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:
- – теоретические значения без ветра по теории;
- – теоретические значения с ветром по теории;
- – 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
Операции и параметры | Вариант N 1 – минимум стоимости | Вариант N 2 – минимум затрат труда | Вариант N 3 – повышенное качество | Вариант N 4 – повышенная безопасность |
Область применения - вид дома | индивидуальные, социальные | социальные | коммерческие | элитные |
Устройство несущей стены | монолитный бетон | сборный железобетон | монолитный железобетон | керамический кирпич |
Монтаж каркаса | сталь | сталь оцинкованная | сталь нержавеющая | сталь нержавеющая |
Закрепление утеплителя | 2 слойная минвата | 2 слойная минвата | 3 слойная минвата | 3 слойная минвата |
Навеска облицовочных элементов | виниловый сайдинг, кассеты | крупные фиброцементные, фасадные панели | керамогранитные плиты | гранитные плиты |
Крепеж каркаса | пластмасса, зонтичные дюбели | оцинкованная сталь, анкерные саморезы | нержавеющая сталь, анкерные саморезы | нержавеющая сталь, болты |
Звено, человек | 1-2 | 1-2 | 2-3 | 2-3 |
Трудоемкость монтажа, чел.- см. на 1 кв. м фасада (средние рассчитанные результаты) | 0,6 | 0,49 | 1,2 | 1,79 |
Стоимость, тыс.руб/кв.м | 2,15 | 3,02 | 3,12 | 3,85 |
Способы фиксации элементов утеплителя | клей | пластмасса, зонтичные кляммеры | сталь, зонтичные саморезы | сталь, болты |
Показатель технологичности | 0,665 | 0,654 | 0,652 | 0,650 |