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):

  1. Модули с опорными угловыми колоннами.
  2. Модули с несущими стенами.
  3. Ненесущие модули.

а) 1 

б) 2

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.

3

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

  1. Контейнер лизинг. Проекты домов из контейнеров. [Электрон. ресурс] – URL: https://www.contlease.ru/articles/proekty_ domov_iz_kontejnerov/ (дата обращения: 30.12.2022).
  2. 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).
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.

Интересная статья? Поделись ей с другими: