7152

На правах рукописи

СысоевАндрейВладимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ МОНОЛИТНОГО ДОМОСТРОЕНИЯ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ОПАЛУБОЧНЫХ РАБОТ

05.23.08 - Технология и организация строительства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2006

РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В НИЖЕГОРОДСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНОМ УНИВЕРСИТЕТЕ

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент

ПлотниковНиколайМихайлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Ким Борис Григорьевич,

кандидат технических наук, доцент

Огай Климент Александрович

Ведущая организация

Муниципальное предприятие Институт развития города «НижегородгражданНИИпроект»

Защита состоится «27» апреля 2006г. в 14— часов на заседании диссертационного совета Д 212.162.03 при Нижегородском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65, корпус 5, аудитория 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета.

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Снижение себестоимости строительства и сокращение сроков инвестици-

онных циклов являются важными задачами современной строительной индустрии России. Решение данных задач может быть осуществлено за счет применения современных технологий, в частности технологии монолитного строительства. Благодаря очевидности экономических преимуществ монолитного строительства, например, таким как более экономное потребление сырья и энергоресурсов, отмечен значительный рост темпов возведения жилых и общественных зданий данным методом.

Применение методов и средств комплексной механизации и автоматизации технологии монолитного домостроения позволяет добиться снижения трудоёмкости производства работ, повышения качества возводимых объектов, улучшения условий труда и повышения его производительности, что, в свою очередь, ведет к снижению общей себестоимости строительства. Предпосылками возможности успешной автоматизации монолитного домостроения является появление современных высокомеханизированных опалубочных систем, которые представляют собой ведущее звено комплексного технологического процесса, обеспечивая его регулярность и непрерывность.

Одним из наиболее трудоемких технологических процессов в монолитном строительстве являются опалубочные работы, а именно: установка, выверка, разборка опалубки и её перемещение на следующий ярус бетонирования. Данные процессы сопровождаются множеством ручных сложных и трудоемких операций, в связи с чем актуальны разработки технологий возведения монолитных зданий в автоматизированных опалубочных комплексах, монтируемых на нулевом уровне бетонирования и автоматически перемещаемых на последующий уровень бетонирования в собранном состоянии без применения дополнительных внешних средств. Ожидаемый практический результат от внедрения

4

технологии возведения здания в автоматизированных опалубочных комплексах выражается в значительном сокращении затрат труда, уменьшении сроков и улучшении качества монолитного домостроения, снижении его себестоимости.

Цель диссертационной работы Целью работы являются совершенствование и повышение эффективности

монолитного строительства путём разработки методов и средств механизации и автоматизации опалубочных работ при возведения здания в подъемнопереставной опалубке с опиранием на сооружение.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи исследования:

-провести сравнительный анализ известных опалубочных систем, методов и средств их механизации и автоматизации;

-разработать методику оценки степени технологической гибкости опалубочных систем для разработки оптимальной структуры подъемно-переставной опалубки с опиранием на сооружение (ППО);

-разработать оптимальную структуру ППО в соответствии с методикой оценки степени технологической гибкости опалубочных систем;

-разработать методы и средства совершенствования опалубочных работ при возведении здания в ППО, исходя из особенностей её конструкции;

-разработать методы автоматизации ППО;

-разработать алгоритм управления автоматизированной технологией опалубочных работ при возведении здания в ППО;

-разработать рекомендации для проектирования и эксплуатации ППО, исходя из результатов математического моделирования;

-экспериментально обосновать возможность применения методов и средств автоматизации опалубочных работ при возведении здания в ППО.

Методы исследований:

-многокритериальный анализ существующих опалубочных систем;

-математическое моделирование и численный эксперимент;

5

-лабораторный эксперимент;

-статистические методы обработки полученных результатов и установление сходимости теоретических и экспериментальных данных;

-технико-экономический анализ и оценка эффективности технологических решений.

Теоретической основой исследования стали труды Булгакова А.Г., Езерского А.Н., Коваля В.В., Мацкевича А.Ф., Топчия В.Д., Усенко В.М. и других известных учёных в области совершенствования опалубочных работ.

Научная новизна работы:

-разработана методика оценки степени технологической гибкости (универсальности) опалубочных систем;

-разработаны методы и средства совершенствования опалубочных работ при возведении здания в ППО, а именно: структура автоматизированного технологического модуля по устройству перекрытий; автоматизированная технология возведения перекрытий монолитного здания с использованием технологического модуля по устройству перекрытий; методы автоматизированного контроля проектного положения формообразующих элементов;

-разработаны методы и средства автоматизации опалубочных работ при возведении здания в ППО и алгоритм автоматизированной технологии опалубочных работ;

-разработана математическая модель процесса подъема ППО.

Новизна решений подтверждена патентом РФ № 2250323.

На защиту выносятся следующие результаты научных исследований и разработок:

-методика определения степени технологической гибкости опалубочной системы;

-теоретические положения по методам и средствам совершенствования опалубочных работ при возведении здания в ППО;

6

-алгоритм функционирования автоматизированной ППО;

-математическая модель процесса подъема автоматизированной ППО. Практическая значимость работы заключается в совершенство-

вании технологии монолитного строительства путём создания методов и средств автоматизации процесса опалубочных работ, которые позволяют снизить трудоёмкость производства опалубочных работ, повысить качество строительства, улучшить условия труда.

В 2003-2004 гг. работа выполнялась в рамках госбюджетной программы Министерства образования РФ на проведение научных исследований по тематическому плану НИР Нижегородского государственного архитектурностроительного университета (шифр 1.3.02) и Гранта Минобразования РФ по фундаментальным исследованиям в области технических наук (шифр ТО 2- 12.4-578).

Апробация работы Материалы диссертационной работы докладывались, обсуждались и были

одобрены на научно-технических конференциях, научно-практических семинарах, сессиях молодых учёных: на 9-й и 10-й Нижегородских сессиях молодых ученых «Теоретические науки» (г. Дзержинск); НТК «Архитектура и строительство» (ННГАСУ, Н.Новгород, 2004г.); на МНПК «Актуальные проблемы строительного и дорожного комплексов» (МарГТУ, Йошкар-Ола, 2004г.); на III МНПК «Динамика научных достижений 2004г.» (Днепропетровск, Украина, 2004г.); на IV ВНПК «Инновации в машиностроении» (ПГАСУ, Пенза, 2004г.); на III ВНПК «Эффективные строительные конструкции: теория и практика» (ПГАСУ, Пенза, 2004г.); на IV МНТК «Итоги строительной науки» (ВлГУ, Владимир, 2005г.).

Публикации По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ и по-

лучен патент РФ.

Структура и объём работы

7

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов, библиографического списка и 3 приложений. Общий объём работы составляет 167 страниц, в том числе 69 иллюстраций в виде схем, графиков и фотографий, 13 таблиц, библиографический список, включающий 143 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая характеристика работы: обоснованы актуальность, объект и предмет исследования, сформулированы цель и задачи, решаемые в диссертации. Охарактеризованы научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе выполнен многокритериальный анализ существующих механизированных опалубочных систем, обобщены научные основы и производственный опыт применения различных автоматизированных технологий в монолитном домостроении.

Большой вклад в разработку и совершенствование опалубочных систем и в автоматизацию монолитного домостроения внесли ученые: Баранов Д.С., Бемис О.И., Булгаков А.Г., Гершберг Л.Б., Дмитриев Ю.В., Дюрдин Р.Л., Езерский А.Н., Зенич А.Д., Карамзин В.Е., Каулинш П.Г., Коваль В.В., Крюков Р.В., Линартс П.П., Линьков И.М., Мацкевич А.Ф., Митник Г.С., Михайлов В.Г., Монфред Ю.Б., Пешковский О.И., Прыкин Б.В., Рачевский Д.М., Руденко И.Ф., Совалов И.Г., Стефанов Б.В., Топчий В.Д., Усенко В.М., Фоломеев А.А., Форостян Ю.Н., Цыганков И.И., Щипилевский БА., Юрина Т.В., Якобсон Я.М. и другие.

На основании выполненного сравнительного анализа методов возведения монолитных зданий с помощью механизированных опалубочных систем установлено, что наиболее рациональным при возведении высотных зданий является использование ППО в сочетании с автоматизированными системами управления.

8

Во второй главе разработана методика оценки степени технологической гибкости (универсальности) опалубочных систем, позволяющая оценить эффективность использования опалубочной системы при возведении серии зданий. В ходе анализа таких факторов, как оборачиваемость опалубки, уровень унификации, ремонтопригодность, уровень возможной модернизации опалубочной системы, трудоемкость опалубочных работ, трудоемкость работ по устранению недостатков возводимой конструкции и т. д., были определены следующие параметры технологической гибкости опалубочных систем:

- частота использования формообразующих блоков, характеризует, насколько часто используется один и тот же формообразующий блок при строительстве зданий с различными объемно-планировочными решениями, что, в свою очередь, определяется уровнем унификации опалубочной системы, оборачиваемостью и ремонтопригодностью формообразующего блока, данный параметр определяется коэффициентом частоты использования формообразующихблоковКф;

- технологическая адаптация заключается в возможности снижения трудоемкости работ как за счет особенностей конструкции опалубочной системы, так и за счет возможности реализации нескольких типов альтернативных технологий для каждого технологического процесса, в зависимости от особенностей возводимого объекта и определяется коэффициентом технологической адаптации КТ.

Коэффициенты КФ и КТ определяются согласно выражениям (1-6).

где ni - среднее количество формообразующих блоков, необходимых для возведения эталонной площади стен этажа i - го здания;

m - количество возведенных зданий за контрольный период эксплуатации

9

опалубочной системы;

nо б щ — общее количество формообразующих блоков, необходимое для возведения всех зданий за контрольный период эксплуатации опалубочной системы;

пHh - общее количество формообразующих блоков, вышедших из строя за контрольный период эксплуатации опалубочной системы;

Kph -коэффициент ремонтопригодности , который определяется как отношение стоимости ремонта формообразующего блока к общей его стоимости;

Кпл - коэффициент изменения площади, учитывающий закупку дополнительных формообразующих блоков при строительстве очередного здания с большей площадью, чем предыдущие.

где Sобщ - общая площадь стен этажей зданий, возведенных за контрольный период эксплуатации опалубочной системы;

Sэтал — эталонная площадь, принимаемая в зависимости от разности площадей стен этажей возведенных зданий.

бочных работ.

10

где Ту- трудоемкость/ -го базового технологического процесса;

Ту — трудоемкость работ по устранению недостатков возводимой конструкции при /-ом базовом технологическом процессе и исключаемых при /-ом усовершенствованном технологическом процессе;

Aj - вероятность возникновения недостатков у возводимой конструкции при/ -ом базовом технологическом процессе;

Ту — трудоемкость усовершенствованного технологического процесса;

KBJ — коэффициент весомости, величина которого зависит от отношения объема работ /-го базового технологического процесса к общему объему опалубочных работ.

где КттРу - коэффициент технологической адаптации у-го процесса прочих работ при возведении монолитного здания, определяемый для каждого типа работ индивидуально;

КВПРу— коэффициент весомости прочих работ.

На основе методики оценки степени технологической гибкости разработана эффективная структура ППО (рис. 1). Адаптация к объемнопланировочному решению достигается за счет того, что ППО собирается из четырех стандартных типов формообразующих блоков: угловой, Т-образный, X- образный, линейный. На базе данных блоков могут быть собраны модули прямоугольной формы, геометрические размеры которых могут варьироваться в зависимости от количества в них линейных блоков. Благодаря различным комбинациям формообразующих блоков обеспечиваются достаточно разнообразные объемно-планировочные решения. Таким образом достигается увеличение значения коэффициента частоты использования формообразующих блоков Л"ф.

Одним из методов увеличения технологической адаптации ППО является совершенствование опалубочных работ путем снижения их трудоемкости. С учетом специфики ППО могут быть усовершенствованы такие процессы