УДК 693.95
Совершенствование технологии строительства модульных малоэтажных зданий
Ауесбаев Ерлан Тыныштыкбаевич – доктор технических наук, сотрудник Международной образовательной корпорации (Алматы, Казахстан)
Әлімғазиев Мейрғазы Әділғазыұлы – магистрант факультета общего строительства Международной образовательной корпорации (Алматы, Казахстан)
Аннотация: В статье рассматривается быстровозводимое модульное строительство, который легко и быстро демонтируется. Модульные здания имеет преимущества и недостатки. Преимуществом является: высокая скорость возведения модульной конструкции, низкая стоимость строительных работ, универсальность конструкции, возможность надстройки, возможность демонтажа, перевозки и сборки на новом месте. Основным недостатком является отсутствие должного внимания к конструктивно-технологическим решениям. Когда важны скорость и низкая стоимость, данная тема актуальна в строительстве.
Ключевые слова: модульные здания, модульное строительство, строительство, каркасный здания, блок-модуль, сборный здания.
Модульные здания – здания из модулей заводского изготовления, собранные из одного и более блоков модулей. Модульные здания относятся к временным строениям, могут устанавливаться без фундамента, могут легко демонтироваться и перевозиться на другое место. Как становится понятно из названия, в основе данных сооружений лежат модули, иначе называемые блок-контейнерами. Такие модули имеют прочный каркас из металлопроката и легко транспортируются и монтируются между собой. Благодаря этим свойствам, модульные здания и получили столь широкое распространение.
Использование модульной системы возможно как в многоквартирных, так и в индивидуальных жилых домах. Это дает возможность владельцам самостоятельно выбирать планировку и внешний вид своего будущего дома. Но при проектировании многоквартирных быстровозводимых жилых и общественных зданий так же необходимо учитывать эстетический облик, напрямую оказывающий влияние на формирование жилой среды.
Тема модульных жилых зданий достаточно широко распространена. Однако, в настоящее время, отсутствуют материалы научных исследований, выявляющие такие аспекты модульных многоквартирных зданий, как единая типологическая система оценки; общие принципы и алгоритм формирования архитектурно-планировочной структуры; а также экологические принципы формирования.
Строительство в мегаполисах и региональных центрах Казахстана из года в год увеличивает свои масштабы. В Алматы в 2021 году объемы введенного в эксплуатацию жилья выросли на 8%. Лидером отрасли по строительству выступает г. Алматы. Для сокращения расходов, времени возведение новых домов в эксплуатацию начинают использовать модульный способ строительства.
Трудности постройки модульных зданий, это конструктивно-технологические решения не принято принимать как постоянные, в связи с этим не реализовывались проекты из модульных зданий в государственных масштабах.
Используя модульную конструкцию, 66 % строительных компаний ускорили свои графики выполнения работ, а 35 % смогли сократить свои графики на четыре недели и более. На 65 % снизилась стоимость проекта в целом, а на 77 % снизился объем отходов на стройплощадках.
Использование BIM технологий также связано с получением этих преимуществ. Среди тех, кто использует BIM в большинстве своих проектов, 60 % считают, что это улучшает график выполнения своих сборных или модульных проектов, а 50 % – ожидают улучшения исполнения бюджета проекта.
Наличие этих инструментов помогает отрасли вкладывать больше средств в использование многопрофильных сборок и объемного строительства, в частности, и может способствовать значительному росту, ожидаемому в этих областях». [1]
Основная проблема популяризации модульных зданий в том, что их конструктивно-технологическим решениям не уделяется должного внимания со стороны государственных служб и тем самым нет возможности реализовывать проекты из модульных зданий в государственных масштабах. Для решения этой проблемы необходимы знания в таких областях как несущие строительные конструкции, сборные железобетонные конструкции и предприятия по их производству, строительные материалы, логистика, а также стандартизация и унификация конструктивных решений. Проблема популяризации не является задачей, так как в качестве проблемы определяются те параметры и факторы, которые несут за собой сложности, из-за которых модульные здания чаще используются как временные, не капитальные и узконаправленного применения, а задача предполагает нахождение путей, методов решения выдвинутой проблемы.
В модульном строительстве жилья испытания проводили один из ведущих строительных компаний Казахстана BI Group. Для нашей страны это в новинку.
По опыту компании модульный строительства имеет ряд преимущества.
Сравнивая модульного строительства от монолитного время возведения модульных аналогичного девятиэтажного дома в среднем составляет 4 месяца. Долговечность в модульном строительстве в обоих методах сопоставимы.
Фасадные технологиb, изготовляемые индустриально-модульным методом, архитектурный облик таких зданий достоин высоких оценок и ничем не уступает зданиям с монолитным каркасом.
Здания объемно-модульной конструктивной системы имеют сдвоенные стены с воздушным зазором между комнатами и смежными квартирами, что позволяет удовлетворять требованиям по распространению воздушного шума, а применение на заводе специальных шумоизолирующих подложек позволяет обеспечить соблюдение норм по распространению структурных шумов по вертикали.
При возведении каркасов домов по технологии объемно-модульного домостроения на строительно-монтажном участке участвует бригада из 6-8 человек при скорости строительства до одного этажа в день, что позволяет возвести 16 этажей за 16 дней.
Как и монолитное строительство, индустриально-модульное возведение домов редко подвергается образованию трещин, так как модули из керамзитобетона независимы друг от друга. Но, как и монолитный дом, модульный тоже необходимо утеплять дополнительными методами.
Для модульных зданий обычно применяется схема со стальным или железобетонным ядром жесткости. В данной схеме ядро жесткости воспринимает все горизонтальные воздействия, а каркас модулей только вертикальные.
Схема с внешним стальным каркасом предполагает устройство внешнего несущего остова, который воспринимает все вертикальные и горизонтальные нагрузки. В данной схеме модули работают отдельно друг от друга и являются ненесущими.
По каркасу модулей выделяют следующие системы (рисунок 1):
- Модули с опорными угловыми колоннами.
- Модули с несущими стенами.
- Ненесущие модули.
а)
б)
Рисунок 1. Каркасные системы модулей: а) с опорными угловыми стойками; б) с несущими стенами [2].
Система с опорными колоннами состоит из горизонтальных рам и опорных стоек (рисунок 2), расположенных в углах модуля. Вертикальные нагрузки воспринимаются горизонтальными рамами от балок настила и передаются на колонны. Горизонтальные нагрузки полностью воспринимаются опорными стойками. Недостатками данной системы являются необходимость применения более мощных сечений балок и колонн, а также конструирование более сложных узловых соединений элементов каркаса, обеспечивающих неизменяемость модулей. Главным преимуществом по сравнению с системой с несущими стенами является возможность создания более свободной планировки. За счет этого преимущества система с опорными колоннами получила более широкое распространение.
Рисунок 2. Типовой каркас модуля с опорными колоннами: 1 — нижняя горизонтальная рама; 2 — верхняя горизонтальная рама; 3 — колонна; 4- балки настила; 5 — стеновое ограждение (при необходимости).
Колонны модулей выполняются из квадратных или прямоугольных труб [3-6], а также из холодногнутых уголковых сечений [7,8]. К уголковым сечениям удобно осуществлять крепление ограждающих конструкций, однако данные сечения обладают низкой несущей способностью на изгиб, поэтому в системе с опорными колоннами предпочтительнее применение трубчатых сечений. Часто используемые в модульных зданиях размеры квадратных труб составляют от 100×100 мм до 150×150 мм [38]. Горизонтальные рамы работают в основном на изгиб, поэтому для них применяются двутавры, швеллеры, холодногнутые С-образные элементы, а также квадратные и прямоугольные трубы. При выборе типа сечения балок важную роль играет конструкция их узлового соединения с колоннами.
На основе анализа зарубежного опыта приведена классификация и рассмотрены конструктивные особенности модульных зданий. Быстровозводимые модульные здания требуют более тщательной проработки конструктивных решений. Главным преимуществом подобных сооружений является то, что они собираются из однотипных облегченных блоков, но этим же обусловлен их основной недостаток — сложность конструирования узлов примыкания блоков друг к другу как сбоку, так и сверху. С одной стороны, необходимо обеспечить легкое с точки зрения монтажа узловое соединение, с другой — это соединение должно обладать достаточной жесткостью и несущей способностью. Особенно это актуально для легких зданий со значительными эксплуатационными нагрузками. Наиболее актуальными на данный момент можно считать исследования модульных зданий с указанными конструктивными решениями.
Перспективы быстровозводимых модульных многоквартирных зданий имеют огромное значение. Необходима разработка проектной базы и развитие строительного производства для индустрии модульного жилья. Возможно широкое применение сборно-разборных объемно-модульных технологий домостроения. Необходимо внедрение экологического строительства и развитие энергосберегающих технологий в строительстве многоквартирного жилья.
Необходимо определить ряд различных объемно-планировочных решений модульных зданий, а также разновидности структуры конструкции в зависимости от расположения места проектирования на различных территориях. Использовать BIM технологий, разработать серию оригинальных элементов модульных конструкций, отвечающих требованиям экологичности, для возможности многовариантного моделирования гармоничного внешнего облика архитектурного объекта с учетом существующих и внедряемых технологий производства.
Список литературы
- Контейнер лизинг. Проекты домов из контейнеров. [Электрон. ресурс] – URL: https://www.contlease.ru/articles/proekty_ domov_iz_kontejnerov/ (дата обращения: 30.12.2022).
- Lawson R.M., Ogden R., Pedreschi R., Grubb P., Popo-Ola S. Developments in pre-fabricated systems in light steel and modular construction // The Structural engineer. – 2005. – V. 83. – Pp. 28–35. [Электрон. ресурс] – URL: https://www.stentprojects.co.uk/modular/#about-modular (дата обращения: 30.12.2022).
- Deng E.-F., Zong L., Ding Y., Zhang Z., Zhang J.-F., Shi F.-W., Cai L.-M., Gao S.-C. Seismic performance of mid-to-high rise modular steel construction – A critical review // Thin-Walled Structures. 2020. – V. 155. – P. 106924. Doi.org/10.1016/j.tws.2020.106924.
- Lawson R.M., Richards J. Modular design for high-rise buildings // Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Structures and Buildings. –2010. – V. 163. – Pp. 151–164. Doi.org/10.1680/stbu.2010.163.3.151.
- Chen Z., Khan K., Khan A., Javed K., Liu J. Exploration of the multidirectional stability and response of prefabricated volumetric modular steel structures // Journal of Constructional Steel Research. – 2021. – V. 184. – P. 106826. org/10.1016/j.jcsr.2021.106826.
- Lacey A.W., Chen W., Hao H., Bi K. Effect of inter-module connection stiffness on structural response of a modular steel building subjected to wind and earthquake load // Engineering Structures. – 2020. – V. 213. – P. 110628. Doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.110628.
- Zhang J.-F., Pang S.-Y., Zhou Y.-S., Deng E.-F., Wang B., Wen M.-G., Ye L., Guo X.- S. Aial compressive behavior of non-symmetric cold-formed angular column with complex edge // Thin-Walled Structures. – 2021. – V. 162. – P. 107625. Doi.org/10.1016/j.tws.2021.107625.
- Широков, В.С. Анализ конструктивного исполнения серийных модульных зданий / В.С. Широков, А.В. Соловьев // Градостроительство и архитектура. – 2018. – Т. 8, № 1. – С. 24–27. DOI: 10.17673/Vestnik.2018.01.4.