. 6).

400

МС-1 МС-2 мс-з

щ разрушающая---расчетная нагрузка

нагрузка щ С прогиб

Рис. 5. Результаты испытаний на поперечную нагрузку

300

200

100

18,5 0

200.0

238.0

141,0

39,0

166 л

- ------ 111

МС-1 МС-2 МС-З

разрушающая---расчетная нагрузка

нагрузка ш нагрузка трещинообразования

Рис. 6. Результаты испытаний на продольную нагрузку

При этом отношение контрольной нагрузки по прочности к расчетной нагрузке на БПС-2 составляет 10,8, что превышает нормируемый коэффициент безопасности с = 1,6 в 6,7 раз (ГОСТ 8829-94). С учетом характера развития трещин в опорной зоне дополнительно проведена оценка прочности и трещиностой-кости на высоте 100 мм. Поэтому для более детального изучения этой зоны, были отобраны образцы из БПС-1,2,3 с высотой несущего слоя 100 мм, которые были испытаны на центральное сжатие и доведены до разрушения.

Обработка результатов производилась с помощью компьютерного моделирования. Результаты испытаний показали, что ширина раскрытия трещин составила от 0,15 до 0,25 мм при средней нагрузке Н-р = 118 кН, 449 кН, 500 кН, что не превышает значений, принятых в СП 52-101-2003 как асгс>ц11= 0,4 мм (рис. 7); разруше-

ние МС произошло при нагрузках 168 кН, 606,7 кН, 712,7 кН. Нагрузка об-

разования трещин на 9 % превышает рассчитанную согласно СП 52-101-2003.

Анализ результатов проведенных испытаний образцов МС с различной толщиной несущих слоев показал, что несущая способность образца МС-1с толщиной неармированного несущего слоя 30 мм на 28 % ниже, чем образца МС-2 с толщиной армированного несущего слоя 50 мм. Тогда как несущая способность

образца МС-3 с толщиной армированного несущего слоя 80 мм на 13% больше несущей способности образца МС-2. (рис. 7).

Таким образом, для обеспечения несущей способности и трещино-стойкости новой многослойной конструкции стены малоэтажного дома достаточной толщиной несущего слоя из нагрузка трещинообразования армированного торкрет-бетона опре-

ЕЗ расчетная по СП 52-101-2003 делена толщина в 50-80 мм.

Рис. 7 . Сравнение результатов прочности МС при h3O=100 мм

Третий этап эксперимента заключался в определении коэффициента теплопроводности слоев МС. Для определения теплопроводности слоев использовался электронный измеритель теплопроводности ИТП МГ-4 . На основе экспериментальных данных получены достоверные результаты коэффициентов теплопроводности торкрет-бетона и органического материала. При этом впервые экспериментально определен коэффициент теплопроводности мелкозернистого торкретбетона, который получился в 2 раза меньше, чем коэффициент теплопроводности монолитного бетона.

На 4 этапе эксперимента были проведены испытания на огнестойкость МС, которые показали, что толщина несущих слоев из торкрет-бетона 50 мм обеспечивает огнестойкость II класса (RE 150/145).

Результаты экспериментальных исследований представлены в табл. 1, табл. 2

Таблица 1

Физико-механические характеристики слоев многослойной стены

Наименование характеристик Величина

Несущий слой

Класс торкрет-бетона В 22,5

Модуль упругости торкрет-бетона Е), МПа 27800

Средняя прочность при сжатии ^ы , МПа 11,37-13,5

Толщина внешнего несущего слоя торкрет-бетона ^ м 0,05- 0,08

Коэффициент теплопроводности слоя торкрет-бетона Вт/(м°С) 0,438

Теплоизоляционный слой

Средняя прочность при сжатии МПа 0,164

Модуль упругости соломы Е3, МПа 6,1

Толщина утеплителя 1з, м 0,37-0,40

12

NkH 800

600

400

200 0

606,7

712.7

449,0

409,0 : ш

П8 1.68,7 ШтКІ1 щш 1 ;

MC-1 МС-2 МС-3

Ш разрушающая ш нагрузка

Продолжение табл. 1

Наименование характеристик Величина

Коэффициент теплопроводности органического материала Вт/(м°С) 0,059

Контактный слой

Прочность на отрыв утеплителя , МПа 1,38

Толщина контактного слоя м 0,015-0,02

Таблица 2

Результаты испытаний фрагмента несущей стены МС на сжатие_

№ п/п Вид нагрузки при h„=600 мм Расчетная нагрузка Npac4, кН Разрушающая нагрузки кН N3KC/N раз' INpac4

МС-1 МС-2 МС-3 МС-1 МС-2 МС-3

30 мм 50 мм 80 мм 30 мм 50 мм 80 мм

1. Поперечная 13,5 79 _280 332 5,85 20,7 24,6

2. Продольная 18,5 56 | 200 238 3,0 10,8 12,7

В четвертой главе проведен анализ существующих методик расчета многослойных стен. Предложен алгоритм расчета многослойной конструкции стены. Приведены результаты численных экспериментов по существующим и нормативным методикам. Приведены практические рекомендации по применению и проектированию стен малоэтажных зданий с многослойной конструкцией стены МС.

Теоретическую базу исследования в области расчета одно, двух- и многослойных конструкций составили труды отечественных и зарубежных ученых, таких как С.А. Амбарцумян, А.П. Прусаков, Л. М. Куршин, А.Я. Александров, Л. Э. Брюкнер, Э. И. Григолюк, П. П. Чулков, Б.Г. Горенштейн, B.C. Денисов, А.А. Евдокимов, И.Л. Жодзишский и В.Г. Золотухин, Ю.И. Мешкаускас, Г.А. Гениев, Н.В. Морозов, Н.Я. Спивак и Ш.А. Акбулатов, Б.Е. Шунгский, Е.А. Король, А.С. Семченков и других; научная, учебная и методологическая литература, периодические издания, сведения в сети Интернет.

Для исследования работы многослойной стены МС одноэтажного здания с высотой этажа Нэт на действие внешних нагрузок вырежем полоску шириной равной шагу b несущего элемента перекрытия (рис. 8 б). В этом случае расчетная схема стены будет представлять собой однопролетную балку, жестко защемленную с одной стороны и шарнирно опертую с другой, загруженную в зависимости от расположения стены: горизонтальной (ветровой) нагрузкой qw и продольной силой N от действия покрытия Nn0K и перекрытия (qnep) - для наружной стены (рис. 8 а); продольной силой N от действия покрытия N„OK и перекрытия (qnep) - для внутренней стены (рис. 8 б).

Если при этом работу теплоизоляционного и контактного слоев не учитывать из-за значительного различия их модулей упругости по сравнению с модулем упругости несущих слоев (Е] >Е3 в 4000 раз и Е, >Е2 в 140 раз соответственно), то расчетное сечение балки будет составным - состоящим из двух элементов (несущих слоев многослойной стены из торкрет-бетона), соединенных между собой поперечными связями с шагом (рис. 8, в).

л

t : I

; 1

L

Ji

4\v

Ö) ^tiOK

N-lWHiep I' 1

Nncp

тії

\

а — внешней стены; б - внутренней стены; в - расчетное сечение Рис. 8. Расчетная схема МС

Анализ распределения нагрузки от

ПереКрЫТИЯ (Япер) и

покрытия Ыпок на несущие слои стен показал, что продольная сила приложена с эксцентриситетом е=11,1 см для наружной стены (рис. 8 а), и центрально для внутренней стены (рис. 8 б).

При оценке устойчивости внешней стены влиянием поперечной нагрузки qw пренебрегаем, так как ее воздействие уменьшает влияние продольной силы N (рис. 8, а). В дальнейшем будем рассматривать балку составного сечения, подверженную совместному воздействию осевой силы N и пары, приложенной к концевому сечению, момент которой равен Mo = N*e (рис. 8). Определим уравнение упругой линии такой балки, которое в дальнейшем можно будет применить при расчете многослойной стены двухэтажного дома.

Дифференциальное уравнение изогнутой оси балки имеет вид (A.C. Вольмир):

Нсу=—

HSLH„

1-2 ^ где к =-.

Е! I*

Продифференцируем (1) дважды при E|Ix=const:

yIV-ky=o

Общее решение уравнения (2) имеет вид: y(z)=Asinkz+Bcoskz+Cz+D

Решение (3) должно удовлетворять следующим граничным условиям: при z=0 у'=0; у=С при z=H3T

ТІ Mg

vu=—: v=0

Eit

Подставив значение граничных условий получим уравнение устойчивости:

sinkH„-kH.T coskH„=0

Наименьшее значение будет равна:

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

кНзт::4,4934. Тогда величина критической силы

ЕЛ,. ЗзгЕ,^ N =20.19—-

' Н;т Н;т

Для балок составного сечения величина критической силы определяется с учетом работы поперечных связей:

где Е]1х — жесткость составной балки; Ер1р — жесткость поперечной связи; Е]1„ — жесткость ветви; 1, — жесткость поперечной связи.

Согласно (3) и (4) запишем уравнение упругой линии:

уС0=А[5к1кг42+Шзт(1-со£кг)] (9)

где А=-1-—-.

Определим величину максимального прогиба при г=7Н,т:

^ах=А кН;т^кН„-кН31(1-со5^ кНзт)] (10)

Проверку прочности стены МС проведем по максимальному изгибающему моменту, определяемому по выражению:

* шах

Расчет внутренней стены является частным случаем при Мо=0.

Для апробации предложенного алгоритма инженерного расчета МС были проведены численные эксперименты для проектирования внешней стены мансардного здания для города Саратов с высотой этажа Нэт= Зм по представленному выше алгоритму, аналитическим решениям дифференциального уравнения продольно-поперечного изгиба балки К.Ф. Шагивалиева (СГТУ имени Гагарина Ю.А.), в программному комплексу Лира 9.6 и СНиП 52-01-2003. Толщина несущих слоев стены МС принята как ^=0,05 м, ширина полосы как Ь=0,6 м, модуль упругости как Е,=27800 МПа (табл. 1), продольная нагрузка N=18,67 кН приложена с эксцентриситетом е=0,111 м. Расстояние между несущими осями принято как с=0,45 м. Связи выполнены из стеклопластиковой арматуры с 0 20 мм и модулем упругости Ер=30000 МПа. Результаты представлены в табл. 3.

Таблица 3

Результаты расчета __

Вид расчета СТ, МПа £т.х> СМ IV кН

Предложенный алгоритм инженерного расчета 0,101 0,00114 309,0

Аналитическое решение 0,113 0,00109 -

ПК Лира 9.6. 0,148 0,0016 -

СНиП 52-01-2003 1,87 [2 см] -

Таким образом, сравнение результатов расчетов по предложенному алгоритму с аналитическим решением показало хорошую сходимость (3-12 %). Расхождение с результатами расчета в ПК Лира 9.6 составило 30 %. Результаты расчета по СНиП 52-01-2003 показали значительные расхождения с полученными, что характерно для составной балки с тонкостенными несущими слоями.

По предложенному алгоритму была создана программа расчета многослойных стен при помощи объектно-ориентированного языка С#. Программа учитывает действительную работу МС на основе балочной расчетной схемы и может быть рекомендована для расчета конструкций данного типа.

В результате проведенных экпериментапьно-теоретических исследований были разработаны рекомендации по применению и проектированию стен малоэтажных зданий с многослойной конструкцией стены: 1. Торкрет-бетон несущего слоя выполнять из класса не менее В 22,5. 2. Толщину несущих слоев для одноэтажного дома и дома с мансардой принять не менее 50 мм, для дома более двух этажей не менее 80 мм. 3. Армирование несущего слоя проводить с помощью обьгчной сетки 03,5-5 мм с шагом ячейки 50x50 мм. 4. Несущие слои соединять между собой связями из стеклопластиковой арматуры трубчатого сечения 0 1520 мм с шагом 600-800 мм. 5. Теплоизоляционный слой выполнять из органического утеплителя в виде прессованных соломенных блоков или рулонных лент с толщиной слоя 240-400 мм. 6. Укладку блоков производить в шахматном порядке с сопряжением между собой деревянными шпильками. 7. В углах здания предусмотреть пространственные деревянные рамы. 8. Перекрытия выполнять в виде дерево-плиты, состоящей из бревенчатых балок и железобетонной плиты. 9. Для защиты нижней части многослойной стены рекомендуется выполнять цоколь из торкретбетона на высоту 200-300 мм.

В пятой главе дана оценка энерго- и экономической эффективности МС. На основе разработанной конструкции малоэтажного сельского жилого дома проведены сравнения технико-экономических показателей новой конструкции многослойной стены с известными конструктивными решениями стен. При определении экономической эффективности предложенного решения стены был исследован опыт применения стен из прессованных соломенных блоков, оштукатуренных с двух сторон при строительстве жилых домов в селах Белоруссии.

Эффективность МС с внешними несущими слоями из торкрет-бетона и среднего слоя из органического утеплителя была подтверждена в сравнении с проектными решениями НАМИКС (рис. 9). Оценка технико-экономических показателей *) я > £

0.5 0,4 1 0,3

Р 0.2 0.1 о

0,4

0Д2

■ *

I::

1 -

РЬАЯТВАи

МС

Е 0,5

о

1,76

1*г Ж

щ 1

и

РЬАБТВАи Деревянные стены

а - диаграмма сравнительной трудоемкости в чл.дн.; б - диаграмма сравнительной стоимости 1 кв. м стены с стены здания МС с различными материалами Рис. 9. Сравнение технико-экономических характеристики 1 м2 МС

показала, что применение МС приведет к повышению энергоэффективности здания в течение года на 30 %, к снижению расходов топлива при отоплении здания в процессе эксплуатации на 20 %; к снижению трудоемкости на 21-38 % и стоимости в целом на 25-30 %.

Для возможности использования предложенного конструктивного решения был разработан эскизный проект одноэтажного жилого дома площадью 84м2 для его строительства ООО «Пугачёвжилстрой» в Поволжском регионе.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

На основе проведенных автором экспериментально-теоретических исследований были получены следующие результаты:

1. Выполнен анализ современного состояния конструктивных решений стен малоэтажных зданий различного назначения, используемых в зарубежной и отечественной практике строительства. Выявлено экономически обоснованное использование местных материалов в виде прессованных блоков, которые выполняют как несущую и теплоизоляционные функции в бескаркасных домах (Канада, США), так и теплоизоляционную функцию в каркасных (Украина, Белоруссия). Определено приоритетное направление совершенствования конструкций стен с применением местных ежегодновозобновляемых материалов в виде прессованных соломенных блоков, которые особенно распространены для средней полосы России. Обоснована актуальность цели диссертационного исследования и сформулированы основные задачи.

2. Разработана новая многослойная конструкция стены малоэтажных зданий, которая состоит из пяти слоев: двух несущих из армированного торкрет-бетона и расположенных внутри них двух контактных слоев соломобетона и слоя органического утеплителя в виде прессованных соломенных блоков. Несущие слои между собой соединены поперечными связями из стеклопластиковых элементов. Применение несущих слоев из торкрет-бетона повысило несущую способность и пожаро-безопасность; привело к образованию двух контактных слоев, которые обеспечивают более плавное изменение жесткости слоев стены, а также выполняют роль па-роизоляции. Получен патент РФ на данное конструктивное решение многослойной стены и способ ее возведения.

3. Сформулирован принцип формообразования новой конструкции многослойной стены, на основе которого доказана возможность возведения таких стен с применением местных экологически чистых строительных материалов в виде прессованных соломенных блоков. Разработаны модификации новой конструкции многослойной стены, учитывающие этажность и функциональное назначение здания.

Проведена оценка эксплуатационных качеств новой многослойной конструкции стены с учетом экспериментальных данных для возможности ее использования при строительстве жилых малоэтажных зданий. Определены ее долговечность (III класс) и пожаробезопасность (степень огнестойкости II), а также показатели теплоустойчивости.

4. Разработаны узлы сопряжения многослойной стены с основными элементами здания. Для обеспечения пространственной жесткости несущего остова в углах здания предложено использовать близкие к органическому утеплителю по структуре сборные пространственные деревянные рамы из брусков. Предложено использовать деревобетонное перекрытие, обладающее необходимой несущей способностью, а также являющееся преградой распространению огня за счет железобетонной плиты из торкрет-бетона.

6. Впервые проведены экспериментальные исследования по конструктивному моделированию и определению действительной работы новой конструкции многослойной стены на натурных фрагментах, размеры которых соответствуют габаритам прессованных соломенных блоков. При конструктивном моделировании

натурных фрагментов стены были обоснованы как принцип формообразования новой конструкции стены, так и образование двух контактных слоев из соломобетона. Получены достоверные данные по несущей способности стены, физико-механическим характеристикам ее слоев, исследована их совместная работа в конструкции. Кроме того, определена степень огнестойкости стены (II класс). Определены рациональные величины толщины несущих слоев из торкрет-бетона новой конструкции для зданий различной этажности (1 и 5 этажей).

7. Разработан алгоритм инженерного расчета многослойной стены с учетом ее конструктивных особенностей. Достоверность алгоритма подтверждена сравнением результатов численных экспериментов по предложенному алгоритму, аналитическому решению на основе операционного исчисления дифференциального уравнения, программному комплексу Лира 9.6 и СНиП 52-01-2003. Сравнение результатов расчетов по предложенному алгоритму и аналитическим решениям, а также в ПК Лира 9.6 показало хорошую сходимость (3-30 %). При этом сравнение результатов расчета по предложенному алгоритму и СНиП 52-01-2003 показало значительные расхождения, что характерно для многослойных стен с тонкостенными несущими слоями. На основе разработанного алгоритма создана программа расчета при помощи объектно-ориентированного языка С# для многослойных стен. Получено свидетельство РФ на программу для ЭВМ.

7. Разработаны практические рекомендации по применению и проектированию многослойной стены в составе малоэтажных зданий. Рекомендации содержат порядок возведения малоэтажных домов с применением многослойной стены, требования к материалам, алгоритм оценки несущей способности многослойной стены.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Емельянова Т.А. Тенденции развития и перспективы применения метода торкретирования / А.П. Денисова, Т.А. Емельянова // Промышленное и гражданское строительство. - 2007. - №12. - С. 48-49. Лично автором выполнено 1 с.

2. Емельянова Т.А. Новый «старый» торкрет-бетон / А.П. Денисова, Т.А. Емельянова // Промышленное и гражданское строительство. - 2009. - №9. -С. 55-57. Лично автором выполнено 1,5 с.

3. Емельянова Т.А. Алгоритм расчета конструкции многослойной стены малоэтажных зданий / А.П. Денисова, Т.А. Емельянова// Научно-технический вестник Поволжья. - Казань, 2011. -№6. - С. 156-160. Лично автором выполнено 3 с.

4. Емельянова Т.А. Исследование новой биопозитивной конструкции стены // Эффективные строительные конструкции: теория и практика: сб. ст. IX международной науч.-техн. конференции. - Пенза, 2009. - С. 20 - 23.

5. Емельянова Т.А. Новая конструкция стены малоэтажных зданий сельского типа / А.П. Денисова, Т.А. Емельянова // Строительство - формирование среды жизнедеятельности: сборник статей XIII международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов. Москва -2010. - С. 69-71. Лично автором выполнено 2 с.

6. Емельянова Т.А. Опыт применения торкрет-бетона / А.П. Денисова, Т.А. Емельянова// Мир строительства и недвижимости. — Санкт-Петербург, 2011. - №3 9. -С. 14-15. Лично автором выполнено 1 с.

7. Емельянова Т.А. Малоэтажный жилой дом для сельских районов Поволжья / А.П. Денисова, Т.А. Емельянова // Математические методы в технике и технологиях ММТТ-24: сборник трудов XIV международной научной конференции. Т. 8. - Саратов, 2011. - С. 27- 29. Лично автором выполнено 1,5 с

8. Емельянова Т.А. Малоэтажный жилой дом для молодых специалистов на селе// Молодые ученые за инновации: создавая будущее: сборник материалов международного Интернет-фестиваля — Саратов, 2011. — С. 73-77.

9. Емельянова Т.А. Малоэтажные жилые дома из местных строительных материалов / А.П. Денисова, Т.А. Емельянова// Мир строительства и недвижимости. -Санкт-Петербург, 2011. - №41. - С. 34-35. Лично автором выполнено 1,5 с.

10. Пат. 98441 БИ № 29, 2010. Многослойный строительный элемент. Денисова А.П., Емельянова Т.А. Лично автором выполнено 1,5 с.

11. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012611926. 20.02.2012. Оценка НДС многослойной стены малоэтажных зданий. Емельянова Т.А., Денисова А.П., Фролов Д.А.

Подписано в печать 23.04.2012 Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №147

Отпечатано: отдел оперативной полиграфии Воронежского государственного архитектурно-строительного университета 394006 г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84

61 12-5/2568

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет»

имени Гагарина Ю.А.

Кафедра промышленное и гражданское строительство

На правах рукописи

Емельянова Татьяна Александровна

НОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ МНОГОСЛОЙНОЙ СТЕНЫ ДЛЯ МАЛОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ И ЕЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ

ОБОСНОВАНИЕ

05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор Денисова А.П.

Саратов - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Список сокращении.............................................................

Введение......................................................................................................................................................^

1 Современное состояние развития малоэтажного

................13

строительства.........................................................

1.1 Особенности малоэтажного строительства на селе..............................................13

1.2 Развитие конструктивных решений стен малоэтажных зданий

в средней полосе Поволжья......................................................................................................14

1.3 Современные конструктивные решения стен малоэтажного зданий 20

Выводы..........................................................................................................................................................^

О

2 Новая конструкция многослойной стены....................................

2.1 Разработка новой конструкции многослойной стены......................................26

2.2 Формообразование новой конструкции многослойной стены....................32

2.3 Оценка свойств биопозитивной стены 36 в условиях эксплуатации малоэтажных зданий...........................

2.3 1 Оценка температурно-влажностного режима МС........................................36

2.3 2 Пожарная безопасность МС................................................................................................40

2.3 3 Исследование долговечности МС....................................................................................42

47

Выводы............................................................................

3 Экспериментальные исследования новой конструкции 49 многослойной стены малоэтажных зданий........................................

3.1 Методика проведения экспериментального исследования........................49

3.2 Конструктивное моделирование формообразования 50

многослойной стены............................................................

3.3 Определение несущей способности МНС....................................................................56

3.3 1 Определение прочностных характеристик 56

слоев многослойной стены здания..........................................

3.3 2 Определение характера сцепления между слоями......................................62

3.3 3Определение прочности и трещиностойкости МНС....................................64

3.4 Определение теплопроводности слоев многослойной стены......... 70

3.5 Определение огнестойкости новой конструкции стены................. 73

77

Выводы............................................................................

4 Теоретическое обоснование применения новой конструкции 80 многослойной стены малоэтажных зданий....................................

4.1 Анализ существующих методик расчета многослойных пластин..........80

4.2 Построение расчетной схемы МС................................................................................................................85

4.3 Алгоритм расчета внешней стены МС................................................................................88

4.4 Сравнение результатов численных экспериментов..........................................94

4.5 Расчет новой конструкции многослойной стены 99 с использованием программного комплекса Лира 9.6........................

4.6 Частные случаи расчета новой конструкции многослойной стены..........103

4.7 Рекомендации по применению и проектированию стен

с многослойной конструкцией для малоэтажных зданий

104

различного назначения........................................................................................................................1

Выводы по 4 главе..........................................................................................................................1

5 Технико-экономическая эффективность применения 107 биопозитивной стены в стенах малоэтажных зданий......................

5.1 Оценка энергоэффективности МС......................................................................................107

5.2 Экономическая эффективность МС.......................................... 111

117

Выводы по 5 главе...............................................................

119

Основные выводы......................................................................

1 ??

Список использованных источников........................................ 1

Приложение А. Теоретическое обоснование долговечности МС 139

Приложение Б. Рекомендации по применению и проектированию 146

стен малоэтажных зданий с многослойной конструкцией БПС........

Приложение В. Акты внедрения............................................. 163

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

МС - новая конструкция многослойной стены; МНС - многослойна несущая стена; МСК - многослойная стена с каркасом; БПС - биопозитивная стена; ОКС - первичная модификация МС;

11 - толщина внешнего несущего слоя БПС из торкрет-бетона;

Хг - толщина контактного слоя БПС;

ц _ толщина теплоизоляционного слоя БПС;

Ьэо - высота экспериментального образца БПС;

Щк- прочность торкрет-бетона, определена экспериментально;

Е1 - модуль упругости несущих слоев торкрет-бетона;

Е2 - модуль упругости контактных слоев;

Е3 - модуль упругости теплоизоляционного слоя;

\ - коэффициент теплопроводности;

Т - долговечности ограждающей конструкции;

Хъ - гибкость стены;

X, - параметр, при расчете сдвиговых усилий; с^ -поперечная сила; N -продольная сила; Ь - шаг несущего элемента перекрытия; 1Х - момент инерции составного сечения; 1В - момент инерции несущего слоя;

f- прогиб;

_ прогиб от действия продольной силы; ад - прогиб от действия поперечной силы; { - угол поворота; М - изгибающий момент;

0| - поперечная сила;

Нэт - расчетная высота стены;

№ост кр - критическая сила для составного сечения балки;

N3 - сила Эйлера;

Ер - модуль упругости связей МС;

1! - шаг связей;

с - расстояние между центрами тяжести сечений несущих слоев МС; К; - коэффициент запаса устойчивости; а - коэффициент составности сечения;

Р -показатель эффективности технико-экономического решения.

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы значительно возросла динамика развития сектора малоэтажного строительства, применяемого в основном в сельской местности.

Сегодня внутренняя политика государства направлена на возрождение, и развитие села, модернизация которого должна проходить в соответствии с приоритетными направлениями, такими как энергосбережение, экономия и экология строительства, помощь молодым семьям и специалистам, переселенцам (рисунок 1). В настоящее время на селе начал развиваться малый бизнес, для которого необходимо наличие малоэтажных зданий вспомогательного назначения. Современные малоэтажные здания строятся с использованием многослойных конструкций со средним слоем из волокнистых и плитных утеплителей. Для производства таких конструкций необходимо создание индустриальных баз со специальными технологическими процессами, формирование которых для сельской местности является нецелесообразным. Основополагающим критерием строительства малоэтажных зданий на селе всегда было и будет наличие местных строительных материалов.

В связи с возрастающей ролью развития новых экономически выгодных технологий, отвечающих современным требованиям энергосбережения и экологии, целью данной работы является анализ и определение рациональной строительной конструкции для строительства малоэтажных сельских зданий с использованием

местных материалов.

При разработке новой многослойной конструкции стены необходимо обеспечить наибольшую экономическую и энергетическую эффективность технических решений малоэтажных зданий; рациональное использование материальных, трудовых и финансовых ресурсов; перспективы внедрения прогрессивных технических решений в строительство жилья, отвечающих требованиям строительных норм и правил, способствующих дальнейшему развитию индустриализации строительного производства; требуемую степень долговечности зданий, огнестойкости и их эксплуатационных параметров; рациональный методологический подход к выбору строительно-конструктивных систем и оценке технико-экономических показателей проектов. Важным фактором является сокращение сроков строительства.

Мо.иммс СОМЫ!

Материнский капитал Жилье социального найма

)К0.10ГПЧН0С!Ь

"Одно из наиболее

перспективных направлений -это применение широко распространённых .у нас биоресурсов. "Д.А. Медведев.

Тру юные ресурсы

Перечинит»!

"Нашим приоритетом была и останется поддержка людей, оказавшихся в трудной ситуации.. "Д.А. Медведев.

Мо.ю.пле епепиа.ию м

"В пашей стране всегда было много талантливых, открытых

к прогрессу и способных создавать новое людей. Именно на них и держится инновационный мир и надо сделать всё, чтобы такие специалисты быт. заинтересованы работать в своей стране... " ДА. Медведев.

> час то молодых

14'МОИ

Рисунок 1

- Актуальность нового диссертационного исследования

Работа содержит анализ существующих конструктивных решений стен малоэтажных сельских зданий средней полосы Поволжья; описание новой многослойной конструкции стены здания и ее экспериментальные исследования на натурных фрагментах; положения по рациональной области их применения; расчет новой многослойной стены по предложенному алгоритму; оценку свойств новой конструкции стены в условиях эксплуатации; конкретные технико-экономические показатели проекта малоэтажного жилого дома с новой конструкцией многослойной

стены, как несущей системы.

Результаты работы предназначены для технико-экономической оценки и выбора рациональных строительных систем складов, гаражей и жилых зданий малой этажности, для конкретных условий строительства, для обоснований вариантов развития строительства жилья, его производственной базы.

Работа рассчитана на использование в проектных и строительных организациях, субъектами федерации, инвесторами и коммерческими фирмами, а также в других организациях, занимающихся вопросами строительства малоэтажных зданий различного назначения.

Актуальность работы. В нашей стране сельская местность представляет собой среду, мало приспособленную для трудовой деятельности и комфортного быта. С учетом приоритетного направления развития села, необходимо строительство малоэтажных зданий различного назначения (гаражи, склады для техники), в том числе и жилых зданий. Учитывая необходимость ресурсо- и энергосбережения наиболее перспективными типами зданий в сельской местности и пригородных районах являются одно- и двухэтажные здания различного назначения на основе эффективных легких конструкций и местных строительных материалов.

Объемы малоэтажного строительства к 2015-2020 гг. должны составить 6570% от общего объема возводимого жилья. В кризисных условиях объекты малоэтажного строительства более ликвидны, чем многоэтажные дома.

Актуальность диссертационной работы определяется следующими факторами: сокращением сроков строительства малоэтажных зданий; необходимостью снижения стоимости применяемых строительных материалов и стоимости 1 кв.м;

улучшением эксплуатационных качеств здания, повышением огнестойкости, надежности и долговечности строительных конструкций с использованием местных материалов; применительно к жилым зданиям повышение современных требований теплозащитных свойств в наружных несущих конструкциях; необходимостью дальнейшего совершенствования конструктивных решений малоэтажного строительства с применением прогрессивных методов строительства.

Целью диссертационной работы является разработка новой конструкции стены сельских малоэтажных зданий различного назначения на основе использования местных материалов, отвечающих современным требованиям экологии, экономики и технологии возведения.

Основные задачи работы:

- выбрать слои многослойной стены малоэтажных зданий с применением местных материалов и обосновать их расположение в составе конструкции;

- сформулировать принцип формообразования многослойной стены;

- разработать узлы сопряжения многослойной стены с основными несущими элементами здания;

- провести экспериментальные исследования работы новой многослойной

конструкции стены;

- разработать алгоритм инженерного расчета новой многослойной конструкции стены;

- разработать практические рекомендации по применению и проектированию

многослойной стены в составе малоэтажных зданий.

Объект исследований - новая конструкция многослойной стены малоэтажных зданий.

Теоретической и методологической основой исследований являются разработки отечественных и зарубежных ученых в области создания и совершенствования рациональных несущих конструкций малоэтажных зданий для строительства в сельских и пригородных районах и методов их расчета. Для решения задач, поставленных в диссертационной работе, использовались стандартные и нестандартные методики, позволяющие оценить работу новой многослойной конструкции

стены с учетом экономической и конструкционной безопасности на основе принципа формообразования.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

обосновано применение торкрет-бетона в качестве несущих слоев новой конструкции многослойной стены;

проведено формообразование многослойной стены с учетом расположения слоев и образования контактного слоя, обосновано его функциональное назначение; сформулирован принцип формообразования многослойной стены;

предложено применение сборных пространственных рам из деревянных брусков в местах сопряжения многослойной стены с основными элементами несущего остова здания для обеспечения его жесткости;

впервые экспериментально на натурных фрагментах определены механические характеристики слоев многослойной стены и ее несущая способность и пожаробе-зопасность;

предложена расчетная схема многослойной стены и разработан алгоритм инженерного расчета;

разработаны практические рекомендации по применению и проектированию многослойной стены в составе малоэтажных зданий.

Достоверность полученных результатов обеспечена применением в исследованиях научно-обоснованных методик, использованием аттестованного лабораторного оборудования, статистических методов обработки полученных результатов, сопоставимостью полученных результатов с ранее выполненными исследованиями других авторов и нормативными данными, а также необходимыми испытаниями и их положительным практическим эффектом.

Практическая значимость работы заключается в совершенствовании конструктивных решений многослойных стен на основе экспериментально-теоретических исследований: использовании местных органических материалов, повышении энергоэффективности, снижении материалоемкости и трудоемкости изготовления, разработке алгоритма расчета и рекомендаций по возведению. Результаты исследований явились основой для разработки проекта мансардного дома

в г. Пугачев Саратовской области. Отдельные положения диссертации использованы в курсовом и дипломном проектировании на кафедре «Промышленное и гражданское строительство» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научных конференциях: международных - г. Пенза - Пензенская государственная архитектурно-строительная академия, 2008-2010 гг.; г. Москва - Московский государственный строительный университет, 2010 г.; всероссийских - г. Москва ООО «Европейский Технический Институт», г. Миасс XXVIII Российская школа по проблемам науки и технологий, 2008; региональных г. Саратов - Саратовский государственный технический университет, 2008-2009 гг.; г. Балаково - Балаковский институт техники, технологии и управления (филиал) ФГБОУ ВПО СГТУ, 2007-2010 гг. В 2011 г. автор работы - участник программы У.М.Н.И.К (Саратов - СГТУ, Пенза -ПГТА). Представление проекта на международном интернет-фестивале «Молодые ученые за инновации: создавая будущее» (2 место).

Личный вклад. Разработка новой конструкции многослойной стены для малоэтажных зданий с применением местных материалов. Разработка узлов сопряжения новой конструкции многослойной стены с основными элементами здания. Проведение экспериментальных исследований новой многослойной конструкции стены. Разработка алгоритма инженерного расчета новой многослойной конструкции стены и программы на языке программирования С#. Разработка практических рекомендаций по применению и проектированию многослойной стены в составе малоэтажных зданий. Разработка проектного предложения для строительства одноэтажного жилого дома площадью 84 кв.м для участия ООО «Пугачёвжилст-рой» в Федеральной целевой программе «Свой дом».

Реализация и внедрение результатов работы:

Результаты теоретических и экспериментальных исследований приняты к практической реализации в рамках участия в Федеральной целевой программе «Свой дом» ООО «Пугачёвжилстрой» в составе проектно-технических мероприя-