CC BY
37УДК 693.95
Технические науки
Сундетова Аида Жазкбаевна, магистрант факультета Строительство, Международная образовательная корпорация (кампус Казахская Головная Архитектурно-Строительная Академия), г. Алматы, Казахстан
БЛОЧНО-МОДУЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО КАК АЛЬТЕРНАТИВА
КАПИТАЛЬНОМУ СТРОИТЕЛЬСТВУ. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ БЛОЧНО-МОДУЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
Аннотация: Статья написана на основе изучения отечественных и зарубежных публикаций данной тематики. Обновление в строительстве жилых домов актуальная тема не только для Казахстана, но и во всем мире. Рациональным решением будет применение готовых блоков, имеющих ряд преимуществ, вместо монолитного строительства. Данный вид появился еще в ХХ веке в Советском Союзе и по сей день продолжает свое развитие. Появлялись различные виды конструктивных схем, что дает возможность применять в различных сферах. В ходе исследования обнаружены важные аспекты и перспективы развития использования модульных блоков в строительстве.
Ключевые слова: объемные блоки, модульное строительство, быстровозводимые здания, альтернатива капитальному строительству.
Annotation: The article is written on the basis of the study of domestic and foreign publications on this subject. Renovation in the construction of residential buildings is a hot topic not only for Kazakhstan, but throughout the world. A rational solution would be to use ready-made blocks, which have a number of advantages, instead of monolithic construction. This species appeared in the 20th century in the Soviet Union and continues to develop to this day. Various types of design schemes appeared, which makes it possible to apply in various fields. The study revealed
important aspects and prospects for the development of the use of modular blocks in construction.
Key words: three-dimensional blocks, modular construction, prefabricated buildings, an alternative to capital construction.
Введение. Модульное строительство является разумной альтернативой классическому капитальному строительству при возведении временных и постоянных сооружений таких как общежития, офисы, отделения КПП, посты охраны, студенческие кампусы, казармы, гостиницы и хостелы, санитарно-технические помещения и прочее. Изначально модульные дома стали популярны в США еще в 20-х гг. как бюджетный вид путешествий внутри страны. А во время Второй мировой войны стал популярен как жилье для сотрудников военных фабрик. Даже после войны обрели еще большую актуальность, так как по возвращению на Родину было нужно найти жилье, жить семьям. А так как традиционное строительство на тот момент еще не могло прийти в себя после последствий войны, модульное строительство дало решение двум основным проблемам как сокращение сроков и снижение затрачиваемого бюджета на строительство [1].
Благодаря блочно-модульному домостроению около 65% трудозатрат происходят на заводе, повышается качество, уменьшение трудозатрат, так как возможно возведение одного этажа за 24 часа, то соответственно уменьшается срок постройки.
Модульные конструкции сейчас не только используются для строительства бытовок, но и офисы, больницы, здания общественного назначения. Не только в Казахстане, но и во всем мире из-за прироста населения стоит острой проблемой является обеспечение зданий гражданской сферы. По этой причине сфера строительства в поисках решения таких задач как, экономия средств затрачиваемых на возведение зданий и ускорение сроков. Сейчас в нашей стране преобладает монолитное железобетонное строительство, однако для решения демографической проблемы начато
применение модульных блоков, оснащенных всем необходимым внутри. Строят словно «лего» из «кубиков».
Впервые идея блочно-модульного строительства появилась в ХХ веке у архитектора СССР К.Мельникова. Идея заключалась в создании дома из двух цилиндров с разделением по назначению. Так постепенно в 30-е гг. М. Гинзбург предложил жилую ячейку [2].
Но до 3 февраля 1969 года нормы позволяли лишь строительство обычными методами, пока не вышло постановление «О развитии объемно -блочного домостроения». Так в СССР появились 20 заводов по производству блоков.
В 1931 году Н.А. Ладовской и В.П. Караулов запатентовали каркасно-блочную систему жилого дома. Первые ОБД были созданы специалистами ЦНИИЭП жилища.
Блочно-модульные здания необходимы при установке жилых, административных зданий в труднодоступных или отдаленных местах, площадках в кратчайшие сроки, с возможностью демонтажа и без крупных денежных убытков.
Говоря о преимуществах блочно-модульного строительства, блоки на предприятиях оснащались окнами, дверями, инженерным, электротехническим оборудованием, климатическими системами, а в нынешнее время оснащаются и дизайнерским интерьером. На месте лишь необходимо было установить в проектное положение, поверх установленных блоков, приварить и заделать стыковочные швы. Также их можно монтировать и демонтировать неоднократно. Отвечает требованиям экологической, пожарной безопасности. Благодаря производству блоков на заводе 65% трудовых процессов перенесено с места застройки, в 2 раза сократить сроки возведения, снизить стоимость на 13% [3].
Во второй половине ХХ века активно применяется в целях ускорения строительства и экономии средств. Например: трудоемкость снизилась почти 23 раза, использование техники (башенных кранов) в 4 раза, расход бетона
примерно на 26%, высокая точность при изготовлении размеров, так как монтаж осуществляется с транспортного средства, происходит экономия на накладных и без установки временных сооружений [4].
Производя около 50 блоков (а это почти 20 м2) в сутки, за 30 дней можно построить 16-ти этажное здание.
Модульный блок можно описать как одна из тонкостенных объемных единиц конструкции здания, обладающая необходимыми показателями устойчивости, прочности, трещиностойкости, жесткости.
Конструктивные системы зданий из объемных блоков.
В зависимости от этажности, протяженности, геологических и климатических условий объемно блочные жилые дома имеют разные конструктивные решения. По отношению к пространственной связанности здания можно разделить на две системы: дома с гибкой и жесткой схемой.
Гибкая схема создается из несущих блоков, которые устанавливаются друг на друга, словно «столб», с высотой равной высоте здания, где между столбов блоков вяжут стержневую арматуру горизонтальными связями. Данная схема применяется в районах стройки с просадочными грунтами, горных выработок, так как это дает возможность зданию идти за деформациями оснований без появления сильных дополнительных усилий. Но очень важным является, чтобы деформации не превышали определенных значений, в избежание смещений смежных блоков в местах организации проемов между ними.
Пространственная схема можно описать как сплошное или частичное заполнение пробелов меж несущих блоков бетоном, образующие соединения, которые могут принять большие сдвигающие силы меж столбов. Можно описать это словно единая пространственная система из балки, консоли, коробки, так как фактические связи препятствуют их сдвигу.
Значение горизонтального смещения точечного типа не более 1/4000 Н. Расчетный прогиб не более 1/1000 L [5].
Секции модулей изготовив на заводе, с использованием передовых
технологий и современных экологически чистых материалов, перевозят на стройку, с учетом эксплуатационных и транспортных нагрузок. Так как блоки изготавливают с заранее оговоренной с заказчиком отделкой, это сокращает сроки сдачи объекта в эксплуатацию. И по уровню комфорта ничем не уступают капитальным строениям. Но окончательно собирают по месту с помощью крана поднимаются от фундамента здания или уже установленных блоков, соединяя, формируется целое здание. В случае расширения, то это без проблем осуществляется добавлением секций, без нарушения конструкции здания и создания неудобств для людей. Данное строительство практически безотходно, потому что все изготавливается на заводе. Еще один плюс, это возможность обслуживания удаленных мест. Где рынок далеко от промышленного центра, когда дом построен в отделанном районе, затраты могут быть дороже.
Блоки обеспечивают несущую и ограждающую функции. Было создано 3 основных типа блоков: «колпак» (1), «стакан» (2), «лежачий стакан» (3). (Рис.1.).
Рис. 1. Типы блоков
От условий опирания блоки подразделяют от условий опирания: линейное по контуру, на продольные стены, две торцевые, консольное опирание, на одну стену и по 4м углам.
В ХХЬм веке методы производства улучшаютсяя с каждым разом, так при применении мостовых кранов, с различной грузоподъемностью (до 100 тонн), дает возможность поднимать крупные секции. В зависимости от объекта доставка и установка может занимать от пары часов до недель. Недостаток
состаит в том, что из-за ширины дороги, размер блока ограничен. Раньше такие дома ассоциировались с низким качеством применяемых материалов. Однако в нынешнее время блочные здания выглядет привлекательно, за счет применения современной отделки фасадов, также стараются создать открытые пространства и естественный свет. Актуальным является создание энергоэффективных зданий с перерабатываемыми экологичными материалами, светодиодным освещением, установкой солнечных панелей.
Но строительство из готовых модульных секций имеет свои минусы, такие как транспортировка, которое может занимать много места и требовать больших денежных затрат. Следующий связан с финансовой частью, иногда банки не выдают кредит на строительство модульного здания, так как еще не полностью ознакомлены со всем процессом, да и большая часть платежей должна быть оплачена заранее. Поэтому клиентам нужно рассмотреть различные способы финансирования для начала стройки [6].
Конечно же проводились ряд испытаний на проверку блоков, одним из них можно привести в пример контрольных испытаний Г.Э. Шаблинского на заводе «ОБД-Выбор», г. Воронеж. По итогам которых можно сделать выводы: разрушение блоков начинается при достижении нагрузки 11, 87 кН, из -за разрушения бетона в опорной части угловых простенков; ширина трещин перекрытия достигает 0,2 мм (допустимое - 0,3 мм); стены прогибаются незначительно.
Хотелось бы отметить о достижении Краснодарского завода, который добился уменьшения массы блока за счет замены железобетона на керамзитобетон с достижением более высоких теплотехнических показателей.
Транспортировка осуществляется в специальных трейлерах с устройствами для амортизации. Дабы защитить от осадков покрывают синтетической пленкой. Прибыв на место ровно по графику, осуществляют монтаж прямо с транспорта при помощи траверс и начинают аккуратно устанавливать на необходимое место, так как у блоков имеются высокие требования к точности при производстве.
Но несмотря на такое большое количество достоинств имеются и минусы. Такие как: не везде есть возможность предусмотреть большие закрытые промышленные площадки для производства и хранения блоков; оборудование, специальное которое необходимо для создания блоков - достаточно редкое дорогое и ранее было не таким совершенным, ведь боки были достаточно габаритными и нужны были мощные грузоподъемные механизмы, плюс перевозка. Поэтому на тот момент не все были готовы к таким затратам с самого начала и отказались от данного метода строительства. Также с точки зрения безопасности непосредственно на объекте недостаточно изучено, нужно углубиться в вопросы стабилизации конструкций, защиты при падении, работе на высоте, разработать стандарты [7].
Рис. 2. Преимущества и недостатки модульного строительства
Для анализа ситуации на рынке был проведен опрос из 106 опрашиваемых респондентов из 7 вопросов. По результатам которого 35 % опрошенных впервые слышат о модульном строительстве, но 21% слышали, но не интересовались глубже, но превосходит мнение что в будущем получит развитие. Возможно, так как 50% респондентов не имеют достоверной информации о возможностях данного вида строительства и не знали о том, что его можно рассмотреть, как альтернативу капитальному. Также не подозревали
что срок службы модульного дома 50 лет, а при условии проведения капитальных ремонтов оно может прослужить и дольше. Около половины привлекли показатели как, скорость введения в эксплуатацию и стоимость затрат. В итоге 60% опрошенных будут рассматривать модульное строительство для решения своих жилищных проблем [8].
Модульное строительство всегда привлекало архитекторов своей гибкостью. Задача - эстетически осмыслить конструкцию из блоков в районе застройки. Так как благодаря тому что блоки можно группировать, ориентировать по разному относительно друг друга, оявляется большой выбор планировочных решений. Например, благодаря продольному сдвигу можно менять типы квартир в секции дома, а чтобы организовать лоджии и эркеры нужно произвести сдвиг поперек продольной оси блоков, галереи, коридоры -за счет выдвижения ряда блоков из плоскости фасада. И развитие технологий испраляет недостатки. Применение блочного строительства становится актуальным и зарубежом, Так в 1967 году в Канаде при использовании блоков типа «колпак», укладывающихся друг на друга, построили «Habitat 67» по проекту Моше Сафди. (рис. 3)
Рис. 3. «Habitat 67» [9] В Токио, Япония построили 13-ти этажную башню «Nakagin Capsule Tower» из стальных блоков размерами 2,5х4х2,5 м, с железобетонным основанием. (рис. 4)
Рис. 4. Nakagin Capsule Tower, Япония [10]
Строительство ЖЕ 7я в г. Астана. Жилой дом выполнен из объемных блоков. Проектируемое здание 16-тиэтажное с цокольным и техническим этажами. Конструктивное решение примененное здесь, это - внутренние и наружные панели из одного слоя, одной пространственной системой с равнораспределенной жесткостью, с действующими нагрузками оцениваемыми объемными блокамиКонструктивная система - вертикальные и горизонтальные связя между столбами из блоков. Горизонтальные нагрузки в "столбе" воспринимают размещенные по четырем углам соединительные детали. Основной конструктивный элемент здания - цельноформованные железобетонные объемные 5-плоскостные блоки типа "лежащий стакан", состоящий из трех стен, пола и потолка, объединенные в единую пространственную систему, воспринимающую ветровые и пульсационные воздействия.
Рис. 5. ЖК 7я, г.Астана, Казахстан [11]
Уже последующее строительство зданий постепенно стараетсся отойти от применения тяжелых железобетонных конструкций, применяя металлический каркас (для малоэтажных - деревянный), выполняя работы по наружней и внутренней отделке, тем самым облегчая вес первоначальных блоков в 3 раза.
Вывод. В развивающемся мире набдлюдаем эволюцию технологии. Ведь ископаемое топливо не вечно, и наша задача - создать экологичный мир, с новыми формами жилья, без ядерных войн, таким образом с развитием технологий, наступает время энергоэффективного модульного строительства.
В настоящее время развиваются эффективные технологии, техника и многие недостатки данного типа строительства решаемы, организуют обширные складские помещения, краны и транспорт, дающие возможность доставлять и монтировать негабаритные блоки. Этот «забытый» метод строительства может являться одним из наиболее перспективных в условия нынешней экономической ситуации в стране, ведь объекты постороенные данным методом обладают высокой прочностью и устойчивы к сейсмонагрузкам. Архитектура зданий, возведенных объемно-блочным методом, отличается особым пространственно-композиционным образом, своеобразным «цифровым» методом формирования фасадов. Архитектурная разнородность дает возможность сочетаться с другими конструктивными типами зданий.
Библиографический список:
1. Жукова Л. Г. Модульные здания. Международный научный журнал
«Инновационная наука» №12/2017 ISSN 2410-6070, 212-213 с.
2. Сауков ДА., Гинзберг ЛА. Современное модульное строительство //Безопасность критичных инфраструктур и территорий. Проблемы безопасности строительных критичных инфраструктур, SAFETY2018. Екатеринбург, 2018. - 2018. - С. 69-82.
3. Белозерский AM. Объемно-блочное домостроение в России // Наука и техника транспорта. 2012. № 3. С. 55-59.
4. Бронников П. И. Объемно-блочное домостроение. М.: Стройиздат, 1979. 160 с.
5. Книга - Здание из объёмных блоков, Москва Стройиздат, 1974 г., Aвторы: Ю.Б.Монфред, НА.Николаев, E.M.Aльтшуллер и др., 22 с.
6. Жукова Л. Г. Модульные здания. Международный научный журнал «Инновационная наука» №12/2017 ISSN 2410-6070, 212-213 с.
7. Статья. Aлизаде Самир Aсиф Оглы «Объемно-блочное домостроение: опыт и перспективы развития» их журнала Aрхитектура и дизайн, 2017 - 1 (21-23 с.)..
8. Статья. Дмитриева Н.О., Беляева A^., Рукосуева E.A. Модульное строительство как современное направление возведения малоэтажного жилья Международный научный журнал Молодой учёный № 15 (149) / 2017 (367-370 с.)
9. «Habitat 67» [Электронный ресурс] - URL: https : //topvoyager.com/habitat-67//.
10. Nakagin Capsule Tower. [Электронный ресурс] - URL: http : //www.kisho .co.j p/page/209.html.
11. ЖК 7я, гАстана, Казахстан [Электронный ресурс] - URL: https://twitter.com/bigroup_kz/status/1056387603367387137?lang=pl.
