International Journal of Applied Exercise Physiology


International Journal of Applied Exercise Physiology


Download 24.32 Mb.
Pdf просмотр
bet7/176
Sana05.12.2019
Hajmi24.32 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   176

International Journal of Applied Exercise Physiology    

www.ijaep.com

                                          VOL. 8 (2.1)

 

 



                 

 

 



45 

 

 

 



Its dimensions are as follows: 1.6 meters in diameter, 1.5 meters in height, with a boom reach of 4-8.5 meters 

and a weight of 2.5 tons. This printer works by twisting around its axis and building structures up to 132 m2. 

The operation speed allows printing up of a 100-m2 house for 24 hours.  

The  developers  of  the  company  also  created  their  own  fiber-reinforced  concrete,  and  received  the 

appropriate quality certificates, according to which it corresponds to the strength of ordinary concrete with a 

B20 mark and a water resistance of W6 [16].  

Concrete with such technical characteristics is superior to previously used analogues with a lower strength 

of  1.6  MPa  [5],  which  makes  it possible  to  use  it  in  construction  without  reducing  the  quality.  The  use  of 

fiber-reinforced concrete as a printing material, reinforced with steel or fiberglass, helps to partially solve the 

problem of lack of reinforcement and protect the building from moisture.  

There is a possibility of horizontal reinforcement laying of reinforcement or flat ARMO frameworks 

between product layers during printing [7]. In Russia, the development of new materials requires thorough 

and long-term testing, which is accompanied by long-term certification and research processes.   

This requires not only time, but also very significant funds [17]. Studies in the relevant literature have shown 

that  3D  printing  of  buildings  is  especially  effective  in  low-rise  buildings.  In  this  regard,  we  compare  two 

methods of low-rise construction: a house that was made of aerated concrete blocks and one that was printed 

with the help of a 3D printer.  

The purpose of the study is to analyze the effectiveness of the implementation of 3D printing in construction, 

its impact on the cost and time of construction. For this it is necessary to achieve several goals:  

1)  to study possible applications in construction and learn about the necessary machines and materials 

2)  to study the existing technologies of analog construction and identify the most used 

3)  to conduct a comparative analysis of the use of 3D printing and the most common building technologies 

using an example of a building model with the same planning solution in terms of time and cost 

4)  to conclude how the introduction of 3D printing helps to optimize the construction process. 

The most common materials in low-rise construction are wood, brick, reinforced concrete and aerated 

concrete,  concrete  block.  The  duration  of  the  construction  of  buildings  made  of  brick  and  monolithic 

reinforced  concrete  is  longer  than  that  of  logs  and  aerated  concrete.  Houses  made  of  logs  are  built  much 

faster, but at the same time much more expensive than those built from aerated concrete. In addition, aerated 

concrete  has  good  thermal  insulation  properties  and  it  is  considered  to  be  inexpensive  in  the  market  of 

building products [18].  

The walls of such masonry are built with maximum speed and is widely  used in low-rise construction. In 

this regard, for comparison, we chose just such a design of external walls.  

 When  printing  3D-objects,  the  printer  uses  a  layer-by-layer  structure  construction  method.  This 

construction work begins with the installation of the printer on the construction site, and then a solution is 

prepared  from  special  concrete.  It  consists  of  cement,  fiberglass  or  other  materials,  as  well  as  a  special 

thickener. 

 Next, the printer feeds the mix mortar from the nozzle and the necessary construction is carried out in 

layers.  Thus,  in  the  same  way,  the  entire  frame  of  the  building  is  gradually  built,  starting  with  the 

foundation and ending with the walls. When printing an object, part of the job cannot be performed by the 

printer.  The  whole  complex  or  cosmetic  processes,  such  as  laying  communications,  installing  doors  and 

windows, roofing, exterior and interior decoration are done manually. Despite this, the group of workers can 

be reduced to 2-4 people [8]. 

To  find  out  how  the  implementation  of  3D  printing  is  consistent,  it  is  advisable  to  compare  the  time  and 

money spent on construction using the most popular analog technology for the construction of a one-story 

house.  To  calculate  the  amount  of  work  and  materials,  a  one-story  house  was  chosen  with  the  following 

dimensions:10m x10m and an area was of about 100m2 (Pic.3). 

A comparison of the structural elements: formwork, foundation, exterior walls, interior walls, installation of 

floors, ceilings and roofs was held. The costs for installing the communications and engineering systems are 

not taken into account. 

It should be noted that a 3D printer can immediately print walls with corresponding holes for pipes 

and electrical wiring. The labor intensity and material intensity of earthwork operations were not taken into 


International Journal of Applied Exercise Physiology    

www.ijaep.com

                                          VOL. 8 (2.1)

 

 



                 

 

 



46 

 

 

 



account,  because  this  type  of  work  is  performed  in  the  same  way.  To  calculate  the  labor  costs  and 

construction time, we were guided by the state elementary estimates [9], average prices in the modern labor 

and materials market. Construction calculator was used to calculate the amount of material. The foundation 

in both cases is tape-shaped, is made the same, with the exception of formwork. 

In  the  case  of  building  a  house  using  the  traditional  method  of  aerated  concrete,  when  pouring  the 

foundation, as a rule, removable wooden formwork is used, which workers build within a few days.   The 

3D printer makes it possible to create a permanent formwork with already  laid reinforcing  mesh in  just  1 

hour. This amount of concrete poured into the formwork is the same in both cases — 16.1 m3. 

In the case of a gas concrete house, the walls are constructed from rectangular aerated concrete blocks with a 

density  of  D600.  The  height  of  the  walls  is  3m.  After  construction  is  completed,  the  enclosing  walls  are 

insulated  with  mineral  wool  100  mm  thick.  Ceramic  granite  is  used  as  a  facing  material.  The  blocks  are 

connected to each other using an adhesive mortar mix. 

 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

Pic. 3. Layout of the house 

The floor is made of wood. The ground is leveled, the sand is compacted, then the lags are installed, 

which are supported by the foundation, the panels are installed on top of the log. After that, waterproofing 

and floor insulation is completed. 

Attic  overlap  is  made  of  50x200mm  glued  timber  with  a  300mm  pitch;  thermal  insulation  and  sound 

insulation are completed after that.   The roof is duo-pitch with a slope of 15 degrees, the roof is made using 

metal tile.  

Now let's take a closer look at how the design is performed using a 3D printer. Printing of the  walls of the 

house is made layer by layer. Each layer is printed first along the contour, and then a zigzag lacing is printed 

in the cavity of the bearing walls for greater strength and stability.  


International Journal of Applied Exercise Physiology    

www.ijaep.com

                                          VOL. 8 (2.1)

 

 



                 

 

 



47 

 

 

 



Through  every  10  -16  layers,  the  worker  places  the  longitudinal  reinforcement.  First,  printing  of  bearing 

walls is held, then installation of prefabricated floor slab structures is done, and the last stage is printing. The 

required  volume  of  fiber-reinforced  concrete  is  being  calculated,  such  things  as  the  house  plan,  wall 

thickness, hole dimensions and layer thickness are taken into account by printer diffusers.  During printing 

of transverse reinforcement of d = 10 mm, 50 cm intervals are set around the perimeter every 40 cm height.  

From the point  of labor costs for printing walls and foundation formwork,  only 2 specialists are required: 

one  is  for  a  3D  printer  driver  and  one  is  as  an  assistant.  Printing  bearing  walls  are  produced  during  one 

work shift. During the next shift, the installation of the wooden floor is completed. During the third shift, the 

sections are printed and the house is finished.  

When using a 3D printer, reinforcement during the foundation process is simpler, since it can be put 

lengthwise:  a  reinforcing  mesh,  without  tying.  This  allows  you  to  reduce  the  time  to  establish  a  complete 

framework and the corresponding labor costs. In the case of building a house in the usual way the use of 

fixed foundation formwork is allowed. As for this house, it will cost at least 27 thousand rubles. 

However, when it comes to erecting the entire cottage village, it is more profitable to purchase one folding 

formwork, which can be reused on other typical objects.  

The advantage of time and cost, excluding the cost or rental of equipment for construction is not more than 

25%.  As for  frameworks for  the  foundation,  it  will  be  about  20%.  Printer  manufacturers claim  to  save  the 

total cost of 15% due to foundation work. In accordance with the calculations, the savings from this type of 

work amounted to 5%. The greatest savings are achieved using wall construction — 18% of the total cost of 

the house, while manufacturers of the innovative Apis-Cor printer claim that it is possible to save up to 25% 

on a frame structure [6]. 

If we separately consider the savings at specific stages of construction, the savings on the foundation 

are up to 50% in cost and up to 40% in time. Wall printing on a 3D printer saves up to 80% of the cost of this 

type  of  work,  while  performing  them  three  times  faster.  At  the  same  time,  the  creators  of  3D printers are 

developing  their  technology  and  building  structures  as  close  as  possible  to  existing  standards  of  concrete 

products for durability, stability and quality.  

Based on the proposed prices on the market of construction equipment, the average cost of a 3D printer can 

be  2  million  rubles.  If  a  construction  company  acquires  it for  the  construction  of  a  cottage  settlement  or  a 

private low-rise building, taking into account the savings on each house of 370 thousand rubles the printer 

will recompense for itself when building the sixth house.   

      From the saying above, the following conclusion should be drawn:  

1)  Research  has  shown  that  the  introduction  of  a  3D  printer  can  be  very  useful  for  construction 

companies.  In  the  best  way,  now,  the  printer  shows  itself  in  low-rise  construction.  It  can  also  be 

effective in cases of the need for urgent construction of temporary housing after natural disasters. 

2)  Among  the  existing  analogs  of  houses  in  low-rise  construction,  aerated  concrete  is  closest  to  the 

price and temporal characteristics of a 3D printer, optimal for comparative analysis. 

3)  The  comparative  analysis  showed  that  for  private  construction,  the  use  of  this  technology,  taking 

into account the lease, could be beneficial only in terms of construction time; the costs will remain 

about the same. 

In the future, for construction companies, this  technology may be effective, as it will  optimize the 

production technology. 

4)   3D printing technology will allow building faster and saving up to 23% of construction costs and up 

to 25% of construction time when taking into account the construction of a one-story cottage without 

interior decoration and installation of utilities. 

 

References 

1.  Mustafin NS, Baryshnikov A. A. New technologies in construction. 3D printer [progressive technology in 

construction. 3D printer]. Regional development. 2015 № 8 (12). 

2.  Sorokina  E.  A.  Investments,  Construction,  Real  Estate  as  the  Material  Basis  of  Modernization  and 

Innovative Development of the Economy Investments, Construction, Real Estate as the Material Basis of 


International Journal of Applied Exercise Physiology    

www.ijaep.com

                                          VOL. 8 (2.1)

 

 



                 

 

 



48 

 

 

 



Modernization  and  Innovative  Development  Economics.]  Tomsk:  materials  of  the  VI  International 

Scientific and Practical Conference, 2016. 

3.  Dzhumambekkov  K.  U.,  Salimbaeva  R.  A.  Prospects  for  the  development  of  3D  printing  technology  in 

Kazakhstan. European Journal of Natural History. 2014. Issue 6. pp. 46-48. 

4.  Bazhenov  Yu.  M.  Concrete  technology  [concrete  technology].  Moscow:  Publishing  Association  of 

Construction Universities. 2016 p. 499 

5.  Malysheva V. L., Krasimirova S. S. Topical problems of the liberal and natural sciences. 2013. G. № 12-2. 

6.  Savytskyy  M.  V.,  Shatov  S.  V.,  Ozhyshchenco  O.  A.  3D-printing  of  build  objects.  Prydniprovs’ka  State 

Academy of Civil Engineering and Architecture. 2016, № 3 (216). Pp. 18-26. 

7.  Nasonova 

A. 

Kottedzh 



iz 

printera 

[Cottage 

from 


the 

printer] 

[Online] 

URL: 


https://rg.ru/2015/08/07/3d-dom.html. 2016. 

8.  Vatin  N.I.,  Gorshkov  A.S.,  Kornienko  S.V.,  Pestryakov  I.I.  Construction  of  Unique  Buildings  and 

Structures. 2016. No. 1(40). Pp. 78-101. (rus) 

9.  State elemental estimate standards for construction work of 17.11.2018. 

 

 

 



 

 

 



 

International Journal of Applied Exercise Physiology    

www.ijaep.com

                                          VOL. 8 (2.1)

 

 



                 

 

 



49 

 

 

 



Facade systems of “wet” and suspended types 

Bartenev Dmitrii Dmitrievich

1



Matyushevskaya Alina Igorevna

2



Iuliia Lapteva

3



Ivanova 

Tatyana Petrovna

4



Kruglikova Irina Vasilevna

5



Izyumov Maxim Dmitrievich

6



Gerasimov 

Vyacheslav Nikolayevic

7



Roman Epifansky

8



Nagerov Tengiz Geurgievich

9

 and 

Kudinov Artyom 

Valerievich

10

 

1-10

 Moscow State University of Civil Engineering (MGSU) National Research University 

Abstract 

Currently,  the  construction  industry  is  characterized  by  a  gradual  increase  in  requirements  for  the 

quality of work, economic efficiency and the external appearance of the object. Works on the arranging of the 

exterior  finish  are  the  final  stage  of  construction.  Their  purpose  is  to  protect  structures  from  the  harmful 

effects of the environment, increase service life and provide an attractive appearance.  

The article presents a comparative analysis of the technological features of the arranging and the operating 

of  two  the  most  common  facade  systems  for  external  thermal  insulation:  with  finishing  (“render”  facade) 

and  a  protecting  structure  with  a  ventilated  air  layer  (suspended  ventilated  facade).  The  following 

parameters, such as the operational efficiency of the facade systems used, the specifics of their design, and 

the fire safety of the  materials used in constructing facades of render and suspended types are compared. 

The cost of installation work on the facade and the cost of the necessary materials are given.  

Keywords:  façade  of  “wet”  type,  suspended  ventilated  facade,  facade  design,  features  of  arranging, 

operational efficiency, heat insulation layer, fireproof insulation. 



Introduction 

Each architect seeks to make his design of the object individual through the geometry of a building or 

structure, as well as various types of exterior decoration. Facade systems for exterior insulation with plaster 

and  a  system  with  a  ventilated  air  layer  have  become  widespread  [1].  “Render”  facade  is  a  multi-layer 

construction  used  for  exterior  finishing  with  simultaneous  wall  insulation.  Its  main  components  are  heat 

insulating, base and decorative layers [2]. 

The constructive scheme of the “wet” facade is shown in Picture 1. 

 

 



Picture 1. Scheme of the structural elements of the wet facade: 1-bearing wall; 2 mineral wool plates; 3- 

adhesive composition; 4-dowel; 5- base layer of plaster; 6-fiberglass; 7-decorative plaster layer 



International Journal of Applied Exercise Physiology    

www.ijaep.com

                                          VOL. 8 (2.1)

 

 



                 

 

 



50 

 

 

 



Wet  facade  insulation  systems  were  invented  in  Germany  in  the  50s  of  the  last  century,  but  it  was 

widely  used  only  in  the  70s  [3].  The  facade  with  “wet”  plaster  is  used  in  the  construction  of  public, 

industrial, low-rise buildings [4].  

Suspended ventilated facade is a system consisting of a load-bearing wall, a support bracket, insulation, air 

gap and a decorative screen that is mounted on a metal support profile [4].  

     The constructive scheme of the "suspended" facade is shown in Picture 2.  

 

 

Picture 2. Scheme of the structural elements of the “suspended” facade: 1- load-bearing wall; 2- support 



bracket; 3- insulation; 4-protective membrane; 5-decorative screen. 

Ventilated facades in Russia began to be used relatively recently. Over the past 10 years, more than 4 

million exterior wall insulation systems have been used, using the structures of ventilated facades [5]. Their 

advantage lies in the fact that they can be constructed in almost all climatic regions.  

Suspended  ventilated  facades  are  used  as  exterior  insulation  for  public  buildings,  high-rise  residential 

buildings,  as  well  as  for  buildings  with  a  complex  configuration.  Thanks  to  a  wide  range  of  cladding 

materials, it is possible to create original architectural solutions of various types and shapes [6].  

The  main  characteristic  of  facade  systems  with  external  insulation  is  operational  efficiency,  which  is 

understood as a maintenance-free period of using the structure while maintaining its basic parameters that 

ensure the functional purpose of the object [4].   

For a wet facade, the main factor affecting operational efficiency is the durability of the thermal insulation 

layer. High-density materials are the most resistant to the wearing process.  

Expanded  polystyrene  (density  is  15  kg  /  m3)  is  often  used  as  a  “wet”  facade  insulation,  which  causes 

deterioration of performance characteristics.  

Mineral insulators have the best characteristics (density is 40-60 kg / m3), but they are used less frequently 

due to their high cost [2]. Thus, the actual lifespan of wet facades can range from 5 to 35 years. The relatively 

short lifespan of a “wet” facade is also explained by the fact that a thermally insulating contour is created on 

the  wall  surface,  which  prevents  the  air  from  functioning  inside  the  structure,  which  leads  to  “aging” 

(physical wear) of the heat-insulating layer. 

For  the  suspended  ventilated  facades  technology,  the  average  effective  life  is  50  years.  The  hinged 

facade, by analogy with the "wet" creates a continuous insulating circuit. The main difference lies in the fact 

that the moisture passing through the carrier part of the wall enters the insulation, then, due to the air gap 

and frequent inflow of air, is removed from the insulation to the atmosphere. As a result, the insulation in 

any period of the year remains in the regulatory-humidity regime, which increases the efficient use of the 

structure. 


International Journal of Applied Exercise Physiology    

www.ijaep.com

                                          VOL. 8 (2.1)

 

 



                 

 

 



51 

 

 

 



Insufficient thickness of the ventilated layer may affect the over-moisture insulation, as moisture will not be 

fully removed from the thickness of the structure that will lead to the destruction of the insulation layer [7].  

When choosing the type of facade system, it is necessary to take into account the fact that the design of the 

frame  of  the  ventilated  facade,  which  is  often  made  of  steel,  may  be  subjected  to  corrosion.  This 

disadvantage is excluded when installing the "wet" facade.  

 

 



 

The  most  time  consuming  procedure  in  the  creation  of  a  building  envelope  is  its  installing.    The 

distinctive feature is that when installing the wet facade, the decorative mixture is applied by mechanization 

using special equipment for the supply and application of the solution.  

In turn, the process of facing the building with a suspended ventilated facade is carried out manually, which 

significantly increases installation time and labor costs. 

The  facade  of  buildings  and  structures  should  not  only  provide  an  attractive  appearance  and 

operational efficiency, but also meet a number of regulatory requirements. The main one is fire safety. “Wet” 

facade in terms of fire safety has an advantage over ventilated.  

To  reduce  the  risk  of  ignition  of  objects  with  plaster  finishing,  it  is  necessary  to  use  a  non-fire  hazardous 

mineral-cotton insulation, which, according to the technical regulations on fire safety requirements (Article 

10 of the Federal Law No. 123 dated July 22, 2008), belongs to fire class K0 and has a flammability group G1 

(slightly inflammable).  

It is also possible to use polystyrene foam as a heater, but with using fire-prevention dissecting made from 

mineral-cotton  since  expanded  polystyrene  is  a  fire-hazardous  material  and  has  a  flammability  group  G4 

(highly flammable) [8].   

In other words, the use in the construction of external walls with facade thermal insulation of mineral-

cotton insulation, along with the protective and decorative layer, contribute to increased fire safety.   

In designs with a suspended facade, the presence of a non-combustible or low-combustible insulation is not 

the only factor affecting fire safety. This is because the structure itself provides the presence of a wind- and 

moisture-proof membrane, which can be a material with a flammability group G2 (moderately combustible) 

and which is attached directly to the insulation. Considering the fact that air circulates in the structure at an 

average speed of 2 m/s, in case of fire, a fairly rapid violation of the integrity of the entire facade will occur 

[5].  


In order to eliminate the possibility of large-scale ignition of the object, it is advisable to use non-flammable 

wind-hydroprotective membranes, which include fiberglass impregnated with fluoropolymer (fire-resistant 

material),  or  use  additional  compaction  in  the  form  of  mineral-cotton  of  high  density  (150  kg  /  m3  and 

higher) [4]. 

The cost of the installing considered facade systems also have significant differences. Tables 1 and 2 

show the cost of installation work of "wet" and suspended ventilated facades of an area of 1 m

2

.  Tables 3 and 



4 show the price range of materials required for the installation of a “wet” and suspended ventilated facades 

of an area of 200 m

2

.  


The tables are compiled according to the data of Perm companies LLC “Fasad-Perm” [9], engaged in plaster 

finishing of buildings, and LLC “Fatsia” [10], which deals with ventilated facades. 

Table 1 - The cost of the work of installing the "wet" façade 

Name of service 

 Unit of measurement 

Cost, rub. 

Priming of walls (2 layers) 

 

m



50 


Installing of thermal insulation 

 

m



2

 

150 



Installing of adhesive-reinforcing layer 

 

m



2

 

200 



Application of decorative plaster 

m

2



 

250 

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   176


Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2019
ma'muriyatiga murojaat qiling