RU / KZ

Главное об этой технологии

Показатели и параметры технологии SCIP: конструкция сэндвич-панели, несущие способности, назначение и отличия от других систем, расход материалов и др.

12 Октября 2021

Время чтения: 15-19 минут

Поделиться

Если вы не знакомы с домостроительной технологией SCIP, начните тут. Здесь мы говорим главное об этой строительной системе, приводим её показатели и параметры, объясняем назначение и отличие от других стройсистем, показываем конструкцию сэндвич-панели, показываем несущие способности, расход материалов и др.

  • Объясните, что такое технология SCIP?

SCIP (Structural Concrete Insulated Panels, Эс-Си-Ай-Пи) — это индустриальная универсальная модульная система строительства сборными железобетонными сэндвич-панелями с утеплителем «бетон-утеплитель-бетон». Бетонирование панелей осуществляется на месте строительства (cast-in-place, prefabricated) или в условиях цеха ЖБИ (modular precast).

Высочайшей прочности и устойчивости конструкционный элемент, термоизоляция толщиной 40-350 мм (EPS, MW, SPUR и др.), и штукатурка в одном продукте одновременно. Строительство по SCIP — отличный вариант для тех, кто ищет выгодную комплексную строительную конструкцию.

В системе есть все необходимые функции для строительства с максимальной эффективностью 1-этажного или высотного здания любого типа конструкции и любого назначения.

Подтверждённые в ведущих лабораториях и академических учреждениях мира характеристики и возможности конструктивной системы SCIP, обеспечивают стандарты надежности и безопасности, требуемые высшими уровнями строительной индустрии. Пожалуйста, полистайте сайт и убедитесь.

Вариант недорогой внутренней несущей ж/б сэндвич-панели SCIP

Быстрее в строительстве, с меньшим объемом материалов, расходы на строительство и эксплуатацию зданий ниже, ниже воздействие на окружающую среду и т.д. и т.п. — все преимущества SCIP здесь.

И хотя это инженерное решение было упомянуто в самых популярных журналах строительной индустрии, и почти не имеет недостатков, мы знаем, что в ближайшие годы эта перспективная система вряд ли станет технологической основой строительства массового жилья в России. В причинах и обстоятельствах тут.

И тем не менее, эта система — ключ к рынкам, отличный инструмент успеха отдельного девелопера в своём регионе с любым продуктом: Premium, Standart или Economy, где она просто подарок менее привилегированным социальным слоям, поскольку по доступной цене даёт более высокий стандарт качества жилья.

Отопление и кондиционирование обходятся всё дороже. Чтобы сократить зависимость от закупок энергии до минимума, каждая наружная оболочка отапливаемого здания должна иметь массивный слой теплоизоляции (250-350 мм). Популярные блочно-перегородочные системы строительства не являются решением, они затратны, негерметичны и не имеют термальной массы.

Отопление «дырявых» домов должно уйти в прошлое. Нам предстоит модернизировать гражданское строительство в СНГ. Будущее за технологиями энергосберегающими и SCIP, одна из немногих доступных систем строительства с максимальной экономичностью домостроительных продуктов XXI века — монолитных энерго-пассивных домов (passive house), домов «нулевой энергией» и «энергией плюс».

Читатель, будьте осторожны. Продолжая чтение вы рискуете страстно увлечься технологией, как это случилось с нами (2009) и нашими коллегами. Действительно хотите узнать о SCIP больше?

Эта уникальная система строительства была изобретена в 1964 году (США), совершенствовалась на протяжении многих лет, и до сих пор остается одним из, если не самым эффективным способом строительства. В России с 1993 года, но распространения не получила, в СНГ была и остается явлением малоизученным, непонятным и диковинным. Однако эпоха дешевой энергии подошла к концу, те кто примет перемены и возьмёт дело в руки, извлечёт из этого пользу.

Мастерите с детства? Бизнес на строительстве домов может дать не только доход и свободу, но и ни с чем не сравнимое чувство удовольствия. Но для неопытных девелоперов инновация SCIP определённый риск, поэтому при покупке оборудования для производства железобетонных сэндвич-панелей SCIP, мы передаём пошаговые чек-листы, спецификации, оказываем консультационную помощь в маркетинге и операционном управлении. Да, это надёжная, практичная система строительства, но команда должна точно и ясно понимать как её использовать, включая процессы проектировки, строительства, рекламы и продаж услуг девелопера или готовых объектов. Рассмотрим технологию поближе.

Железобетонный ортотропный сэндвич представляет собой два слоя бетона разделенных плитой пенопласта или другого жесткого теплоизолятора. Бетонные панели SCIP строятся без опалубочных форм — в качестве несъемной опалубки используется сама панель.

Соединённые в конструкцию «на месте» или в заводских условиях, они покрываются торкретбетоном или цементно-песчаным раствором, превращаясь в единую монолитную железобетонную конструкцию высокой несущей способности. В результате получают стену сочетающую прочность стали, теплоизоляции полистирола и долговечности бетона, которые вместе работают единым целым (композитная конструкция).

Технология применяется для всех типов архитектурных проектов, в качестве наружных или внутренних стен. Бесшовно-герметичная конструкция максимально эффективно использует энергию отопления/кондиционирования и относится к тем самым, углеродно-нейтральным технологиям зелёного строительства. Время, качество, безопасность, устойчивость и стоимость — вот главные преимущества SCIP.

Технология представляет собой систему с высокой степенью заводской готовности, относится к Промышленным строительным системам (Industrialised Building System, IBS). Согласно классификации IBS CIDB принадлежит к классу Панельные и коробчатые системы (Panel and Box Systems), виду Несъемная бетонная опалубка (Permanent Concrete Formworks). Компоненты системы предварительно собираются в промышленном цехе, а затем на месте строительства с минимальным монтажом собираются в составную окончательную конструкцию. Здания построенные этим методом, строятся в более короткий срок, имеют дополнительные преимущества по прочности, целостности, долговечности, теплового комфорта в помещении и экономии рабочей силы [ 1 ].

Благодаря нашим техническим решениям (SCIP SOTA, 12 патентов), по цене оборудования, производство сэндвич-панелей для строительства по этой системе доступно для малых и средних предприятий, предварительная сборка панели может осуществляться на месте строительства.

Панелями можно пользоваться двумя способами. Без конструктивной функции — для наружной обшивки в комбинации с другими строительными системами. Такие самонесущие панели (несущие только свой вес), могут быть легко прикреплены к любому типу структурного каркаса, включая конструкционную сталь, железобетон, предварительно спроектированный металл и сборный железобетон; между шагом плит и колонн нет тепловых мостов.

С конструктивной функцией — в качестве основного опорного конструкционного элемента — стен подверженных сдвигу, несущих стен, подпорных стен и внутренних перегородок. В этом случае панели выполняют несущие функции, то есть работают как конструкция здания, принимая нагрузки и равномерно распределяя их по фундаменту, придавая устойчивость всему зданию. Панели можно использовать и в качестве колон, балок, покрытий и перекрытий.

В случае конструктивной функции, в здании не используются дополнительные опорные элементы, а плиты перекрытия, кровля, лестничные марши и другие элементы опираются непосредственно на стены, которые и несут ответственность за поддержание всех нагрузок и передачу их на фундамент. Без балок или колонн панели используются в США, Италии, Мексике, Латинской Америке и других — до 4-х этажей [ 2 ], В Бразилии до 2-х, в России, Украине и др. странах СНГ до 3-х этажей.

Панели, не имеющие конструктивной функции, выполняют только функцию изоляции и герметизации, и должны удовлетворять только эксплуатационным требованиям, предписанным для них стандартом ограждающей конструкции. В зданиях имеющие первичные конструкции — состоящие из балок и колонн — стены и плиты SCIP ограничений по высоте не имеют. В качестве альтернативы закрытия стен зданий, ряд систем предлагают двухпанельный вариант: между двумя панелями сохраняют пространство, туда помещается дополнительная арматура и всё заливается бетоном, получается 5-ти слойная несущая сэндвич-панель.

Панели могут иметь различную готовность: precast или prefabricated, то есть стальной каркас с утеплителем может быть изготовлен как в производственных условиях, так и на строительной площадке в контролируемой среде (precast concrete). В этом виде панель используется в виде несъемной опалубки для укладки конструкционного бетона (обычно торкретированием), тяжелая техника для подъема и перевозки в этом случае не нужна.

Если панели бетонируются в цеховых условиях, для их транспортировки на место строительства требуется тяжелая техника: панелевоз и кран для монтажа — это уже полноценное крупнопанельное строительство (prefabricated building).

За 57 летний срок использования, технология строительства SCIP была многократно протестирована множеством университетских институтов на разные действующие строительные нормы США, Бразилии, Германии, Италии, Испании, Англии и др. И везде результат один и тот же — SCIP либо соответствует, либо их превосходит. Подробнее см. тут. Относительно традиционных в СНГ строительных материалов, это новая технология жилого/индустриального строительства/реконструкции зданий/сооружений. Обычно используется для строительства жилых домов средней этажности, подробнее о том что можно строить по этой системе см. тут.

Сборные железобетонные сэндвич-панели SCIP сочетают в себе чрезвычайную гибкость в архитектурном проектировании, и самые высокие стандарты в области энергоэффективности и устойчивого строительства. И при этом система экономически эффективна, экономит материалы и рабочую силу, даёт более высокое качество изготовления зданий при высокой скорости строительства.

Панели могут иметь очень высокий уровень теплоизоляции (EPS до 350 мм), необходимый для строительства современных теплонакопительных высоко-энергоэффективных зданий. Их собственный вес при этом небольшой. Панели создают более лёгкую конструкцию, она легче чем монолитная, благодаря чему здание имеет меньшее притяжение сейсмических сил (см. тут).

Поскольку сборные конструкционные элементы лёгкие, их проще транспортировать, с ними проще обращаться на строительной площадке, тяжелая техника не нужна. Всё это даёт хорошую рентабельность и открывает широкие перспективы для Предпринимательства.

  • Под какими названиями эта технология известна в мире? Научные определения?

В США эту технологию обычно называют «изоляционные панели из пенополистирола с армирующей сеткой с обеих сторон» (EPS foam insulation panels with reinfocing mesh on both sides). В академических кругах встречаются различные определения, наиболее часто можно встретить следующие:

SCIP (Structural Concrete Insulated Panels) — Конструкционные бетонные панели с утеплителем,
CSIP (Composite Structural Insulated Panels) — Композитные структурные панели с теплоизолятором (панели использующие в связующих и несущих элементах конструкции более одного материала называют «композитными»),
ICSP (Insulated Cementatious Sandwich Panel) — Цементная сэндвич-панель с утеплителем,
ISCP (Insulated Sandwich Concrete Panel) — Конструкционные бетонные панели с утеплителем,
SIPCSSP (Structural Insulated Precast Concrete Super Sandwich Panels) — суперизолированная сборная железобетонная конструкционная сэндвич-панель (когда утеплитель от 250 мм),
CIP-SIP (Cast in Place Structural Insulated Panels) — Бетонируемые на месте конструктивные панели с утеплителем,
ICSWP (Insulated Concrete Sandwich Wall Panels) — Стеновые бетонные сэндвич-панели с утеплителем,
PCSP (Precast Concrete Sandwich Panels) — Сборные железобетонные сэндвич-панели,
PLCSP (Precast Lightweight Concrete Sandwich Panel) — Сборные сэндвич-панели из бетона лёгкого веса,
SCCS (Steel-Concrete Composite Systems) — Железобетонные композитные системы,
RCSP (Reinforced Concrete Sandwich Panels) — Железобетонная сэндвич-панель,
PCF (Permanent Concrete Formworks) — Несъемная бетонная опалубка.

Но всё же это всё общие формулировки, на наш взгляд более точными будут:

CPCSIP (Concrete-Polystyrenes-Concrete Structural-Insulated Panels) — «Бетон-пенополистирол-бетон» конструкционная панель с утеплителем,
SICSP (Sprayed In-situ Concrete Sandwich Panels) — Торкретируемые на месте бетонные сэндвич-панели,
SeSyCoWa (Structural Systems composed of Cast-in-Situ Concrete Walls) — Конструкционная система состоящая из стен бетонируемых на месте,
CSW-POL (Cast in-situ Sandwich with Polystyrene core) — Бетонируемый на месте сэндвич с сердечником из полистирола,
SSP (Shotcrete Sandwich Panels) — Торкретбетонные сэндвич-панели,
PSSPHPC (Precast Structural Sandwich Panels made of HPC (highperformance concrete) — Сборные конструкционные сэндвич-панели из высокопроизводительного бетона,
PMPRPP (Prefabricated Modular Pre-Reinforced Polystyrene Panels) — Сборные модульные предварительно армированные панели из пенополистирола,
PTSWMP (Prefabricated Three-dimensional Steel Wire Mesh Panels) — Сборные панели с пространственным каркасом и сварной сеткой из стали,
Wyred EPS Panels — Проволочные пенополистирольные панели,
WTRCP (Wall Three-layer Reinforced Concrete Panels) — Стеновые трехслойные железобетонные панели,
EPS Sandwich Panel System — Сэндвич-панель с утеплителем из пенополистирола,
Wire Mesh Panel — Панель из проволочной сетки,
Three-dimensional Panels — Панели с пространственным каркасом,
S3DPS (Sandwich 3D Panel System) — Система 3D сэндвич-панелей,
3DPCSP (3D Precast Concrete Sandwich Panels) — 3D сборные железобетонные сэндвич-панели,
3D Wirepanel — 3D проволочная панель,
3D Wall Panels — 3D стеновые панели,
3D EPS Wired Mesh Panel — Пенополистирольная 3D панель со сварной сеткой,
3D Concrete Panels — Бетонная 3D панель,
Styromesh 3D Panel.

Технология встречается и под общим именем категории, без учёта её уникальных отличий от собратьев по классу:

CSP (Cementitious Sandwich Panel) — Цементная сэндвич-панель,
SIP (Structural Insulated Panels) — Конструктивные панели с утеплителем (СИПы бывают не только с OSB),
BWP (Bearing Wall Panels) — Несущая стеновая панель,
SWP (Wall Panels) — Стеновая сэндвич-панель,
PSP (Precast Sandwich Panels) — Сборные сэндвич-панели,
PRC (Prefabricated Reinforced Concret) — Сборный железобетон,
QRBP (Quake Resistant Building Panels) — Сейсмоустойчивые строительные панели),
SRCW (Squat Reinforced Concrete Walls) — «Самопальные» железобетонные стены,
CEPS (Concrete Expanded Polystyrene) — Бетон с пенополистиролом,
EPS Core Panel System — Система панелей с сердечником из пенополистирола,
TIPS (Total Integrated Panel System) — Полностью интегрированная система панелей.

Также, её нередко называют именами популярных производителей панели: Панель EVG, EPS 3D (Австрия); M2, Emmedue (Италия, 30 стран); Tridipanel (Tri-D Systems) (США), Zenon Panel (Турция), Panel W (США, Мексика), Covintec (Испания), Superpanel (Мексика), Hormi2 (Эквадор), Concrehause (Аргентина), технология Русская стена (Австрия-Россия), Schnell Panel (Concrewall) (Италия, 150 стран), панель СОТА (SCIP SOTA) (Украина, Россия, Казахстан, Турция и др.) и т.д.

  • Расскажите о конструкции этой ж/б сэндвич-панели и процессе строительства.

Трехслойная железобетонная ортотропная сэндвич-панель, которая используется в виде несъемной опалубки для укладки конструкционного бетона (обычно торкретбетон). Панель — базовый модульный элемент универсальной строительной системы SCIP, она используется для изготовления любых конструктивных элементов, таких как стены, плиты перекрытия, кровля, балки, фасады, навесы и т. д.

До нанесения бетона, сэндвич-панель представляет собой 2 электросварные стальные сетки Ø 2,4-4 мм, соединенные между собой вертикальными арматурными фермами типа Уоррена (Warren) (конструкция с параллельными поясами и равносторонней треугольной решёткой); или дискретными стяжками с различным углом соединения по отношению к сетке. Термоакустический изолятор проходит между армированием, внутри пространственного арматурного каркаса, который называют «three dimensional truss system steel welded» или «truss-like pattern». Все точки его контакта с сеткой должны соединяться электросваркой, скобами или вязальной проволокой, в зависимости от конфигурации и назначения панели.

В подавляющем большинстве случаев им служит пенополистирол (EPS или XPS) плотностью 12-50 кг/м³. Возможно использование других утеплителей: жесткая полиуретановая пена, MW, ICB и др. Главным условием выбора утеплителя, кроме теплотехнических характеристик, является плотность, которой должно быть достаточно для нанесения торкретбетона или бетонной смеси. После бетонирования, утеплитель оказывается зажатым между двумя слоями бетона.

Железобетонная трехслойная сэндвич-панель SCIP SOTA-2

Армированная бетонная несущая сэндвич-панель SCIP SOTA-2 с эффективным утеплителем EPS толщиной 250 мм в разрезе. От других SCIP её отличает элемент «рамочная трасса» с W-образной трассой, благодаря которой открываются интересные возможности как в производстве панели, так и в характеристиках готового здания. Открыть изображение в новом окне

«Каждый производитель SCIP», — объясняют знаменитые в США проектировщики Johnson Leifield Structural Engineers (Калифорния), — «имеет свою собственную конфигурацию панелей. Поэтому их толщина, размеры проволочной арматуры, толщина бетона/штукатурки отличаются. В результате, вертикально и горизонтально установленные панели будут иметь различные несущие и другие способности, в соответствии с составом компонентов панели».

Следовательно, рассмотрим то общее, что есть у всех SCIP-панелей, а так же то, что их отличает друг от друга. Обсудим каждый компонент этой сэндвич-панели отдельно.

Сетка. Как вы уже знаете, конструкция панели представляет собой лист пенополистирола (EPS, XPS) или другого утеплителя (MW, ICB и др.), по обеим сторонам которого расположена электросварная сетка из высокопрочной стали, которая может быть различного типа и диаметра в зависимости от потребности проектировщика. Выбор характеристик сетки зависит от рабочих или биоклиматических условий, к которым она должна подходить для применения, и гарантировать стабильность и целостность конструкции в течение долгого времени; а так же особенностей соединителей.

Проволока может быть обычного типа — низкоуглеродистая холоднотянутая стальная ВР-1 с рифлением (для улучшения сцепления с бетоном), оцинкованная, горячеоцинкованная или нержавеющая. В популярных SCIP системах её минимальная фактическая прочность (fy) 415 МПа (чаще более 600 МПа), предел текучести (fyk) более 600 МПа и предел разрыва (ftk) 680-880 МПа (согласно ASTM A1064/A1064M-18a).

Диаметр проволоки сетки Ø 2,03-4 мм, Alef (2017) сообщает и о бóльшей толщине, до 10,0 мм. Ячейка в сетке обычно Ø 2,5 / 50 мм или 65 мм, но в зависимости от конструкции или назначения панели используются 80 мм х 75 мм, 50 мм х 100 мм, 50 мм х 150 мм, 150 мм х 150 мм и др. Встречаются варианты, когда продольная проволока в сетке Ø 3,5 мм, а поперечная Ø 2,5 мм, всё зависит от желаемых характеристик панели.

Сетка может находиться на различном удалении от утеплителя, обычне не ближе 10 мм к краю, её положение зависит от конструктивных особенностей панели. После нанесения бетона сетка служит в качестве арматуры. Наличие металлических сеток, согласно Novais и др. (2015), сводит к минимуму образование трещин вызванных тепловым или механическим движением.

Соединители. Сперва немного теории. Сэндвич-панели классифицируются по степени их составного действия — величине продольной поперечной силы, передаваемой между слоями. Полностью композитные стены имеют полную передачу сдвига (бетонные слои называют wythes (разгородки), они действуют как единое целое); в то время как некомпозитные стены имеют нулевую передачу сдвига (wythes действуют независимо). Панели с передачей сдвига между этими крайними точками являются частично композитными. По сравнению с некомпозитными панелями, полностью композитные панели имеют преимущество, поскольку они достигают расчетных нагрузок с меньшим количеством материала. [ 3 ]

Композитными конструкциями называют набор из 2-х или более материалов, образующих единую конструктивную единицу, которые объединены так, что их механические характеристики используются в максимальной степени, компенсируя недостатки каждого из них при независимой работе. Классическим примером в строительстве, является использование элементов из стали и бетона. Например, распространенные сегодня перекрытия с композитными балками, Американский институт стальных конструкций (AISC) впервые одобрил в 1952 г., они позволили уменьшить толщину плит и, следовательно, уменьшить их вес и увеличить свободную длину между опорами. Это стало возможно благодаря тому, что стальные балки в этой композитной конструкции, работают на сопротивление растягивающим напряжениям, а бетон противостоит сжимающим.

Чтобы гарантировать полностью композитное или полукомпозитное поведение сэндвич-панели, между прочными слоями должно быть эффективное соединение, либо выполненное самим сердечником или посредством соединителей и ребер жёсткости. Поэтому с каждой стороны, через утеплитель, сварным соединением наружная и внутренняя металлические сетки соединяются между собой поперечными соединителями (shear connectors, truss connectors) одинаковой прочности. Задача соединительных элементов заключается в том, чтобы выдерживать приложенную нагрузку и в той или иной форме передавать (поперечные силы, продольный сдвиг) нагрузку с одного бетонного слоя на другой. Благодаря этим стяжкам, пространственный стальной каркас обеспечивает необходимую прочность панели в плоскости, и вне плоскости.

«Стальные балки и бетонные плиты, соединенные в составной элемент, иногда могут выдерживать увеличение нагрузки от 33 до 50 процентов или больше, чем та, которую стальные балки могли выдержать при работе по отдельности», сообщает McCormac/Csernak (2012).

Соединители можно разделить на жесткие и гибкие. Согласно Bertine (2002), жесткие соединители используются когда нужно передать силы сдвига от одного слоя бетона к другому. Гибкие же соединители, предназначены для передачи нормальных сил между пластинами, и их вклад в сопротивление сдвигу незначителен. В некомпозитных панелях используются гибкие соединители, а в полукомпозитных и полностью композитных панелях используются жесткие соединители. Примерами гибких соединителей являются металлические, пластиковые или стекловолоконные штифты и деформируемые фермы.

Изучая прочность на сдвиг различных соединителей, Tomlinson и Fam (2015) классифицируют систему по трем направлениям, в зависимости от используемого типа соединителя: несоставные панели, частично композитные панели и композитные панели. Стальные соединители являются наиболее распространенными и полезными для системы, так как их теплопроводность низкая, они не влияют на теплоизоляцию панели. Пластиковые соединители штыревого типа, обеспечивают низкий уровень комбинированного действия [ 4 ].

Классические соединители в SCIP стальные, а сталь может быть проводником тепла. Но тепловые мосты через эти стальные соединители минимальны, поскольку диаметр проходящий сквозь слой теплоизолятора всего Ø 2-3 мм, потери оцениваются в 5-8%. Чтобы их устранить, предпринимаются попытки устранения этих потерь с сохранением конструктивной передачи сдвига между слоями бетона, с помощью полимеров армированных стекловолокном (GFRP), углеродным волокном (CFRP), базальтовым волокном (BFRP) и др. [ 5 ]

Однако разрушение полимеров на разрыв намного ниже предела прочности, что объясняется тем, что соединители FRP подвергаются воздействию силы сдвига, в то время как они обычно испытываются на силу растяжения. Кроме того, проскальзывание соединения, хрупкость и расслоение являются одними из проблем их использования, это было известно ещё со времён самых первых исследований сборных железобетонных сэндвич-панелей с различными разъемами [ 6 ]. Однако, хоть FRP и являются линейно-упругим материалом, пластичность соединителя работающего на сдвиг не требуется, потому что по мнению Ehab Hamed, панель в конечном счёте выйдет из строя из-за полного растрескивания и деформации стальной сетки до того, как произойдет податливость или разрыв работающего на сдвиг соединителя [ 7 ].

Сварные W-образные стальные соединители являются проверенным и наиболее эффективным соединением для передачи усилия сдвига. Исследовав изменения площади сдвига и подготовки поверхности 9 сборных железобетонных стен с соединителями из углепластика (CFRP), Пантелидис с коллегами выяснили, что разрушение композитного соединения из углепластика такое же, как и у стального соединения, но стальное выдерживает в 3 раза большую боковую нагрузку сдвига. Также было обнаружено, что длина проявления композитного действия панели с соединителем CFRP, в значительной степени зависит от геометрии и жесткости соединения. [ 8 ]

В зависимости от требуемой прочности, в процессе производства соединители могут получать разные размеры или различную толщину. Обычно выполняются из стальной арматурной проволоки Ø 2,3-3,67 мм (0,09–0,14 дюйма) Вр-I — низкоуглеродистой стали с пределом прочности на разрыв не менее 700 Н/мм² (выше ST52).

Многочисленные исследования [ 9 ] указывают на то, что 3 мм стальные соединители являются оптимальным вариантом. С практической точки зрения, стальной тип соединения почти безальтернативен для стартап-предприятий ведущих застройку до 10 тыс. м² в жилья в год, учитывая их ограниченность в ресурсах в заказе большой партии индивидуальных полимеров-сосединителей под требуемую толщину панели.

Пару слов о виде соединителей. Работающие на сдвиг соединители, могут иметь различную конфигурацию: дискретные ортогональные, т.е. иметь вид отдельных проволок, которые предусмотренны в заранее определенных местах; или быть непрерывными, сплошной W-образной трассой (ещё говорят, zig-zag), ориентированными в продольном (охватывающем) направлении (такая W-трасса используется в SCIP SОТА, в SOTA-2 она усилена рамкой). Использование наклонных соединителей придает панели бóльшую прочность на изгиб и жесткость.

«В ряде используемых сегодня систем SCIP, соединители не обеспечивают адекватной, достаточной или полной передачи сдвига. Например, системы сэндвич-панелей Schnell или Emmedue, имеют только параллельный компонент для вертикального сдвига. Однако перенос сдвига, который происходит по горизонтали, так называемый сопряженный сдвиг, который происходит одновременно с вертикальным сдвигом, в этой конструкции недоступен. Если не будет минимальной кривизны, тогда у нас будет горизонтальный компонент соединителя сдвига, передающий нагрузку. Однако к тому времени, когда сэндвич-панель достигнет требуемой кривизны, прогиб может нарушить предел прогиба, указанный строительным стандартом». [ 19 ]

Даже не смотря на то, что при использовании волнистого EPS, создающего так называемые микроколонны (в SCIP Emmedue и др.), Карбонари и др. (2012) обнаружили, что панели с соединителями под углом 90° демонстрируют высокую степень деформации и растрескивания даже при нормальной работе с нагрузкой. Поэтому вклад 90° соединителей в прочность системы на изгиб невелик. Эту особенность можно улучшить, если использовать соединители под углом 45°, эту особенность мы обсуждаем говоря о механическом сопротивлении панелей.

Теперь о количестве соединителей соединяющих внушнюю и внутреннюю сетку. Их плотность очень важна с экономической точки зрения, поскольку позволяет избежать перерасхода материала и потерь, так как бóльшая часть усилий передается сердечником, который будучи малоустойчивым, имеет большую площадь контакта, что способствует передаче сдвига бетонным слоям. Количество соединителей на квадратный метр в SCIP определяется на основе требуемой прочности на сдвиг, плотность электросварного соединения варьируется от 10 (SCIP SmartPanel) до 200 на м², чаще используются 40-50 шт на м². В популярных SCIP Schnell 30 соединителей, а в Emmedue 60 соединителей на м² (Ø 3 мм).

То есть мы видим, что так же как и с сеткой, параметры соединителей могут быть изменены в соответствии со значениями указанными в спецификациях архитектурно-строительных решений рабочего проекта. Подробнее о видах соединителей см. «Анализ эффективности и стоимости системы EPS» стр. 45-48 [ 10 ].

Изолятор. Подробно об используемых в SCIP изоляторах тут. В большинстве случаев используются плиты EPS. Они могут быть плоскими, гофрированными или ребристыми, в этом виде EPS улучшают механические характеристики системы за счёт увеличения сцепления со слоями покрытия.

Панельные секции. Пространственный каркас из сеток и утеплителя изготавливаются предварительно в заводских условиях (precast), либо прямо на строительной площадке, когда в регионе нет специализированного поставщика панелей, или когда стоимость их транспортировки высока. В этом случае процесс занимает больше времени, но не влияет на характеристики сэндвич-панелей. В обоих случаях панели удобно производить с помощью предлагаемого нами недорогого оборудования для производства панелей SCIP SOTA.

Панельные модульные секции могут иметь ширину 0,9-1,4 метра, переменную высоту равную межэтажной высоте здания (обычно 3 метра), и конечно разную толщину, которая зависит от выбора толщины утеплителя (от 30 до 350 мм). Можно производить панели с особыми размерами и характеристиками, которые адаптируются к вашему специфическому проекту. Например, легко изготовить SCIP высотой 6 метров и больше, здесь всё зависит от ограничений при их транспортировке. Размеры SCIP SOTA составляют 1,2 м х 3 м, если же нужна более высокая панель, её можно изготовить на строительной площадке путём соединения 2-х панелей в одну.

Дополнительное армирование. Панели устанавливаются на фундамент и прикрепляются к нему стержнями «гладкой» арматуры. Эта же «гладкая» арматура используется для усиления проёмов дверей и окон, они требуют армирующую раму, которая устанавливается по углам, где происходит концентрация напряжений. Это относится и к пересечениям с плитами перекрытий, и к разрезам для прохождения труб. Основная функция этих арматурных элементов — обеспечить бóльшее сопротивление местам, которые получают большие нагрузки, которые считаются критическими.

Монтаж панелей. Панели относительно лёгкие, с ними легко обращаются сборщики, использования большого оборудования для их перемещения не требуется. Монтаж панелей простой, работы могут быть облегчены за счёт нумерации панелей. Чтобы обеспечить непрерывность проволочной конструкции, все стыки панели с обеих сторон в одной плоскости соединяются между собой либо, путём размещения плоских соединительных сеток (таких же как в самой панели) закрывающих панельные стыки, либо W-образной трассой, как например рекомендует SCIP Panel W.

В ряде SCIP в панелях изначально выступают сетки с противоположных сторон (примерно на 50 мм), непрерывность обеспечивается за счёт их наложения перекрытием друг друга без необходимости в дополнительных соединительных элементах.

По всему периметру проемов используется U-образное армирование, таким образом предотвращая нанесение покрытия непосредственно на пенополистирол, при каждом контакте перпендикулярных стен применяется L-образное армирование. Цель использования всех этих усилений — сформировать единую конструкцию, соединяющую всю сборку и укрепляющую возможные критические точки конструкции. Эти усиления увязываются с сеткой панели с помощью ручного или электрического инструмента мягкой вязальной проволоки; или с помощью пневматического крепежного инструмента скобой или клипсой-зажимом.

Коммуникации прокладываются на внутренней стороне панелей, до нанесения бетонного покрытия. Если необходимо, часть сетки на одной стороне панели могут быть разрезаны для размещения коммуникации, затем все разрезы закрываются полосами сетки. Если диаметр трубы больше толщины панели, её размещают перед панелью, так как обе сетки разрезать нельзя. Сервисные короба помещаются внутри панели и подвязываются к сеткам, чтобы надежно удерживать их на месте во время нанесения покрытия.

Монтаж панелей требует внимания к ровности и отвесу. Чтобы их установить в проектное положение, используются временные регулируемые металлические, алюминиевые или деревянные штанговые опоры.

Бетон. Наружные поверхности SCIP-панели называют wythes (разгородки), они могут быть ненесущими (защитными, самонесущими), или несущими, выполняющими конструктивную функцию. В первом случае, разгородки выполняются на основе лёгкого бетона или цементно-песчаной штукатурки, в этом случае о SCIP говорят как о сверхлёгкой системе строительства.

Чтобы получить несущую железобетонную стену, на каждую сторону панели наносят торкретбетон или бетонную смесь (в Испании и Бразилии говорят микробетон или раствор, в США — designed mortar). Бетон выполняет двойную функцию: передаёт нагрузку и обеспечивает изоляцию конструкции.

Слой считается несущим, если он обеспечивает значительный вклад в устойчивость панели к нагрузкам. В полностью или частично композитных панелях, оба бетонных слоя являются конструктивными. Степень композитного, комбинированного действия бетонных слоёв зависит от типа соединителя [ 11 ].

Производители SCIP сами определяют толщину каждого слоя бетона для своей практики, в литературе встречается разброс от 1,5 до 5 см (Alef, 2017). Она складывается в зависимости от его конструктивного назначения, бетонного покрытия, крепления соединителей, процесса разравнивания бетонной смеси и финишной отделки. Чем тоньше слой бетона, тем больше панель подвержена короблению, особенно если работающие на сдвиг соединители, не обладают достаточной жесткостью для композитного действия панели.

И хотя СП 52-103-2007 «Железобетонные конструкции зданий» рекомендуют минимальную толщину конструктивного слоя бетонной несущей стены не менее 180 мм; а Architectural PCI 1989 50 мм (2 дюйма) в случае предварительного напряжения, и 76 мм (3 дюйма) без предварительного напряжения; — толщина в SCIP Emmedue составляет всего 30 мм, что достаточно для 6-ти этажного здания без дополнительного армирования (со слов Emmedue на выставке MosBild 2012). Также интересно, что толщина слоя бетона в несущей панели, популярной, но ныне не существующей SCIP Insteel 3D (Insteel Construction Systems, Inc. USA) — составляла всего лишь 19 мм (3/4 дюйма) [ 12 ].

Чаще всего, толщина бетона в 2 раза превышает расстояние между полистиролом и сеткой покрытия — каждый слой 35-50 мм и выше. Для обеспечения коррозионной стойкости, в нормальных условиях, стальная сетка должна быть покрыта не менее чем на 15 мм. В агрессивной среде (высокая атмосферная влажность, близость к морю или океану и др.), толщину бетонного покрытия увеличивают.

Верхний бетонный слой крыши или плиты перекрытий может быть нанесён вручную (заливка). Для стен и нижней стороны потолка напольных и кровельных панелей, бетон может наноситься либо пневматическим способом (торкретированием хоппер-ковшом или торкрет-установкой; или пневмонагнетателем — штукатурным оборудованием под давлением), либо вручную (нанесение вручную). Если бетон наносится техникой торкретирование (spritzbeton), то обычно это «мокрый торкретбетон», в редких случаях «сухой торкретбетон» в соответствии с «Руководством по торкрет-бетону» ACI 506 R-85 Американского института бетона.

В зависимости от класса использования, бетон может иметь номинальную прочность 16, 25 и 35 МПа (SCIP MZtec). Для несущих стен (конструктивная функция) проектный класс бетона по прочности обычно не ниже B20 (SCIP 3D EVG — B25), часто C25/30 по международному обозначению, что соответствует B30 (ближашая марка цемента М400). Бетонная смесь должна иметь размер заполнителя 5-10 мм (должна соответствовать ASTM C33; градация №1 в таблице 2.1 ACI 506R-90), однако, в ряде случаев, в целях экономии можно использовать заполнитель размером менее 5 мм (отсев), это рекомендует Министерство жилищного строительства и борьбы с городской бедностью Правительства Индии в Руководстве по SCIP (2017).

Бетонная смесь должна иметь минимальную осадку 51 мм. При кубических испытаниях на сжатие, она должна показать минимальную прочность обычно не менее 28 МПа в течение 28 дней. В литературе встречается разброс от 20 до 35 МПа, но есть и производители у которых требование ниже — у SCIP RCG 3D/EVG диапазон 17,2-28 МПа. Согласно классификации бетона по плотности Mindess и Young (1981), бетон применяемый в SCIP относится к нормальному весу — удельный вес бетона 2100-2550 кг/м³.

Есть попытки использовать в SCIP геополимерный бетон — в сравнении с обычным портландцементным, он требует меньшего количества воды и связующего для достижения сопоставимой удобоукладываемости и прочности на сжатие. Кроме того, отпадает необходимость в химических добавках для производства нормальных и сверхпрочных геополимерных бетонов [ 13 ]. Увеличение молярности щелочного раствора увеличивает прочность на сжатие SCIP [ 14 ]. Сообщается, что большинство характеристик армированных геополимерных бетонных элементов демонстрируют схожие, если не повышенные несущие способности в сравнении с соответствующими традиционными армированными бетонными элементами на основе цемента [ 15 ]. Оценивая возможность использования в SCIP геополимерного бетона на основе египетского метакаолина (снижает выбросы CO), исследователи пришли к выводу, что: образцы стен из геополимерного бетона дают на 31% бóльшую осевую прочность в сравнении с образцами из обычного бетона; средний коэффициент растрескивающей нагрузки составляет 44–48% от разрушающей нагрузки, то время как у обычных бетонных панелей первая трещина появляется при 63% разрушающей нагрузки; прогибы при первых трещинах в геополимеробетонных панелях на 66–76% меньше чем у обычных бетонных [ 16 ].

Предпринимаются попытки использовать в конструкции SCIP пенобетон, в этом случае панели отливаются в заводских условиях и содержат w-образную трассу с высокой плотностью на 1 м².

На стены бетонную смесь наносят в два этапа: первый слой наносится так, чтобы бетон покрывал сетку. Затем, после 30-40 минут необходимых для схватывания бетона, наносят второй слой уже до получения желаемой толщины слоя. Если используется цементно-песчаный раствор, временной отрезок между нанесениями слоёв увеличивается (согласно состава раствора).

Для получения правильной толщины слоя бетона используются штукатурные маяки. Поверхность по направляющим выравнивается вручную с помощью правила, металической или губчатой тёрки для затирки. Затем наносится желаемая отделка. По затвердеванию слоя приступают к другой стороне стены. Часто наружные стены покрываются бетоном до завершения монтажа инженерных коммуникаций.

Если панель используется в качестве плиты перекрытия, то перед нанесением бетона необходимо установить временные опоры для перекрытий с помощью крестообразных балок и распорок с рекомендованным расстоянием и промежутками. Необходимые арматурные стержни размещаются согласно конструктивному расчету. Вначале бетон получает нижний слой. Он заполняет пространство между пенополистиролом и сеткой, его нанесение продолжается до тех пор, пока не будет достигнута рекомендуемая толщина покрытия арматурных стержней или проволоки, которая составляет ≈1,5 см.

Нижнему слою дают необходимое время для затвердевания, а затем бетон заливается в верхний слой, заполняя пространство между пенополистиролом и сеткой, до тех пор, пока не будет достигнута рекомендуемая полная толщина покрытия 4-5 см над сеткой. Это можно сделать с помощью бетононасоса или просто заливая ёмкости заполненные бетоном. Верхняя поверхность выравнивается и сглаживается для достижения желаемого результата. Верхнему слою дается достаточно времени для затвердевания (по крайней мере 14 дней, если это бетон с нормальным схватыванием), после чего опалубку удаляют. Теперь покрытие наносится на ту часть нижнего слоя, которая ранее была перекрыта опалубкой, вся его поверхность выравнивается и сглаживается. Затем ему придают желаемую отделку с помощью правила, металической или губчатой терки для затирки.

Как в стенах, так и в плитах перекрытий, важно в первые дни поддерживать все поверхности бетона или песчаного раствора во влажном состоянии, чтобы получить ожидаемое сопротивление и избежать трещин. Это достигается путем нанесения средства для ухода за свежим бетоном, предотвращающего испарение воды с поверхности, или периодического смачивания застроенной поверхности.

Отделка. После монтажа и бетонирования облицовка не обязательна, панели требуют лишь незначительной отделки. Поверхность готовой стены SCIP представляет собой бетон, который подходит для нанесения любой отделки как внутри здания, так и снаружи. Можно легко нанести самые разные виды отделки: гладкие или фактурные цементные покрытия различной текстуры, краска и цветовые узоры, штукатурные покрытия, «короед», фактурные пасты, мозаичные покрытия, гальваническое покрытие мраморной крошкой, плитка или плиты декоративного камня, облицовка клинкером, дерево, вентилированные фасады и практически любой другой вид отделки. Кровля может быть отделана черепицей или любым другим традиционным материалом, или это может быть открытый бетон.

Работы по отделке начинаются сразу после схватывания второго слоя бетона. «Преимущество SCIP в том, что для нанесения отделки на стены вам не требуется штукатурка как для отделки кирпича или блоков, её можно укладывать непосредственно на торкретбетон», — поясняет инженер-строитель Lourdes Cristina D. Printes из LCP Engenharia & Construções (Бразилия).

В результате соединения сетки с соединителями, утеплителя и бетона, мы получаем один из самых прочных строительных материалов, которые вы только можете найти. Поведение этой стеновой конструкции с большой несущей способностью, частично или полностью композитно. То есть мы создали новый материал с характеристиками, отличными от характеристик отдельных компонентов и не являющимися простой их суперпозицией. Количество арматуры основания, обеспечиваемой проволочной сеткой при Ø2,5/50x50 мм, вместе с типичной общей толщиной двух бетонных слоев (при 40+40 мм) — даёт коэффициент армирования равный 0,00245 (без какого-либо дополнительного армирования).

Полученные монолитные бетонные стены имеют ячеистую структуру, которая выдерживает гравитационные нагрузки, стена при этом, чтобы противостоять боковым нагрузкам, действует как диафрагма жёсткости. Таким образом, эти ж/б сэндвич-панели используются для возведения несущих наружных или внутренних несущих стен, плит перекрытий, кровли любого типа, ненесущих стен, межкомнатных перегородок, заборов и других конструктивных элементов (подробнее тут). Если в панели ставим утеплитель толщиной 250 мм и выше, мы получаем категорию здания с ультранизким уровнем энергопотребления (low-energy, passive house).

Обратите внимание, что реализация системы проста, для неё не нужны сложные устройства или инструменты, только правильно обучение труду. Для этого сборщикам нужно просто следовать инструкциям по строительной системе.

  • Чем отличается строительная система SCIP от других строительных систем?

Сборный железобетон все чаще используются из-за спроса на недорогие и качественные дома. Но в то время как обычное монолитное железобетонная конструкция зависит от поддерживающих здание балок и колонн, SCIP не требует балок и колонн — панель является несущей и потребляет только 10% от всей стали, используемой в традиционном монолите. Меньше материалов, меньше использование человеческих ресурсов и более быстрый срок строительства означает ниже общие капитальные вложения и более быструю окупаемость инвестиций. По мнению магистра гражданского строительства Калифорнийский Университета С. Дадлани, главные преимущества домостроительной технологии SCIP заключаются в следующем:

⭐ Простая установка благодаря небольшому весу.
⭐ Устранение необходимости в тяжелом транспорте и строительном оборудовании.
⭐ Меньшие затраты на материалы и строительство, что делает её подходящей для строительства доступного жилья.
⭐ Превосходная тепло- и звукоизоляция.
⭐ Превосходная ударопрочность и огнестойкость.
⭐ Возможность использования переработанной стали и пеноматериалов.
⭐ Снижает выбросы углерода за счет минимального использования цемента. [ 17 ]

В Университете Сан-Франциско (Бразилия) основные преимущества SCIP видят так:

⭐ Сокращение времени выполнения.
⭐ Идеальная система строительства для домов, коммерческих зданий, школ, больниц, складов и др.
⭐ Легче до 50%; (Можно использовать самый дешевый и простой фундамент плитного типа).
⭐ Антисейсмическая стойкость.
⭐ Снижение затрат и экономия материалов.
⭐ Теплоизоляция и звукоизоляция.
⭐ Быстрый и простой монтаж.
⭐ Гибкость в проектах, можно выполнить самые разные формы.
⭐ Чистота на объекте, без потерь материала.

Знаменитые в США проектировщики Johnson Leifield Structural Engineers (Калифорния), обладатели всех мыслимых наград, в том числе Президентской, перечисляют такие достоинства SCIP:

⭐ 30% экономия затрат по сравнению с типичной кладкой из бетонных блоков.
⭐ Снижение затрат на 20% по сравнению с традиционными конструкциями из дерева/гипсокартона.
⭐ На 30% быстрее строить, чем большинством других традиционных строительных систем.
⭐ Эквивалентна заливному бетону при землетрясениях, цунами и устойчива к ураганам.
⭐ Обеспечивает теплоизоляцию до R40 для экономии на отоплении и охлаждении.
⭐ Отсутствие пищевой ценности и возможностей для гнездования термитов, вредителей и грызунов.
⭐ Естественно огнестойкая конструкция.
⭐ Естественно пуленепробиваемая конструкция.
⭐ Естественно экологичное строительство.

После изучения всех аспектов этой технологии, De Sá (2017) перечисляет такие её основные преимущества: [DE SÁ, M. K. R. G. Painéis monolíticos de EPS e sua aplicabilidade na construção civil. 2017. 59f. Monografia (graduação em Engenharia civil) – Faculdade Mauricio de Nassau – Boa Viagem, Recife, 2017]

⭐ Теплоакустическая изоляция.
⭐ Малая конструктивная масса.
⭐ Простота обращения с материалами и применения).
⭐ Высокая производительность за счет упрощенного исполнения.
⭐ Универсальность.
⭐ Долговечность за счет полной биологической инертности материала.
⭐ Высокая механическая прочность.
⭐ Низкое водопоглощение за счет малой пористости.
⭐ Устойчивость.
⭐ Минимальное образование мусора или его отсутствие.
⭐ Простота строительства дополнительных помещений.
⭐ Нет необходимости в доработке.

Требуется большое количество быстровозводимых и экономичных в эксплуатации домов? Сэкономьте деньги! SCIP — это рентабельно, экономично по времени и трудозатратам и, что самое важное, вы получаете комфортное, экологичное, действительно высокоэнергоэффективное здание многократно возвращающее ценность владельцам и жильцам в течение всего срока службы. Подробнее о преимуществах SCIP.

  • Расскажите о вариантах применения SCIP. Как можно использовать эту строительную систему?

Эта конструктивная система чрезвычайно универсальна и подходит для любого типа строительства: социального, жилого, промышленного или коммерческого назначения. Сэндвич-панели очень многофункциональны, чаще всего используются в качестве наружных несущих стен многоквартирных малоэтажных жилых, коммерческих и складских зданий.

Если панель выполняет конструктивную функцию, в здании не используются такие конструктивные элементы, как балки и колонны — стены являются единственным элементом, отвечающим за приём и передачу нагрузок от здания на фундамент. Поэтому эта строительная система широко используется в малоэтажном строительстве (в СНГ до 3-х этажей): индивидуальные дома, таунхаусы, дачные домики и др. В высотном строительстве, панель используется в качестве ограждающей конструкции (каркасное здание). В этом случае, она имеет множество достоинств, одним из которых является возможность заполнения больших вертикальных промежутков между опорами.

Сетка в панели может служить в качестве нижнего или верхнего армирования плит перекрытия. Этого усиления достаточно для пролетов примерно до 3,0 м. Можно устанавливать дополнительные арматурные стержни для пролетов, примерно до 5,0-6,0 м. Плиты с безопорными пролетами более 6,0 м должны быть оснащены ребрами, усиленными ферменными балками и дополнительными арматурными стержнями.

Стройте из панели межкомнатные перегородки, заборы, любую кровлю, купола, своды, арки, фронтоны крыши, эркеры, плиты перекрытия, плитные фундаменты, сборные лестничные марши и консольные площадки, балконы, козырьки, элементы фасадного орнамента, изогнутые формы, ригеля, встроенную мебель, полки, ниши и бесчисленные конструктивные и архитектурные элементы.

SCIP используется при возведении коммерческой недвижимости (производственные помещения, склады, ангары, магазины, торговые и фермерские комплексы, офисные помещения, гостиницы, АЗС, СТО, автомойки и др.), общественных зданий (школ, больниц, церквей, культурных центров и др.), при реконструкциях зданий (надстройка дополнительных этажей), а так же для строительства бассейнов, домов на воде, стен подвалов, бункеров, блиндажей и др. Панель можно использовать в качестве декоративного элемента на фасадах. Есть компании, которые строят из SCIP дома на воде.

Система подходит для реконструкции зданий/сооружений, её можно комбинировать с любой другой системой или строительным материалом, элементом или конструкционной системой здания, например, балками, колоннами, фермами, стенами и плитами из бетона, стали, дерева, кирпичной кладки и так далее. Связь между ними проектируется в зависимости от их конструктивных особенностей.

  • Каковы несущие способности железобетонной сэндвич-панели SCIP?

SCIP — самая прочная стройсистема из доступных на рынке. Подходит для покрытия больших площадей с большими пролетами без использования промежуточных опор. Основными её преимуществами являются жесткость и небольшая деформация составляющих элементов, а также малый вес конструкции в сравнении с традиционным железобетоном, что позволяет создавать очень лёгкие решения.

Механика распределения нагрузок в жб сэндвич-панели SCIP

Это становится возможным, в первую очередь благодаря стальному пространственному (tridimensional, отсюда имя одной из самых популярных в мире SCIP — Tridipanel) каркасу панели, образующего выделенные треугольные узлы из проволочных соединителей. Механизм сопротивления этой триангулированной конструкции, состоит из перераспределения внешних сил, которые передаются в осевом направлении через стержни соединителей, подвергая их либо растяжению, либо простому сжатию в зависимости от их положения в панели. На рис. механика распределения напряжений коротких прутков небольшого сечения когда они прямые, и когда собраны в форме треугольников [ 18 ].

«Идея сэндвич-панелей SCIP исходит из оптимизации распределения материала там, где есть потребность» — поясняет Эхсан Мирнатеги, доктор гражданского строительства, защитивший диссертацию в Университете Калифорнии в Ирвайне (США) по теме Оптимизация конструкции SCIP [ 19 ].

«Слои бетона можно сравнить с полками двутавровой балки (I-beam), поскольку они несут нагрузку изгибающих напряжений, которым подвергается балка, где один слой в сжатии, другой — в растяжении. Точно так же как и стенка двутавровой балки, работают на сдвиг соединители в сердечнике сэндвич-панели. Сердечник противостоит сдвиговым нагрузкам, увеличивает жесткость конструкции за счет разделения наружных бетонных оболочек, обеспечивает непрерывную поддержку фланцев или оболочек для получения панели с равномерной жесткостью.

Оптимизация конструкции SCIP на основе распределения напряжений

Бетон имеет значительную прочность на сжатие при сжатии, но у него очень низкая прочность на разрыв (≈10% от прочности на сжатие), поэтому он требует армирования на растяжение. В результате бетон, используемый на растянутой стороне от нейтральной оси, используется только для сдвига, и это слишком высокая цена. Поэтому, т.к. бетон имеет низкую прочность на сдвиг (√ из его прочности на сжатие), в целях уменьшения веса конструктивных элементов, для сдвига более эффективно использовать арматуру. В SCIP ей служат соединители сдвига, вместо тяжелого бетона работающие на сдвиг. На рис. философия оптимизации конструкции этих сэндвич-панелей на основе распределения напряжений». [ 19 ]

Отличные механические характеристики этих ж/б сэндвич-панелей были подтверждены испытаниями воздействием нагрузок различного типа, проведенными в ведущих исследовательских технологических центрах в разных странах мира. К примеру, исследования стены SCIP Panel W показало, что они выдерживают более 14 тонн осевой нагрузки на метр (9400 lb/ft), а плиты — более 500 кг на м² равномерно распределенной нагрузки (100 psf), что превышает требования строительных норм и правил.

Изучая предельные нагрузки SCIP-панелей, использовали уравнение Американского Института Бетона (ACI) и выражения предложенные различными исследователями для расчета прочности стен ЖБИ [ 1 ]. Исследователями был сделан вывод, что эти сэндвич-панели можно безопасно использовать для малоэтажного строительства, поскольку при осевых и эксцентрических нагрузках их предел прочности был как минимум в 4 раза выше чем требуется, чтобы выдерживать максимальные расчетные нагрузки типовых 5-этажек. Было установлено, что максимальная прочность SCIP-панели сопоставима с прочностью композитных панелей. Панели достигали высококомпозитного действия, а на последнем этапе действовали частично композиционно.

Так же было обнаружено, что предельная нагрузка уменьшалась с увеличением коэффициента гибкости. Было обнаружено, что прочность панелей регулируется либо разрушением материала в результате раздавливания, либо короблением. Изгиб может быть ниже чем сдавливание, если соединители, работающие на сдвиг, не обладают достаточной жесткостью, ведущей к преждевременному их выходу из строя. На прочность на изгиб значительно влияет коэффициент гибкости (slenderness ratio). Метод расчета сплошных стен (solid walls), рекомендованный уравнением ACI и выражениями предложенными другими исследователями, оказался очень консервативным по сравнению с результатами конечно-элементного анализа (FEA). [ 1 ]

Несущая способность стены или плиты, зависит от толщины готового элемента, качества бетона или смеси, типа армирования, её высоты или пролета. Так, прочность на осевое сжатие в SCIP, зависит от: а) прочности на сжатие бетона, б) соотношения сторон стеновой панели, в) параметров размещенной на обеих сторонах сварной сетки, г) количества и параметров соединителей сетки, д) и процента дополнительного армирования всей конструкции здания. Чтобы понять поведение этих сэндвич-панелей, Карбонари и др. [ 20 ] провели экспериментальную программу на небольших и тонких панелях. Несмотря на ограниченное количество испытаний, результаты показали, что прочность бетонной смеси на сжатие и толщина панели являются основными аспектами, которые влияют на максимальную нагрузку какую выдерживают панели. Такая нагрузка растёт с увеличением прочности на сжатие и с уменьшением толщины панели. Все эти наблюдения хорошо согласуются с результатами, полученными при аналитическом формулировании.

Стены металлического или деревянного каркаса, газобетонных блоков, кирпича и другие традиционные строительные системы не могут сравниться с прочностью SCIP. Например, исчерпывающая серия испытаний на сжатие, изгиб и сдвиг SCIP была проведена И. М. Демердаш в UCI Structural lab. Калифорнийского Университета [ 21 ]. Также, обратите внимание на исследование, опубликованное в Александрийском инженерном журнале в 2018 г.

Систему SCIP с волнистым EPS можно охарактеризовать как стену, состоящую из микроколонн. Кроме того, стены в любой SCIP не являются независимыми, напротив, они дополняют друг друга образуя целостную систему, которая распределяет нагрузки на бóльшие площади. Это обуславливает поведение конструкции как единого целого (коробки). Именно поэтому здания и сооружения выполненные по этой системе выдерживают самые сильные землетрясения планеты, подробнее см. тут.

Несущий вес, который выдерживает стандартная стена SCIP потрясает. Испытания SCIP Durapanel (на порт. «dura» — жесткость) показали, что стены выдерживают нагрузку до 600 кг/см². Испытания на сжатие под воздействием, выполненное на готовой одинарной панели SCIP Emmedue высотой 270 см показали, что максимальная нагрузка на разрушение панели составляет 156 т/м (≈ 1530 кН/м). Испытания самого распространённого в мире варианта этой сэндвич-панель EVG-3D в исполнении SCIP Tridipanel с сердечником из полистирола 63,5 мм (2,5 дюйма) с использованием проволоки 2.3 мм (Nr. 11 awg) и высотой 2,43 м (8 футов) показали более 35,38 тонн (78 000 фунтов) при вертикальной нагрузке на конструкцию (диаграмму полной нагрузки Tridipanel предоставляет по запросу).

Ещё пример. SCIP Concrehaus имеет сертификат сейсмостойкости во всех зонах сейсмического риска Аргентины (зоны от 0 до IV). Технология одобрена к применению Национальным институтом сейсмической профилактики (INPRES).

Мы так же испытали серии образцов своих вариантов SCIP SOTA в Центре НТТМ по архитектуре и строительству Академии строительства Украины (гослицензия АВ №190421) г. Одесса (ОГАСА). Ниже результаты испытаний на сжатие и на изгиб панели.

Испытание на сжатие. Образец имел габаритные размеры 1,2 м х 1,0 м и общую номинальную толщину 200 мм. В качестве среднего слоя использовался пенополистирол марки ПСБ С-15 толщиной 100 мм. Наружные слои панели — мелкозернистый бетон. Проектный класс бетона B20 (согласно ГОСТ 26633-91) средняя прочность бетона должна составлять 261,93 кг/см²). Сетка и соединительные элементы выполнены из арматурной проволоки Ø3 Вр-I. Нагрузка прикладывалась ступенями, величина ступени составляла 10 тс (≈100 kH), на каждой ступени делалась выдержка 10 мин.

В процессе испытаний разрушение образцов происходило вследствие смятия и полного раздробления бетона в различных частях железобетонных слоёв с оголением и выходом из своей плоскости арматурной сетки. Среднее значение общей нагрузки при разрушении составило N = 87 тс (≈870 kH). В предположении равномерного распределения напряжений по всей площади поперечного сечения 2-х железобетонных слоёв, величина нормальных напряжений в них при разрушении составила 72,5 кг/см² (среднее значение по серии испытанных образцов). Панели SCIP SOTA рекомендованы для возведения стен, требующих высокой несущей способности.

Графики зависимости деформаций от внешней нагрузки для серии испытанных образцов на сжатие (вверху), и зависимости взаимного смещения слоев и прогибов от внешней загрузки (внизу) SCIP SOTA

На рисунке приведены обобщенные графики зависимости деформаций от внешней нагрузки для серии испытанных образцов на сжатие (вверху), и зависимости взаимного смещения слоев и прогибов от внешней загрузки (внизу) SCIP SOTA. Открыть картинку в новом окне

Испытание на изгиб. Прочность на изгиб SCIP, зависит от степени композитного действия панели. Испытываемый нами образец, имел габаритные размеры 2.0 м × 0.92 м общей номинальной толщиной 200 мм. В качестве среднего слоя использовался пенополистирол марки ПСБ С-15 толщиной 100 мм. Сетка и соединительные элементы изготовлены из арматурной проволоки Ø3 Вр-I. Наружные слои панели — мелкозернистый бетон. Проектный класс бетона B20. Армирование верхней и нижней зон испытываемой плиты перекрытия было принято комбинированным — использовалась арматурная проволока Ø3 Вр-I и Ø4 Вр-I. Соединительные трассы, установленные с шагом 150 мм, выполнены из арматурной проволоки Ø4 Вр-I.

Для измерения взаимного горизонтального смещения железобетонных слоев панели друг относительно друга на их внешние грани были установлены индикаторы часового типа Т1 … Т8 (0.001 мм). При испытании также проводился контроль величины прогибов, измеренных в середине пролета плиты — приборы Т9, Т10 (0.01 мм). Нагрузка на опытный образец предавалась при помощи гидравлического домкрата через распределительную металлическую траверсу ступенями. Контроль за величиной нагрузки велся при помощи образцового динамометра ДОСМ-3-5. Величина ступени составляла 0,5 тс (≈ 5 кН). На каждом этапе нагружения плиты делалась выдержка 10 мин.

При разрушении образца была потеряна устойчивость сжатыми элементами соединительных трасс. Среднее значение общей нагрузки при разрушении составила N = 4.1 тс (≈ 41 кН). Среднее максимальное значение прогиба составило 4.5 мм или 1/400 относительно пролета при допустимом значении прогиба 1/200 (графики см. выше).

Данное испытание образцов панелей SCIP SOTA на сжатие и на изгиб показало, что крепость и жесткость панелей комплексной конструкции позволяет использовать эту систему домостроения в жилищном и гражданском строительстве малоэтажных зданий до трех этажей включительно. Конструкции отвечают всем требованиям СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» и СНиП 2.03.01-85 «Бетонные и железобетонные конструкции».

Испытания в Европе конструкции из панелей SCIP Emmedue показали, что она имеет прочность на сжатие 1200 фунтов на квадратный дюйм или более, в то время как ненесущие бетонные пустотные блоки (concrete hollow blocks) всего 400 фунтов на квадратный дюйм.

Вопрос: «А что снаружи бетон держит пока он свежий»? Ответ: Пока бетон не набрал прочность, он не может нести никакой нагрузки. До нанесения торкретбетона, каркас из соединённых между собой панелей имеет определённую жесткость, которой более чем достаточно для нанесения слоёв защитного торкретбетона снаружи и внутри здания.

Для справки: Предел прочности при сжатии SCIP (ГОСТ 1018040): система является опалубкой, основой для нанесения бетонов м300 (28-32 Мпа). Прочность на растяжение: система является опалубкой, основой для нанесения бетонов м300 (28-32 Мпа). Паропроницаемость сэндвич-панели: __, водопоглощение: 0%, эксплуатационная влажность: __, морозостойкость: не менее 300 Мрз.

  • Каков расход материалов на 1 м² стены SCIP?

Считаем расход материала необходимый для производства панели SCIP SOTA-2 с утеплителем 250 мм. Панель имеет ширину 1.2 м и высоту 3 м, но здесь мы считаем строго 1 м х 1 м, для неё необходимо: 2 метра стальной сетки диаметром 3 мм ячейкой 50 х 50 мм, или 50 х 100 мм, или 50 х 150 мм; пенополистирол (EPS) толщиной 250 мм 1 м х 1 м (0.25м х 1 м х 1 м); для рамок трассы подойдёт любая калиброванная проволока ВР1 диаметром 3 мм, 4 мм или 5 мм где 2 отрезка по 1 м х 8 шт = 8 метров; самих трасс ВР1 3 мм или 4 мм 1812 мм х 8 шт = 14,5 метра (из расчета разверстки на метровую длину). Осталось добавить бетон. Если наносим слой торкрета по 50 мм на сторону, то нам понадобиться 0,1 м³, а если по 30 мм на сторону, то 0,06 м³.

Теперь, зная расход материалов на 1 м стены, можно посчитать её стоимость из расчета местных цен на эти комплектующие сэндвич-панели. Не забудьте добавить стоимость их доставки в цех, стоимость услуг рабочей силы в цеху и затраты на электроэнергию. Если что-то неясно, вы можете спросить личным сообщением в Telegram, Viber, WhatsApp, написать электропочтой или в форму обратной связи (в нижней части страницы). Также вы можете задать вопрос публично в Чат Telegram.

  • Каков удельный вес м² этой сэндвич-панели?

Примерно 200 кг. Панель SCIP SOTA-2 размерами 1.2 м х 3 м, в зависимости от варианта состава бетона, весит от 680 до 750 кг. Панель 1,2 м х 1 м весит 226-250 кг, и соответственно 1 м х 1 м — 189-209 кг. Средний вес 1 м х 1 м панели — 200 кг. Если панель используется в качестве ограждающей ненесущей конструкции, её вес уменьшается на 20-25%, например, масса 1 м² стены панели со слоями торкретбетона 35 мм — 147 кг м².

Например, в технологии SCIP Panel W панель песит от 1,3 до 7 кг/м²; стена с цементно-песчаным раствором — от 90 до 156 кг/м²; плита с бетоном и цементно-песчаным раствором — от 173 до 190 кг/м².

SCIP, по сравнению с традиционными методами строительства, снижает до 40% общего веса конструкции. Благодаря легкому весу и простоте обращения, строительная система идеально подходит для строительства дополнительных этажей поверх существующих многоэтажных зданий без чрезмерной нагрузки на конструкцию и фундамент, без ущерба для безопасности существующей конструкции. Кроме того, создание конструкций с меньшим собственным весом позволяет экономить на строительстве фундамента. В конечном счёте, всё это способствует индустриализации жилищного строительства и экономит деньги.

  • Какова допустимая нагрузка на перекрытия SCIP?

Сэндвич-панели SCIP подходят для использования их в качестве панелей перекрытия, об этом мы говорили выше. Многие вопросы связанные с поведением при изгибе и проектированием этой сэндвич-панели в качестве плиты перекрытия, рассмотрены А. А. Бенаюн и др. [ 1 ] «Испытания под нагрузкой, проведенные на полу полномасштабного макета показали, что при обрушении была достигнута адекватная несущая способность и удовлетворительное поведение в условиях эксплуатационной нагрузки» — говорится на стр. 268 исследования кафедры гражданского и строительного проектирования и архитектуры Политехнического университета Марке (г. Анкона, Италия). [ 22 ].

Как и во всём жилищном строительстве, разнесённая нагрузка на 1 м² должна составлять от 250 кг и SCIP отвечает этим требованиям. При желании, с помощью конструктивных решений можно увеличить допустимую нагрузку до 400 кг. Возможно увеличить эту нагрузку, есть много вариантов: т-образная балка, перекрытие кессонного типа и др. Расчёт балки ведётся на требуемую нагрузку: изменяется сечение балки, сечение арматуры, тип армирования.

  • Каковы стандартные размеры сэндвич-панелей SCIP?

Каждый из производителей, в зависимости от предпочитаемых размеров панели, настраивает своё оборудование на желаемый размер панелей. Например, сэндвич-панели SOTA имеют ширину 1,20 м и длину 3 м. Каждая из этих величин может быть изменена по желанию. Толщина пенополистирола так же регулируемая — от 30 мм до 270 мм.

  • Кто и когда изобрел домостроительную технологию SCIP?

Идея многослойных строительных элементов была впервые использована в гражданском строительстве в 1849 году Виллианом Фэйрбэрном при испытаниях композитных балок с использованием дерева и бетона для создания конструкции мостов (Collins, 1954). Сэндвич-панели с 2-мя асбестовыми слоями и сердечником из ДВП широко использовались во времена Первой мировой. Появление различных типов клеев в США и Англии в 1930-х годах привело к появлению клееных сэндвич-панелей, их массово применяли в легких самолетах уже во Вторую мировую.

В строительстве домов Usonian (1930), для несущих стен проектировщик Ф. Л. Райт использовал 3 слоя фанеры склеенных двумя слоями смолы. Технологию называли «строительными панелями с изолятором» (Structural Insulated Panels, SIPs). Панели не давали достаточной теплоизоляции, поэтому впоследствии ученик Райта Олден Б. Доу, между торцами фанеры включил сердечник из пенополистирола (EPS).

Коммерческое производство полистирола было начато в 1930 г. компанией IG Farbenindustrie в Германии; промышленное производство его в США организовала Dow Chemical Company (1938). В 1947 он начинает впроизводится в Бразилии, и в этом же году химики Фриц Стастны и Карл Бухгольц открыли пенополистирол (EPS).

Что EPS отлично подходит для гражданского строительства, обнаружили впервые в Норвегии (1960), он хорошо предотвращает промерзание грунта, что устраняет последующие проблемы оттаивания, и с другой стороны у него низкое поглощение влаги. Благодаря изоляционным характеристикам, лёгкости, прочности и невысокой стоимости, сегодня EPS занял одну из ведущих позиций в гражданском строительстве.

Бетон впервые был запатентован задолго до этого (1824), его широкое применение в строительстве началось в 1850-х. Сталь впервые в гражданском строительстве стали массово использовать в Англии, в 1860-70-х гг. Сварная сетка появилась в конце Первой мировой войны.

Что касается индустриального панельного строительства, то первой страной в мире, где для решения жилищной проблемы делается ставка на индустриальное крупнопанельное ж/б строительство, стал СССР (1942). Стеновая сэндвич-панель из сборного железобетона «бетон-утеплитель-бетон» впервые появилась где-то в 1960-х г.

Как мы видим, появление железобетонных сэндвич-панелей с утеплителем SCIP было предопределено долгой технической эволюцией. Это не радикальная новация, а скорее оптимизирующая, так как сэндвич-панельное строительство, бетон, стальная сетка и утеплитель EPS появились за годы до 14 декабря 1964 г., когда Виктор Пол Вейсманн (Víctor Paul Weismann) впервые сложил их в том виде, в каком мы сегодня знаем SCIP. В своём городе Пасадена (Калифорния), он организовал небольшое производство и получил патент США US3305991A «Усиленная модульная панель с пеной» (Reinforced Modular Foam Panels), а затем ещё ряд патентов.

По данным SCIP MetRock, строительство этим методом в США началось в конце 1960-х. Среди других выделялась компания Impac (Калифорния). Пройдя путь с начала 1970-х она существует и сегодня. Связан ли с ней Виктор Пол Вейсманн нам неизвестно. Затем последовали улучшения панелей от самого Вейсманна, например US4079560A, US4336676A «Проволочная трасса и устройство для изготовления проволочной трассы» от Ричарда Ф. Арцера (Richard F. Artzer) в 1977 и т.д., поиск идеальной конструкции продолжается и в наши дни, количество патентов исчисляется сотнями.

Интересно, что в 1976 году Колин Дж. Маклауд (Colin J. MacLeod) и Леонард Р. Кризи (Leonard R. Creasy) от лица компании Caledonian Moroccan Construction Ltd., S.A. (Танжер, Марокко) подали заявку и получили в США патент US4125981A на подобную Вейсманну панель, но вместо утеплителя в их конструкции была… пустота, в которой они предлагали организовать циркуляцию горячего воздуха.

Разрушений конструкций домов не было, хотя качество изготовления некоторых из них было очень плохим. Первым вариантам SCIP-панели требовался предотвращающий смещение утеплителя при набрызгивании бетона стопор, но для их изготовления было достаточно сборочного приспособления (усовершенствованное устройство мы предлагаем в SCIP SOTA), тогда как для последующих модификаций этой панели уже требуется дорогостоящее промышленное оборудование.

Промышленные SCIP-панели производятся на производственной линии, которая объединяет механические, электрические, пневматические и нефтехимические компоненты, управляемые центральным компьютером. Линия начинается с производства блоков и плит из пенополистирола, разрезом приспосабливая их к формам панели в соответствии со спецификациями проекта. Затем накладываются электросварные сетки и соединители обеспечивающие жесткость панели. Процесс продолжается разматыванием электросварных сеток, формованием пластин, разрезанием и посредством сварки фиксацией двух слоев сетки через соединители, которые проходят через EPS. Отходы и и остатки пенополистирола собираются, измельчаются и отправляются на переработку, что обеспечивает практически полное отсутствие отходов в производственном процессе. Скорость производства панелей толщиной от 50 до 250 мм и шириной от 1000 до 1250 мм составляет от 4 до 4,5 м/мин (до 2400 кв. метров в смену).

3D EVG панель

Одним из тех, кто первый предложил такой выпуск, стала компания EVG, Entwincklungs-und-Verwertungs-Gesellschaft mbH (Рааба, Австрия). Сегодня их производственные цеха работают во многих странах. Вариант SCIP EVG-3D панели очень популярен в мире, мы действительно многим обязаны EVG в деле распространения SCIP.

Именно их производственное оборудование и панель, несмотря на международные патенты копируют в Китае уже 40 лет. Это именно их вариант сэндвич-панели для строительства малообеспеченного жилья в США, с конца 1970-х использовал ex-президент США Джимми Картер вместе с благотворительным фондом Habitat for Humanity помогая людям получить новое жильё после наводнений и других стихийных бедствий в США. В России EVG-3D известна как панель Русская стена, к сожалению, арестом оборудования, банкротством и обманутыми вкладчиками, в 2008 году она прекратила своё существование.

Ещё один популярный вариант SCIP под маркой Monolite стартовал в результате проекта индустриализации строительства в Италии в 1980 году, с целью дать пользователю комфорт и безопасность в регионах известными суровыми зимами и землетрясениями, где необходима более устойчивая монолитная конструкция с элементами тепловой и звукоизоляции, полностью устойчивой к атмосферным воздействиям. В 1985 году система Monolite была одобрена (Certificato d'IdoneitaTécnica) Институтом Джордианоса.

В 1995 году наследие Monolite поделила компания Nidyon (Италия) и Emmedue (Италия), так же известная под маркой M2. Отличительной особенностью панели Emmedue, является волнистый профиль пенополистирола (ранее был ребристый), в таком виде он увеличивает его сцепление с бетоном, а после его набора прочности, действует как микро-колонны («микростолпы»).

Souza (2009) пишет, что основной целью разработки панели было предотвращение серьезных физических повреждений пользователей конструкции, например, в случаях обрушения при землетрясениях. Однако из-за того, что помимо безопасности она имеет и другие полезные свойства, такие как тепловой и акустический комфорт, конструкция более легче и др., SCIP стала универсальной системой строительства и сегодня развивается в регионах, которые не подверженны землетрясениям и связанных с ними явлениям.

Оборудование для производства ж/б сэндвич-панелей Emmedue было поставлено в 30 стран. Благодаря Emmedue, в мире построено 85 заводов SCIP и более 1 миллиона домов по всему миру (2021). Сегодня нам известно о 15 действующих производствах в Англии, Испании, США, Перу, Панаме, Боливии, Колумбии, Аргентине, Филлипинах, Малайзии и др. Есть производство Emmedue и в России (Кабардино-Балкария).

На видео оборудование для производства железобетонной сэндвич-панели с утеплителем пенополистирол от производителя Emmedue (Италия) для франшизы SCIP Ecowalls (Аргентина).

Первый завод в России от Monolite появился в 1993 году в г. Магнитогорск, это всё к тому, что мы продолжаем называть технологию SCIP «новой и инновационной», несмотря на то, что она используется в СНГ в течение многих лет. Затем, уже под брендом Emmedue (руководитель Angelo Candiracci), была поставка оборудования в г. Тольятти (1999), и в г. Курган (2007). Все эти производства не получили развития — в Магнитоговске умер энтузиаст-основатель, то же самое случилось и с основателем в Кургане. Из действующих заводов Emmedue в России сегодня лишь один, в г. Прохладное (Кабардино-Балкария), поставка оборудования которого состоялась в 2018 году. Но и этот завод имеет серьезные проблемы, в первую очередь из-за проработки планов реализации продукции — завод расположен в глухих горах, вдалеке от источников сырья, и главное покупателей (Урал).

Если вы интересуетесь покупкой оборудования Emmedue следует знать, что комплект стоит 7-8 млн евро, и что согласно договора переносить в другую геолокацию его нельзя, теряется техническая гарантия (есть GPS-трекер). Кроме того, согласно контракта, нужно платить % роялти с каждого проданного метра панели Emmedue. Покупая SCIP SOTA вы платите разово, а все ваши расходы на организацию производства панелей вам обойдутся не более чем в 10 тыс. долл.

SCIP в Бразилию пришла в 1990 году с помощью Института технологических исследований (IPT), где были исследованы компоненты и элементы системы. Но, несмотря на определённые успехи, в 2018 SCIP занимал лишь 1% рынка строительства в Бразилии (Mundo do Isopor). Почему строительная технология имеющая признаки революционной, до сих пор не получила должного распространения?

«Задержка в техническом усовершенствовании связана с трудностью ознакомления общественности с новыми технологиями в гражданском строительстве. Это культурные причины, когда большинство населения уже привыкло к той форме строительства, в которой оно уже консолидировано, в Бразилии это строительство блоками или кирпичами. Другой фактор связан с нехваткой определённой рабочей силы и отсутствием гибкости в секторе гражданского строительства для принятия методов строительства» [ 23 ].

Дж. A. A. Паула и др. (2019) считают, что «в настоящее время технология мало используется из-за отсутствия знаний о ее характеристиках и качествах. … Препятствие, которое влияет на её небольшой спрос на рынке, является то, что она мало популяризируется, хотя это и хорошая альтернатива, охватывающая несколько качеств, таких как: механическое сопротивление нагрузкам, тепловые характеристики, сокращение времени выполнения, простота применения, сокращение времени затрачиваемого на строительство, и сокращение строительных отходов». [ 24 ]

Факторы ограничивающие использование новых строительных технологий в СНГ

Бразильский журнал Большое Строительство предпринял попытку разобраться в причинах сдерживающих распространение инноваций в строительстве, и графиком показал главные факторы ограничивающие использование новых строительных технологий (открыть в новом окне).

Другие молодые учёные из Федерального университета Гранде Дурадос, анализируя конкурентоспособность SCIP к доминирующей на строительном рынке Бразилии кладке блоками (перфорированная керамика или на основе цемента) — у неиспользующих SCIP строителей спросили, что сможет заставить их изменить свое мнение. 50% важен подсчёт сметы расходов на строительство, где они должны увидеть экономическую целесообразность; 20,8% важно посещение здания построенного из этих панелей; 12,5% сообщили, что наибольший вклад в изменение их мнения, дали бы прямые контакты с компаниями-поставщиками технологии [ 25 ].

Коллеги, вы всегда можете связаться с нами личным сообщением с помощью Telegram, Viber, WhatsApp, вы можете написать нам электропочтой или в форму обратной связи (в нижней части страницы). И конечно знакомьтесь со SCIP здесь, бóльшая часть ваших вопросов уже отвечена в FAQ.

Да, по словам Souza (2012) традиционная система строительства всё ещё преобладает из-за сильной бразильской строительной культуры и большой зависимостью в архитектурном планировании по отношению к другим строительным методам, несмотря на их низкую производительность, большое количество отходов и мусора при строительстве. Но не всё так плохо, Vasques (2014) пишет, что «в стране уже есть свидетельства овладения технологиями промышленных строительных систем (IBS), как в промышленной зоне, так и в жилье, которые позволяют строить быстро и качественно».

«Система SCIP все ещё сталкивается с некоторыми препятствиями при её внедрении в стране, главным из которых является отсутствие информации о деталях метода для его практического применения. Поэтому для государственного сектора чрезвычайно важно углубиться в предмет, чтобы такая технология успешно использовалась для помощи населению, нуждающемуся в незаменимых услугах». [ 26 ] На распространение SCIP методическими пособиями и обучением от госорганов России, Казахстана и др., как вы понимаете, надежды нет примерно никакой. В нашем случае технология может прийти девелоперу только от поставщиков, то есть от нас. Пожалуйста, изучайте и применяйте.

Почему мы так много говорим о Бразилии? Дело в том, что в СНГ технология появилась примерно в то же время, у нас тоже в основном блочное строительство, и с освоением SCIP у нас ситуация ровно такая же. И точно теми же словами специалисты объясняют трудности внедрений у нас в гражданское строительство любых новых технологий: «культурными» причинами, консерватизмом, привычкой строить по шаблону, отсутствием адекватного планирования внедрения новых систем, незнанием новых материалов и конструкционных систем, новых методов строительства.

Да, для ряда профессиональных команд это не приговор, успешные примеры есть и у нас. Принимая во внимание различные качества которые даёт система SCIP, мы можем инвестировать в её реализацию, чтобы преодолеть культурный барьер, препятствующий технологическому развитию зданий в России, Казахстане, Украине и др. Используйте опыт накопленный нами с 2009 года, стройте быстрее, дешевле и с меньшим количеством ошибок.

«И хотя SCIP появилась не вчера, набирать репутацию и популярность она начала только сейчас» — считают знаменитые американские инженеры-конструкторы Johnson Leifield из Лос-Анджелеса (Калифорния). Занимаясь проектировкой с 1990 года, в 2005 они пришли к выводу, что SCIP — идеальная система строительства по многим параметрам. Они знают что говорят, взгляните на их внушительный список наград. Среди их клиентов: Государственный университет Калифорнии, Калифорнийский университет в Ирвине и Сан-Франциско, Университет Южной Калифорнии, Christian Dior, Louis Vuitton, Кампус Dreamworks Animation, Four Seasons Hotel and Spa, Концертный зал Walt Disney, MGM, Warner Center и многие другие.

Берите пример с работающей в Центральной Америке уже группы компаний Monolit, одной из первых клиентов одноимённой итальянской компании (см. выше), в 2018 году она выпустила видеоролик к своему 40-летию.

Мы верим, что необходимая для создания лучшего будущего инновация, прийдёт не из одного источника, не от науки, не от технологии, не от правительств и даже не от бизнеса, а от всех нас. Мы можем и должны использовать коллективную силу нестандартных союзов, чтобы попасть туда, куда мы хотим привести себя и своих детей.

  • Являются ли SCIP технологией современного «зелёного» строительства Green Building?

Да, если мы используем утеплитель типа EPS, XPS, MW, ICB и другие с высокими теплоизоляционными характеристиками достаточной толщиной. При использовании утеплителя EPS или MW толщиной от 250 мм, панели рекомендованы для зеленого строительства класса пассив-хаус в Европейской части России. О теплопроводности SCIP см. здесь.

Правительства всегда озабочены вопросами производства энергии, но её сохранение зачастую остаётся второстепенным вопросом. Недвижимость — крупнейший потребитель энергии и главная статья расхода государств. По данным Международного энергетического агентства здания используют 40% всей энергии произведенной в мире [ 27 ]. По данным НИИСФ цифра по России ещё выше — 45% [ 28 ]. 2/3 энергии в зданиях тратится на отопление и кондиционирование и бóльшая её часть теряется через потолок, стены и окна, поэтому главное внимание уделяется оболочкам здания, а не инженерному оборудованию.

Здания в России тратят в 2-5 раз больше энергии на отопление, чем в Европе. Наибольший объем тепловых потерь через ограждающие конструкции здания приходится на стены зданий — до 70% [ 29 ]. Причем расход (денег) энергии на отопление и вентиляцию одноквартирного малоэтажного дома гораздо выше, чем в квартире. Если в многоквартирном доме в отдельно взятой неугловой квартире имеется всего одна наружная стена, то хозяину частного дома приходится сложнее, ведь дом площадью 200-250 м² это четыре стены и в общей сложности — около 600 м² ограждающих конструкций.

Чем выше уровень теплоизоляции наружных ограждающих конструкций, тем меньшими оказываются потери тепловой энергии в здании через оболочку. Чем меньше потери тепловой энергии, тем меньше энергии требуется подвести к зданию, тем меньшими окажутся платежи жителей за тепловую энергию, тем бóльшее количество энергетических ресурсов будет сэкономлено. Таким образом, потери тепловой энергии напрямую зависят от уровня теплоизоляции наружных ограждающих конструкций (стен, окон и балконных дверей, перекрытий над проездами и под эркерами, полов по грунту, покрытий). Таким образом, скромное энергопотребление малоэтажного жилого дома и комфорт его жильцов напрямую связано с энергосберегающими свойствами стен, перекрытия и кровли.

По оценкам Международного энергетического агентства, повышение энергоэффективности может не только обеспечить снижение энергопотребления на 10% к 2030 году, но и сэкономить $560 млрд. «Использование преимуществ уже существующих новых технологий, таких как SCIP, и соответствующих политик для повышения продуктивности ресурсов, может ежегодно высвобождать огромный финансовый капитал во всем мире, который сегодня тратится впустую из-за неэффективности, несовместимости и невозможности производственных процессов. Эти потраченные в настоящее время средства можно было инвестировать в здравоохранение, образование и развитие» [ 30 ]. Трудно не согласиться.

Во всех странах существуют нормативные требования к теплозащите, которые отличаются в зависимости от климатических условий и государственной политики в области энергосбережения. В связи с постоянным ростом цен на энергоресурсы (рост себестоимости добычи, транспортировки углеводородов и спекуляций на фондовых биржах), и как следствие, связанным с этим ростом тарифов за тепло, в развитых странах нормативы потребления зданиями энергии постоянно уменьшаются, а требования к уровню теплозащиты увеличиваются. Строительство в соответствии с этими требованиями называют Зелёным. Одновременно, осуществляется практика энергосбережения посредством программ повышения энергоэффективности в гражданском строительстве. Следовательно, государственные инвестиции в такие системы, как SCIP (а много ли ей альтернатив и что это за технологии, напишите нам), могут быть экономическим решением для стран СНГ.

Зеленое строительство (Green Building, Sustainable Design) — это подход к проектированию, строительству и эксплуатации зданий, содержащий ряд решений, мер, материалов и оборудования, нацеленных на энерго- и ресурсоэффективность. Оценка эффективности зеленых зданий уществляется третьей стороной с помощью рейтинговой системы, содержащейся в отраслевых стандартах.

Удивительно, что понятием зеленое строительство в США и Европе называют не экологичность материалов, как нам часто кажется, а чрезмерное потребление энергии и связанные с этим выбросы в атмосферу (тот самый CO²).

Как глобальное явление зеленое строительство зародилось в середине 1970-х годов в странах Европы и США. В результате нефтяного кризиса цены на энергоносители стремительно выросли, таким образом, сформировалась новая энергетическая политика: появились связанные с энергоэффективностью дотации, льготные кредиты и налоговые вычеты для потребителей. В Европе и США стали активно реализовываться программы энергосбережения и выдаваться гранты на соответствующие исследования. В результате, к 2000-м годам в этих странах экотехнологии стали массовыми, а масштаб таких проектов увеличился настолько, что начали возводить целые экогорода.

Россия, как и другие страны СНГ в 70-е и 90-е годы упускала тренд энергоэффективности, ситуация начала меняться только c 2010 г., но процесс идёт тяжело и медленно — энергопассивные дома, дома с нулевым энергопотреблением, как и дома «плюс энергия» в наших странах пока большая редкость. Технологии SCIP могут и должны быть использованы для инновационного прорыва.

Нам необходимо радикально повысить производительность: больше производить, а тратить меньше. Нужно изменить модели производства и потребления, изменив логику добычи, производства, потребления и отходов в сторону Зелёной экономики. Все эти особенности можно увидеть в системе SCIP.

Работающая по SCIP бразильская компания LCP Engenharia&Construcoes гордится тем, что первой в Латинской Америке получила сертификат жилого дома GBC Brasil Reference House и сертификат LEED FOR HOMES от USGBC. Хотите получать престижные зелёные эко-сертификаты? С SCIP это легче!

  • Какой вес можно закрепить на стене? Можно ли на стену из этих сэндвич-панелей повесить кондиционер, кухонный шкаф, полки и другое?

Да, а также турник и т. д., поскольку на обеих поверхностях стены SCIP без какого-либо дополнительного усиления есть бетон на цементной основе, объединенный с сеткой толщиной 3 мм. С помощью 3 см дюбелей (может быть длиннее), на стену можно повесить тяжелые грузы.

«Цементно-песчаный раствор нанесенный на стену панелей SCIP обладает высокой прочностью выдерживая нагрузку до 90 кг на точку крепления» — сообщает производитель SCIP Polisopor (Бразилия). «Это позволяет устанавливать телевизоры, кондиционер, раковины, кухонную мебель, подвесную мебель, мраморные столешницы и т.д., распределяя нагрузку в точках крепления (втулки + винты)».

Анализ проведённый Федеральным технологическим университетом г. Пато-Бранко (Парана, Бразилия), в 2017 г. показал, что с точки зрения устойчивости к действию подвешенных частей, SCIP намного выше в сравнении с керамическими блоками. [ 10 ].

В новом окне открыть испытаний SCIP Monopainel на устойчивость к действию подвешенных частей

На изображении таблица с результатами и фотографии испытаний SCIP на устойчивость к действию подвешенных частей. Открыть картинку в новом окне

Сверлом 10 мм в стене SCIP Monopainel (35 мм каждый слой бетона) сделали отверстие, куда вставили втулки и винты, отвечающие за фиксацию устройства, имеющего две опоры для подвешивания грузов с датчиками веса (см. рис.). На противоположной стороне разместили 3 индикатора локального измерения горизонтальных смещений из-за приложенной нагрузки так, чтобы любое движение можно было измерить этим оборудованием. Нагрузки прикладывали в каждой точке от 50 N до 800 N согласно регламента Бразилии NBR 15575-4 (2013).

Для каждой приложенной нагрузки горизонтальные смещения (d) были измерены в трех разных точках, где были стрелочные индикаторы, а также остаточное горизонтальное смещение (d), то есть было ли какое-либо изменение смещения за 3-минутный интервал времени между нагрузкой. Помимо измерения перемещений, было проанализировано наличие трещин для каждой приложенной нагрузки.

Максимальное смещение которое испытывал прототип 1, составило 0,34 мм в центральной точке стены; максимальное смещение которое испытывал прототип 2, составило 0,24 мм в точке расположенной на расстоянии 3H/4 от земли. Эти значения смещения находятся в пределах 5,4 мм, установленных NBR 15575-4, что составляет около 7% и 5% от этого значения для прототипов 1 и 2. В точке 1, расположенной на высоте H/4 от земли, измеренное смещение было нулевым для прототипа 1, и 0,01 мм для прототипа 2. Нагрузка 800 N оставалась приложенной к двум прототипам в течение 24 часов, после чего смещения снова были измерены, они дали незначительные значения.

Для 2-х испытанных прототипов ожидалось бóльшее горизонтальное смещение в центральной области стены (точка 2), поскольку это та область где были приложены нагрузки, и наиболее удаленное место от опор, балок и колонн. В прототипе 1 наибольшее смещение произошло в точке 2, однако в прототипе 2 наибольшее смещение произошло в точке 3. Такое изменение результатов можно отнести к факту бóльшей толщины слоя торкретбетона в некоторых точках стены из-за его неровности; В центральной части Прототипа 2 слой торкретбетона имеет бóльшую толщину и, следовательно, бóльшую прочность. Однако похоже что смещение в точке 3 для обоих прототипов, имеет одинаковые значения. Кроме того, было обнаружено, что две устойчивые поверхности работали вместе, при этом адгезия торкретбетона к плите из пенополистирола и стяжки соединяющие экраны слои бетона, могли передавать напряжения которым подвергалась один слой другому. Не было ни перекоса, ни отслоения лица, на котором держалась устройства для подвешивания грузов. Что касается анализа растрескивания уплотнения во время испытаний, трещин в соединительных элементах, между колоннами/панелями и панелью/балкой обнаружено не было. Внутри трещин тоже не было.

Единственная трещина в прототипе 2, возникла из-за плохой фиксации втулок винтов — при просверливании отверстия для фиксации анкера точки фиксации 1 просверлили отверстие бóльшего размера чем необходимо, и когда мы приложили нагрузку в 700 N, втулка этой точки крепления начала отрываться и выпадать из стены. Ослабление втулки в точке 1 вызвало перегрузку в точке крепления 2. Когда к системе прилагалась нагрузка 800 N и начиналось распространение трещины.

На основании измеренных перемещений и проанализированных трещин исследователи сделали вывод, что стена SCIP соответствует требованиям NBR 15575-4 в отношении требования устойчивости к действию подвешенных частей, удовлетворяя установленным условиям эксплуатации, с очень высокой степенью защиты. Горизонтальные перемещения ниже установленных пределов. Кроме того, имеющаяся трещина, возникшая из-за плохой фиксации винтовых втулок, не нарушила структуру уплотнения.

Таким образом, SCIP обеспечивает адекватные конструктивные характеристики при воздействии подвешенных нагрузок, с большим запасом отвечая требованиям, предписанным NBR 15575-4, поскольку смещения, измеренные в испытанных прототипах, намного ниже. чем разрешено; поэтому его можно использовать в зданиях, в которых есть шкафы, раковины, полки и другие подвесные детали. Эти значения смещения также согласуются с представленными в литературе, например, подобные значения получили исследователи из Пенсильвании (США) в 1996 г. [ 31 ].

По в СНГ по ГОСТу, одна точка минимально должна держать вес 60 кг. Как мы видим, SCIP перекрывает это требование выдерживая бóльший вес, соответствуя нормативным требованиям гражданского строительства. В любом случае, вам не о чем беспокоиться если речь идёт о закреплении картин, зеркал и школьных досок, их размещают с помощью обычных втулок и винтов для бетона. Если речь идёт о более тяжелых предметах, таких как полки, кухонная мебель, мебель для ванных комнат, турник и др., вы можете удалить часть пенополистирола в месте предназначенном для их размещения, чтобы образовать сплошные секции бетона для анкерного крепления.

FAQ Далее ⏩

К Содержанию FAQ

Используемые источники

[ 1 ] А. А. Бенаюн (A. A. Benayoune) и др. 2004

[ 2 ] Бертольди, Ренато Х. «Характеристики конструктивной системы с утеплителем, состоящей из торкретбетона покрывающего сердцевину из пенополистирола и стальной сетки: два тематических исследования во Флорианополисе». 127 с. Диссертация. UFSC, Флорианополис, Южная Каролина, 2007

[ 3 ] PCI Committee on Precast Concrete Sandwich Panels. State-of-the-art of precast/prestressed sandwich wall panels. PCI J 1997;42(2):1–61

[ 4 ] Томлисон Дуглас, Фам Амир «Аналитический подход к реакции на изгиб частично изолированных бетонных многослойных стен» Engineering Structures, v. 122, стр. 251-266, 2016. Ссылка

[ 5 ] Einea et al., 1991; Salmon et al., 1997; Naito et al., 2011; Hodicky et al., 2014; Tomlinson & Fam, 2014, 2015; Kim & You, 2015; Choi et al., 2015; Teixeira et al., 2016; Zhi & Guo, 2017; Hamed, 2017; Frazão et al., 2018

[ 6 ] Пфайфер, Д. У. (Pfeifer, D. W.), Дж. А. Хансон (J. A. Hanson), «Сборные железобетонные стеновые панели: жесткость на изгиб многослойных панелей», SP-11, стр. 67–86. Фармингтон-Хиллз, Мичиган: Американский институт бетона (ACI), 1964

[ 7 ] Эхаб Хамед, «Несущая способность композитных сборных железобетонных сэндвич-панелей с диагональными соединителями армированных фиброй полимерными стержнями.», PCI Journal, июль-август 2017. Ссылка

[ 8 ] Пантелидес К.П. (Pantelides C.P.), Л.Д. Ривли (L.D. Reaveley), П. В. Макмаллин (P.W. McMullin), «Проектирование композитных соединителей из углепластика для сборных железобетонных элементов». Журнал армированных пластиков и композитов, т. 22, № 15: с. 1335–1351. 2003

[ 9 ] Bush & Stine, 1994; Bush & Zhiqi, 1998; Benayoune et al., 2006; Benayoune et al., 2007; Benayoune et al., 2008; Lee & Pessiki, 2008; Carbonari et al., 2012, 2013; Bai & Davidson, 2015; Hamed, 2016; Joseph et al., 2017

[ 10 ] «Анализ эффективности и стоимости системы EPS», Федеральный технологический университет г. Пато-Бранко (Парана, Бразилия), 2017 Ссылка

[ 11 ] C.J. Naito, J. Hoemann, B.T. Bewick, M.I. Hammons, Оценка соединителей, работающих на сдвиг, для использования в изолированных бетонных сэндвич-панелях, Interim Report, Lehigh University, PA 18015, 2009

[ 12 ] Цитата по P. Poluraju, G. Appa Rao «Поведение 3D-панелей для строительных конструкций при общей нагрузке: современное состояние», стр. 175. Департамент гражданского строительства, Индийский технологический институт Мадрас, Индия, 2014. Ссылка

[ 13 ] K. Neupane, «Исследование модуля упругости активированного порошком геополимера», Int J Struct Eng 7 (3) (2016) 262–278. Ссылка

[ 14 ] G. Hemanaag, B.S.R.K. Prasad, «Геополимерный бетон с использованием Метакаолина, летучей золы и их сравнение». Int J Eng Res Tech (IJERT) ISSN: 2278-0181. 2014. Ссылка

[ 15 ] K.H. Mo, U.J. Alengaram, M.Z. Jumaat, «Конструкционные характеристики железобетонных геополимеробетонных элементов: обзор», Const Build Mater 120 (2016) 251–264. Ссылка

[ 16 ] Фатима Аль-Захраа Рефаи, Рафик Аббас, Фуад Х. Фуад. Устойчивая строительная система из геополимерных сэндвич-панелей на основе египетского метакаолина. Примеры использования строительных материалов 13 (2020) e00436. Ссылка

[ 17 ] Сурбхи Дадлани. Экспериментальная оценка плит с двусторонними сэндвич-панелями. Калифорнийский Университет г. Ирвин, США. 2015 г. Ссылка

[ 18 ] Хорхе Эскобар Ортис. «Введение в конструктивную типологию». 1982. Ссылка

[ 19 ] Эхсан Мирнатеги. Оптимизация конструкции цементно-армированной ортотропной многослойной композитной системы. Диссертация, Калифорнийский Университет в Ирвайне (США). 2017 Ссылка

[ 20 ] Г. Карбонари, С. Х. П. Каваларо, М. М. Кансарио, А. Агуадо. «Экспериментальное и аналитическое исследование поведения сэндвич-панелей из пенополистирола на сжатие». ISSN: 0465-2746. 2013. Ссылка

[ 21 ] Ибрагим М. Эль Демердаш, «Оценка конструкционной устойчивости ортотропной трехмерной системы сэндвич-панелей», Калифорнийский университет, г. Ирвин, 2013 г. 534 стр. Ссылка

[ 22 ] Фабрицио Гара, Лаура Рагни, Давиде Роя, Луиджино Дези, «Экспериментальное поведение и численный анализ напольных сэндвич-панелей», Кафедра гражданского и строительного проектирования и архитектуры Политехнического университета Марке, улица Бречче Бьянке, 60131 Анкона, Италия. 2011 Ссылка

[ 23 ] Бразильская ассоциация пенополистирола ABRAPEX, 2000

[ 24 ] Г. А. Ассис де Паула и др. «Анализ исполнения конструкции EPS в одноквартирном доме в Харагуа» 2019 Ссылка

[ 25 ] Фигейредо, Филипе Биттенкур «Анализ жизнеспособности монолитных EPS панелей относительно традиционной кладки в г. Дурадос» Федеральный университет Гранде Дурадос. Декабрь 2019. Ссылка

[ 26 ] Meireles P.Z.S., Caixeta L. dos Santos. «Конструкции из пенополистирола: анализ рентабельности относительно традиционной системы строительства». 32 стр. Дипломная работа по гражданскому строительству — Католический университет Бразилии, 2017. Ссылка

[ 27 ] Из преамбулы к Европейской Директиве 2010/31/ ЕС (ЕРВЭ) «Об энергетической эффективности зданий», на основе которой в государствах ЕС внедрены нормы, способствующие повышению энергоэффективности вновь возводимых и существующих зданий

[ 28 ] Из книги Ю.А. Матросова «Энергосбережение в зданиях. Проблема и пути ее решения»

[ 29 ] Приложение В, «Правила расчета приведенного сопротивления теплопередаче», Министерство регионального развития РФ, НИИСФ, И.Л. Шубин. Москва 2013

[ 30 ] Тревехо Хиаго Энрике «Сравнительный анализ обычных и монолитных строительных систем из пенополистирола для частных домов» Цесумарский Университет, Бразилия 2018. Ссылка

[ 31 ] Оливейра (Oliveira), Фабиана (Fabiana), «Оценка конструктивных характеристик инновационных строительных систем: тематическое исследование». 108 с. Диссертация. Инженерная школа Сан-Карлос, г. Сан-Карлос, штат Пенсильвания, США. 1996.

Напишите нам
Вы можете задать вопрос или написать ваше личное сообщение здесь, Telegram, Viber, WhatsApp, или электропочтой. Чтобы быть в курсе последних новостей, подпишитесь на наш канал или чат в Telegram.