Рациональные технологические решения устройства навесных вентилируемых фасадов в жилых домах

Разработаны теоретические модели и алгоритмы для обоснования рациональных режимов строительных процессов и операций при устройстве НВФ (рис. 1). Оптимальной теплоизоляцией предлагается считать минераловатные жесткие плиты из базальтового волокна. К оптимальным облицовкам можно отнести крупные кассеты, фиброцементные листы, сайдинг, керамогранит, к каркасу – оцинкованную и нержавеющую сталь, зонтичные саморезы и болты.

С учетом четырех наиболее важных потребительских критериев оптимальности - минимума затрат труда и машинного времени, минимума стоимости, повышенного качества и безопасности - разработаны четыре функционально-технологические модели рациональных технологических решений монтажа теплоизоляционных, каркасных и облицовочных элементов в системах НВФ (рис. 2-5). На их основе предложены структура и последовательность операций в технологии комплексного механизированного процесса монтажа элементов НВФ: КМПМ-НВФ (рис. 6).

Разработан алгоритм формирования оптимального варианта строительных процессов (рис. 7). Установлены новые и важные для повышения технологичности работ зависимости увеличения затрат труда от увеличения площади монтируемых элементов НВФ, их веса и других факторов влияния с критериями оптимальности минимума стоимости, трудоемкости и повышенного качества. Методом замеров на объектах определены важные новые зависимости трудозатрат от различных факторов влияния, снижения производительности труда при устройстве НВФ от влияния наиболее важных природно-климатических факторов – низких отрицательных температур и скорости ветра (рис. 8-10).

Рис.1. Теоретические основы разработки оптимального варианта строительных процессов и операций методом многокритериальной оптимизации при монтаже НВФ

Рис. 2. Функционально-технологическая модель устройства НВФ по варианту №1 «самый дешевый» по критерию оптимизации К1 – минимума стоимости (применяется при минимуме финансовых ресурсов)

Рис.3. Функционально-технологическая модель устройства НВФ по варианту №2 «социально ориентированный» по критерию оптимизации К2 – минимума затрат труда (применяется при строительстве своими силами)

Рис.4. Функционально-технологическая модель устройства НВФ по варианту №3 «повышенного качества» по критерию оптимизации К3 – повышенного качества (применяется при наличии финансирования и трудовых ресурсов)

Рис.5. Функционально-технологическая модель устройства НВФ по варианту № 4 по критерию оптимизации К4 «повышенной безопасности» (применяется при соответствующих финансовых и трудовых ресурсах)

Условные обозначения к рисункам:

Рис. 2.

1 – устройство несущей стены: монолитный бетон;

2 – нанесение клея;

3 – монтаж утеплителя: минераловатная плита марки «ТЕХНОВЕНТ ДВОЙНОЙ» 1х0,6м;

4 – закрепление пароветрозащитной пленки;

5 – монтаж горизонтальных стальных направляющих;

6 – зонтичные дюбели;

7 – монтаж вертикальных стальных направляющих;

8 – навеска облицовки: крупнопанельный виниловый сайдинг;

9 – оставление вентилируемой воздушной прослойки

Рис. 3.

1 – устройство несущей стены: объемный блок, крупная панель, железобетон;

2 – монтаж утеплителя: минераловатная плита марки «ТЕХНОВЕНТ ДВОЙНОЙ» 1х0,6м;

3, 4 – нанесенные на заводе-изготовителе пароветрозащитные пленки;

5, 8 – анкерные дюбели, сталь;

6 – оставление вентилируемой воздушной прослойки;

7 – монтаж горизонтальных стальных направляющих;
9 – монтаж вертикальных стальных направляющих;

10 – навеска облицовки: крупные композитные панели;

11 – автоматические защелки

Рис. 4.

1 – устройство несущей стены: монолитный железобетон, кирпич;

2, 3 – монтаж 2 слоев минераловатной плиты с нахлестом;

4, 7 – закрепление пароветрозащитных мембран;

5,6 – закрепленные на заводе-изготовителе защитные пленки для транспортировки и монтажа;

8 – установка теплоизоляционных шайб-прокладок против «мостиков холода»;

9 – анкерные дюбели, сталь;

10 – оставление вентилируемой воздушной прослойки;

11, 12 – монтаж горизонтальных и вертикальных стальных нержавеющих направляющих;

13 – навеска облицовки: керамогранитные, алюмокомпозитные плиты

Рис. 5.

1 – кладка из кирпича керамического;

2 – сверление отверстий под болты;

3, 4 – монтаж 2 слоев минераловатной плиты с нахлестом;

5-8 – закрепление мембраны «Tyvek»;

9, 12 – установка сквозных болтов;

10, 13 – установка гаек;

11, 15 – монтаж горизонтальных и вертикальных направляющих, нержавеющая сталь;

14 – установка связей;

16 – оставление зазора;

17 – установка фигурных нащельников;

18 – навеска гранитных плит

Рис.6. Структура и последовательность операций в технологии комплексного механизированного процесса монтажа элементов НВФ: КМПМ-НВФ

В третьей главе выполнена оценка технологичности применения рациональных решений устройства НВФ жилых зданий. Для этого предложена методика оценки технологичности применения рациональных решений НВФ.

Установлено, что эффективность и технологичность НВФ проявляется не только при строительстве, но и при эксплуатации зданий по двум направлениям:

- за счет снижения затрат на отопление путем повышения надежности теплозащитных свойств утеплителя в течение всего расчетного срока службы в связи с вентиляцией воздушного зазора;

- за счет снижения трудозатрат и стоимости работ при замене облицовочных элементов в случае необходимости их ремонта.

Поэтому была разработана модель повышения эффективности и технологичности строительных процессов и операций при устройстве НВФ для жилых зданий (М), которую предлагается представить как системное множество рациональных конструктивно-технологических решений (РКТР), принимаемых не только на этапах возведения (Э КТР возв.), но и в процессах эксплуатации (Э КТР экспл.) и сноса (Э КТР снос.), стремящееся к максимуму:

М (Э ЖЦ ) : {Э КТР} max. (1)

Предложено оценивать такие основные технологические параметры устройства НВФ, как затраты труда и машинного времени, стоимость и продолжительность работ, интегральным суммированием системных затрат не только на стадиях подготовки и обеспечения (З подг.), проектирования (З пр.) и строительства (З стр.), но на всех остальных этапах жизненного цикла НВФ - содержания (З сод.), ремонта (З рем.), реконструкции (З рек.), демонтажа (З дем.) и утилизации (З утил.) с помощью следующей модели:

М (З ЖЦ ) : З КТР подг., пр., стр. + З КТР сод., рем., рек. + З КТР дем., утил. max. (2)

Была выполнена оценка технологичности применения разработанных усовершенствованных способов устройства НВФ с системным учетом следующих 5 видов технологичности на всех стадиях их жизненного цикла.

1.Технологичность изготовления элементов НВФ – характеристика подсистемы изготовления конструкций НВФ, отвечающая таким 9 критериям, как разнотипность, общее количество элементов, материалоемкость, трудоемкость, деформации и напряжения, механизация технологических процессов, точность геометрических форм, крупность элементов, сборка и готовность.

2.Транспортная технологичность – характеристика подсистемы транспортирования изделий НВФ, отвечающая таким 6 критериям, как разнотипность, разновесность, стоимость транспорта, укрупнение отправочных элементов, загрузка подвижного состава транспортного средства, механизация погрузки и разгрузки.

3.Технологичность монтажных работ - характеристика подсистемы монтажа конструкций НВФ, отвечающая таким 10 критериям, как трудозатраты, выполнение мокрых процессов, деформации и напряжения, механизация процессов, скорость выполнения работ, однородность ячеек здания, однородность участков захваток и ярусов, однородность конструктивных элементов, удобство сборки сварки, учет допусков.

4.Эксплуатационная технологичность – характеристика НВФ в подсистеме эксплуатации с учетом требований удобства обслуживания, затрат по эксплуатации, экономии энергоресурсов и автоматизации, трудоемкости и минимизации затрат на отопление.

5.Технологичность модернизации и реконструкции – характеристика подсистемы с учетом показателей: улучшение технических свойств жилого дома, дальнейшее повышение теплозащиты стен при принятии новых норм, замена устаревшей облицовки на новые виды, объемно-планировочные изменения, применение новых технологий, новых механизмов и оборудования так, чтобы здание удовлетворяло современным требованиям безопасности и комфорта проживания людей.

При этом под общей технологичностью устройства НВФ предлагается понимать степень простоты, доступности, быстроты и легкости реализации типовыми средствами механизации и небольшим звеном рабочих средней квалификации совокупности конструктивно-технологических решений возведения фасадов жилых домов, их эксплуатации, дальнейшей модернизации и реконструкции, отвечающих современным требованиям к качеству, безопасности и интенсивности выполнения строительных процессов и операций.

Рассчитанные значения интегральных критериев технологичности оказались равны 0,665, 0,654, 0,652 и 0,650 для 4-х вариантов технологий, что соответствует высокой степени простоты, экономичности и индустриальности выполняемых строительно-монтажных работ.

На этой основе далее был разработан и внедрен в ЗАО «СЗНК» в 2009 г. при строительстве жилых домов с НВФ в гг. Санкт-Петербурге и Рязани «Технологический регламент устройства навесных вентилируемых фасадов».

В четвертой главе проведено исследование технико-экономической эффективности применения рациональных решений устройства НВФ жилых зданий. Выполнен анализ вариантов технологий устройства НВФ по результатам экспериментального строительства. Стоимость монтажа составила 2,15 - 3,85 тыс. руб за 1 кв. м площади фасада, что с учетом периода эксплуатации и ремонта дешевле существующих сопоставимых традиционных методов устройства невентилируемых фасадов.

Полученные результаты позволили обосновать технологические процессы на устройство навесного вентилируемого фасада по наиболее востребованным и весомым критериям оптимальности - минимума трудоемкости и стоимости работ (рис. 11,12).

Выполнен сравнительный анализ конструктивно-технологических операций 4-х усовершенствованных способов устройства НВФ (табл.1).

В табл.2 и3 приведены предлагаемые контролируемые технологические параметры и рассчитанные потребные ресурсы для выполнения разработанных выше рациональных технологических решений НВФ.

Рис.7. Алгоритм разработки оптимального варианта строительных процессов и операций на монтаж НВФ методом пошаговой многокритериальной оптимизации

Рис. 8. Сравнительный анализ зависимостей увеличения фактических затрат труда от

площади фасада по 4 основным вариантам технологии устройства НВФ:

1 – с минимальной стоимостью;

2 – с минимальными затратами труда;

3 – с повышенным качеством;

4 – с повышенной безопасностью

Рис. 9. Сравнительный анализ моделей и зависимостей увеличения фактических (1) и теоретических (2) затрат труда от фактора влияния - площади НВФ в жилом доме при использовании технологии с навеской мелких облицовочных панелей

(керамогранита, гранита и др.)

Рис. 10. Зависимости снижения производительности труда при устройстве НВФ от влияния наиболее важных природно-климатических факторов – низких отрицательных температур и скорости ветра по теории и практике:

1. – теоретические значения без ветра по теории;
2. – теоретические значения с ветром по теории;
3. – фактические значения (по результатам эксперимента) без ветра;

4 – фактические значения (по результатам эксперимента) с ветром

Рис. 11.Схема разбивки фасада на вертикальные захватки при устройстве рационального решения НВФ с минимумом затрат в многоэтажном доме

Условные обозначения:

- направление производства работ

- вертикальные захватки для 1-го и 2-го звеньев монтажников, работающих на первом фасадном подъемнике

- вертикальные захватки для 3-го и 4-го звеньев монтажников, работающих на втором фасадном подъемнике

- часть здания, на котором монтаж вентилируемого фасада завершен

Облицовочные панели: П1 – 1000х900, П2 – 1000х700, П3 – 1000х750, П4 – 750х500, У1 – 1000х200

Таблица 1

Сравнительный анализ конструктивно-технологических операций 4-х

усовершенствованных способов устройства НВФ