CC BY
29Организация
строительного производства
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
УДК 624.05
С.А. СЫЧЕВ, канд. техн. наук (sasychev@ya.ru)
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (190005, г. Санкт-Петербург, ул. 2-я Красноармейская, 4)
Технология скоростного монтажа
зданий из высокотехнологичных строительных систем
Цель процесса - найти оптимальное сочетание решений, которое позволит создать здание с максимально возможным соответствием энергоэффективному индустриальному скоростному возведению полносборных зданий из высокотехнологичных систем, учитывая природно-климатические условия местности, функциональное назначение, архитектурные предпочтения и требования нормативных документов. Мероприятия, направленные на выполнение вышеизложенных требований, подразумевают выполнение комплекса объемно-планировочных, конструктивных, технологических решений, а также современное инженерное оборудование. Таким образом, комплексное использование основных положений на практике позволяет создать систему возведения полносборных зданий с заранее подготовленным фундаментом, дорогами, благоустройством и подведенными инженерными сетями, что допускает скоростное возведение здания из высокотехнологичных систем и оперативное подключение здания к подготовленным инженерным сетям. Интегральный характер «чистого» строительства ставит перед автором задачу, решение которой индивидуально в каждом конкретном случае, обеспечивает устойчивое развитие и часто является инновационным. Формирование скоростного метода монтажа заключается в поиске рациональных решений путем последовательного анализа составляющих организационно-технологической структуры.
Ключевые слова: быстрая сборка, унифицированные модульные конструкции, предварительно изготовленные на заводе, быстровозводимые модульные здания, высокая скорость строительства, проект производства работ, логистика, контроль качества, контроль точности.
Для цитирования: Сычев С.А. Технология скоростного монтажа полносборных зданий из высокотехнологичных строительных систем // Жилищное строительство. 2017. № 1-2. С. 42-46.
полносборных
SA. SYCHEV, Candidate of Sciences (Engineering) (sasychev@ya.ru) Saint-Petersburg State University ofArchitecture and Civil Engineering (4, 2-ya Krasnoarmeyskaya Street, 190005, Saint-Petersburg, Russian Federation)
Technology Of High-speed Installation Of Prefabricated Buildings Of A High-tech Building Systems
The goal is to find the optimal combination of decisions which will allow to create a building with maximum energy efficient line of industrial «clean» speed of erection of prefabricated buildings from high-tech systems, considering climate and natural conditions of the area, functionality, architectural preferences and requirements of normative documents. Activities aimed at fulfilling the above requirements imply the implementation of complex space-planning, design, and technological solutions, and modern engineering equipment. Thus, the integrated use of the basic provisions in practice is a system of erecting prefabricated buildings with pre-prepared foundations, roads, landscaping and utilities networks that allow high-speed construction of buildings of high-tech systems and operational connection of the building to the prepared networks. The integrative character of the «pure» construction poses experts the task individually in each specific cases, ensures sustainable development and is often innovative. The formation of a high-speed method of installation is to find rational solutions through continuous analysis of components of organizational and technological structures.
Keywords: quick build, standardized modular design, prefabricated in the factory, prefabricated modular buildings, high speed of construction, the project of manufacture of works, logistics, quality control, precision control.
For citation: Sychev S.A. Technology Of High-speed Installation Of Prefabricated Buildings Of A High-tech Building Systems. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2017. No. 1-2, pp. 42-46. (In Russian).
Известные решения и технологии в мире для строительства полносборных зданий крайне несовершенны для скоростного монтажа высокотехнологичных зданий. Лидерами в этой отрасли по праву считаются США, Китай, Германия и Франция [1-6].
Недостатком известных систем для строительства полносборных зданий является пониженная устойчивость здания при наращивании этажей; несущий каркас и конструкция самих модулей не позволяют осуществить монтаж большепролетного многоэтажного здания; несущие стены содержат слабый несущий каркас с легким бетоном; несущие стены имеют малую толщину. При этом количество не-
42| -
сущих стен удваивается в месте стыка модулей, что, в свою очередь, усложняет конструкцию и монтаж здания [7-11].
Технической задачей, разработанной автором домостроительной системы, является повышение экономичности строительства полносборных зданий из строительных модулей и расширение архитектурно-планировочных возможностей путем снижения трудоемкости и затрат при строительстве здания, а также повышение его сейсмической устойчивости.
Разработанная система возведения полносборных зданий из высокотехнологичных строительных модулей отличается от ближайших технологий тем, что строитель-
М-2'2017
ЖИЛИЩНОЕ
Научно-технический и производственный журнал
Л
Organization of construction works
Рис. 1. Общий вид всех элементов строительного модуля для строительства зданий: 1 — пол; 2 — несущие стены; 3 — одноуровневые несущие колонны; 4 — планки; 5 — верхний бетонный пояс; 6 — ребра жесткости; 7 — стеклопакеты; 8 — ограждающие панели
ныи модуль содержит одноуровневые несущие колонны и ограждающие панели; строительные модули несущих стен, пола и потолка содержат встроенные инженерные сети и финишную отделку, выполненную в заводских условиях; колонны и каркас строительных модулей пола и потолка содержат болтовые отверстия для присоединения друг к другу с помощью высокопрочных болтов и планок; строительный модуль пола содержит верхний бетонный пояс для обеспечения большей несущей способности и размещения отделки пола и металлический нижний пояс; наружные ограждения здания выполнены в виде сэндвич-панелей с элементами солнечных батарей для выработки электроэнергии и стеклопакетов; на планках несущих колонн расположены ребра жесткости, причем строительные модули пола и потолка на торцах содержат крепления для монтажа ограждающих панелей и стеклопакетов здания. Удлиненные несущие колонны для двухуровневых помещений выполнены из трубы, заполненной бетоном, так же как и одноуровневые несущие колонны; места крепления с колоннами в строительном модуле также содержат бетон; в собранном виде получается многоэтажное здание из строительных модулей, собираемое на заранее подготовленном фундаменте. На рис. 1 представлен общий вид 1
всех элементов строительного модуля для строительства зданий.
Строительный модуль, содержащий пол, несущие стены и строительный потолок и предназначенный для установки на него последующих строительных модулей, а также одноуровневые несущие колонны и ограждающие панели. Строительные модули несущих стен, пола и потолка содержат встроенные инженерные сети и финишную отделку, выполненную в заводских условиях. Колонны и каркас строительных модулей пола и потолка содержат болтовые отверстия для присоединения друг к другу с помощью высокопрочных болтов и планок. Строительный модуль пола содержит верхний бетонный пояс для обеспечения большей несущей способности и размещения отделки пола и металлический нижний пояс. Наружные ограждения здания выполнены в виде сэндвич-панелей с элементами солнечных батарей, для выработки электроэнергии, и стеклопакетов, на планках несущих колонн расположены болтовые отверстия и ребра жесткости. На рис. 2 представлен общий вид типового строительного модуля в собранном виде.
Причем строительные модули пола и потолка на торцах содержат крепления для монтажа ограждающих панелей и стеклопакетов здания. Удлиненные несущие колонны для двухуровневых помещений выполнены из трубы, заполненной бетоном, так же как и одноуровневые несущие колонны. Места крепления с колоннами в строительном модуле также содержат бетон, в собранном виде получается многоэтажное здание, собираемое на заранее подготовленном фундаменте.
Строительство здания из унифицированных строительных модулей ведется с помощью модулей одного размера, состоящего из жестко сваренных металлоконструкций. С помощью несущих колонн строительные модули устанавливаются друг на друга. Соединение при помощи высокопрочных болтов через болтовые отверстия к планкам колонн. Для опирания двух смежных строительных модулей пола и потолка используется одна колонна. Наличие удлиненных несущих колонн позволяет выстраивать двухуровневые пространства путем исключения промежуточ-
Рис. 2. Общий вид типового строительного модуля в собранном виде: 1 — строительный модуль; 2 — пол; 3 — одноуровневые несущие колонны; 4 — ограждающие панели; 5 — встроенные инженерные сети; 6 — металлический нижний пояс; 7 — стеклопакеты; 8 — ребра жесткости; 9 — крепления; 10 — бетон
1
1-22017
43
Организация
строительного производства
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
ных строительных модулей пола. Несущие колонны прикреплены к полу и потолку прочными болтовыми креплениями через планки, которые жестко приварены к колоннам, содержащим болтовые отверстия. На рис. 3 представлен вариант установки первых трех этажей здания из предлагаемых строительных модулей.
Для обеспечения жесткости конструкции здания из строительных модулей в центре здания устанавливаются несущие стены, обеспечивая таким образом ядро жесткости здания. В центре здания строительные модули опираются на несущие стены, по периметру здания - на несущие колонны. Несущие стены и строительный модуль содержат финишную отделку, нанесенную на поверхность этих модулей; строительный модуль пола содержит верхний железобетонный пояс, нанесенный на верхнюю часть модуля, обеспечивающий большую жесткость модуля при изгибе, поверх которого выполнена финишная отделка пола; строительный модуль потолка содержит нижний металлический пояс, выполненный в виде структурного перекрытия из металлических профилей, обеспечивающий большую жесткость модуля при изгибе и крепление инженерных сетей, понизу которого выполнена финишная отделка потолка.
Строительные модули пола и потолка на торцах содержат крепления. При помощи болтовых соединений, к которым крепятся ограждающие панели (содержащие элементы солнечных батарей, вырабатывающих электроэнергию) и стеклопакеты здания. Для повышения несущей способности и унификации при повышении этажности здания несущие колонны выполнены из трубы, заполненной бетоном, образуя так называемый трубобетон, так же как и одноуровневые несущие колонны. Для обеспечения передачи нагрузки от несущих колонн места крепления колонн со строительными модулями также заполнены бетоном.
1
Рис. 3. Вариант установки первых трех этажей здания из предлагаемых строительных модулей: 1 — строительный потолок; 2 — последующие строительные модули; 3 — болтовые отверстия; 4 — высокопрочные болты; 5 — планки; 6 — верхний бетонный пояс; 7 — болтовые отверстия; 8 — ребра жесткости; 9 — крепления; 10 — бетон
Строительный модуль для строительства зданий используется следующим образом.
Строительные модули поставляются на площадку в разобранном виде, представляя собой модуль пола и потолка и несущую стену с инженерными сетями и с финишной отделкой, выполненной в заводских условиях. Многоэтажное здание состоит из строительных модулей, установленных через колоны; последующих модулей; модуля несущей стены, установленной как ядро жесткости здания в центре, и ограждающих панелей со стеклопакетами. Строительные модули вышележащих этажей установлены на несущие колоны нижележащих, обеспечивающих несущую способность и жесткость узлов благодаря ребрам жесткости и жестко прикрепленным к планкам в вертикальном направлении. Модули несущих стен обеспечивают жесткость здания в горизонтальном направлении. По аналогии монтируют последующие этажи здания. б
а1
а
а-а
1
44. „ н е; ■11
-1
ЛГ
6000x5= 30000
Рис. 4. Схема возведения каркаса высотных зданий из строительных модулей с ограждающими сэндвич-панелями и остеклением: а — со стальным ядром жесткости; б — с железобетонным каркасом; 1 — ядро жесткости; 2 — смонтированная часть каркаса; 3 — монтируемая часть каркаса; 4 — строительный потолок; 5 — одноуровневые несущие колонны; 6 — ограждающие панели; 7 — стеклопакеты; 8 — удлиненные несущие колонны; 9 — фундамент
44
1-2'2017
Научно-технический и производственный журнал
Organization of construction works
Рис. 5. Готовые полносборные здания из высокотехнологичных строительных систем
Монтаж здания производят с помощью траверсы или строп. Основным подъемным устройством является башенный или колесный кран.
Здание состоит из отдельных строительных модулей. Количество модулей, укладываемых друг на друга по вертикали через колонны, зависит от этажности здания и диаметра колонн, обеспечивающих несущую способность. Строительные модули связаны между собой по горизонтали и вертикали. После завершения соединения модулей с колоннами выполняется окончательная финишная отделка мест сопряжения модулей. На рис. 4 представлена схема возведения каркаса высотных зданий из строительных модулей с ограждающими сэндвич-панелями и остеклением.
Кроме того, поскольку колонны крепятся к строительным модулям не напрямую, а через планки при помощи высокопрочных болтов, это обеспечивает высокую точность соединения и скорость монтажа, так как в строительном модуле в месте сопряжения с колонной заложен тяжелый бетон, а планки с болтовыми отверстиями соединены с колоннами через ребра жесткости, прочность соединения между элементами здания может быть доведена до максимума.
Далее, вследствие использования в строительной системе здания строительных модулей повышенной заводской готовности отсутствует необходимость производства крупных строительных работ на строительной площадке и соответственно объем материала, используемый для строительной конструкции здания, может быть уменьшен. Кроме того, исключены наиболее трудоемкие и долгие процессы («мокрые» процессы, сварочные работы). Строительные
модули уже включают все инженерные сети, соединяемые по горизонтали, а строительные модули несущих стен в центре здания содержат инженерные сети, соединенные по вертикали; остальное пространство этажа включает только несущие колонны. Следовательно, увеличиваются горизонтальные и вертикальные пространства, пригодные к эксплуатации, и таким образом может быть увеличена площадь прохода и пространство, необходимое для размещения мебели, оборудования и людей. На рис. 5 представлен вариант полносборного здания из высокотехнологичных строительных систем.
Кроме того, поскольку панели выступающего строительного модуля могут быть расположены снаружи трейлера и даже при содержании всех инженерных сетей имеют небольшую толщину, то одновременно могут быть перевезены два комплекта модулей, что обусловливает снижение транспортных издержек.
Таким образом, предлагаемая конструкция строительного модуля по сравнению с базовой и другими конструктивными решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение оперативности монтажа и устойчивости здания; снижение трудоемкости изготовления и монтажа строительных модулей; снижение затрат на строительство здания; расширение архитектурно-планировочных возможностей при различных вариантах установки модулей; повышение точности изготовления и монтажа конструкций. Это достигается за счет использования строительных модулей повышенной заводской сборки и финишной отделки, устраиваемой в заводских условиях; унификации строительных
1-2'2017
45
Организация
строительного производства
Ц M .1
Научно-технический и производственный журнал
модулей и крепежных элементов; использования металлических конструкций и ограждающих сэндвич-панелей вместо бетонных, а также полносборности конструкций здания.
Выводы.
Предлагается модульная система энергоэффективного индустриального «чистого» скоростного возведения полносборных зданий из высокотехнологичных систем, что позволяет оценивать степень пригодности данной технологии к скоростному возведению зданий и сооружений.
Предлагаемая система скоростного домостроения из модульных высокотехнологичных систем перспективного направления позволяет достигать следующие цели: механизация, автоматизация и роботизация монтажа и демонтажа; сокращение сроков строительства; комплектная поставка технологического и инженерного оборудования; обеспечение запасными системами и частями; полная готовность объекта к автономной и безопасной работе; обеспечивается высокое качество строительства.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Day A. When modern buildings are built offsite. Building engineer. 2010. № 86 (6), pp. 18-19. Allen E., lano J. Fundamentals of building construction: Materials and methods. J. Wiley & Sons. 2004, 28 p. Fudge J., Brown S. Prefabricated modular concrete construction. Building engineer. 2011. № 86 (6), pp. 20-21. Staib G., Dörrhöfer A., Rosenthal M. Components and systems: Modular construction: Design, structure, new technologies. Institut für internationale ArchitekturDokumentation, München, 2008. 34 p. Knaack U., Chung-Klatte Sh., Hasselbach R. Prefabricated systems: Principles of construction. De Gruyter. 2012. 67 p. Асаул А.Н., Казаков Ю.Н., Быков В.Л, Князь И.П., Ерофеев П.Ю. Теория и практика использования быстро-возводимых зданий. СПб.: Гуманистика, 2004. 463 с. Афанасьев А.А. Технология возведения полносборных зданий. М.: АСВ, 2000. 287 с.
8. Сычев С.А. Системный анализ технологий высокоскоростного строительства в России и за рубежом // Перспективы науки. 2015. № 9 (72). С. 45-53.
9. Афанасьев А.В., Афанасьев В.А. Организация строительства быстровозводимых зданий и сооружений. Быстровозводимые и мобильные здания и сооружения: перспективы использования в современных условиях. СПб.: Стройиздат, 1998. С. 226-230.
10. Верстов В.В., Бадьин Г.М. Особенности проектирования и строительства зданий и сооружений в Санкт-Петербурге // Вестник гражданских инженеров. 2010. № 1 (22). С. 96-105.
Сычев С.А. Моделирование технологических процессов ускоренного монтажа зданий из модульных систем // Монтажные и специальные работы в строительстве. 2015. № 11. С. 18-25.
References
11
4. Staib G., Dörrhöfer A., Rosenthal M. Components and systems:Modular construction: Design, structure, new technologies. Institut für internationale ArchitekturDokumentation, München, 2008. 34 p.
5. Knaack U., Chung-Klatte Sh., Hasselbach R. Prefabricated systems: Principles of construction. De Gruyter. 2012. 67 p.
6. Asaul A.N., Kazakov Ju.N., Bykov B.L., Knjaz' I.P., Erofe-ev P.Ju. Teorija i praktika ispol'zovanija bystrovozvodimyh zdanij [The theory and practice of use of the fast-built buildings]. Saint-Petersburg: Gumanistika, 2004. 463 p.
7. Afanas'ev A.A. Tehnologija vozvedenija polnosbornyh zdanij [Technology of construction of prefabrication buildings]. Moscow: ASV, 2000. 287 p.
8. Sychev S.A. System analysis technology of high-speed construction in Russia and abroad. Perspektivy nauki. 2015. No. 9, pp. 45-53. (In Russian).
9. Afanas'ev A.V., Afanas'ev V.A. Organizacija stroitel'stva bystrovozvodimyh zdanij i sooruzhenij. Bystrovozvodimye I mobil'nye zdanija i sooruzhenija: perspektivy ispol'zovanija v sovremennyh uslovijah [The organization of construction of the fast-built buildings and constructions. The fast-built and mobile buildings and constructions: prospects of use in modern conditions]. Saint-Petersburg: Strojizdat, 1998, pp. 226-230.
10. Verstov V.V., Badyin G.M. Features of design and construction of buildings and constructions in St. Petersburg. Vestnik gragdanskih ingenerov. 2010. No. 1, pp. 96-105. (In Russian).
11. Sychev S.A. Modelirovanie tekhnologicheskikh protsessov uskorennogo montazha zdanii iz modul'nykh sistem. Montazhnye i speciafnye raboty vstroitel'stve. 2015. No. 11, pp. 18-25. (In Russian).
15-18 МАРТА
X спеималмэирооалнэп аыс тапка
УралСтройЭкспо
Энерго- и Ресурсосбережение ЖКХ - новые стандарты
2.
3.
Day A. When modern buildings are built offsite. Building engineer. 2010. No. 86 (6), pp. 18-19. Allen E., lano J. Fundamentals of building construction: Materials and methods. J. Wiley & Sons. 2004, 28 p. Fudge J., Brown S. Prefabricated modular concrete construction. Building engineer. 2011. No. 86 (6), pp. 20-21.
В РАМКАХ VIII ЮЖНО УРАЛЬСКОГО СТРОИТЕЛЬНОГО ФОРУМА
НГЯ'ЮЕ Челяйннск, ДС » Юийстьн
»Ь4£ТА|ОЧ№4 _
о.ьмдимьмт Тел.г (351) 755-55-10. mvw.uralbuiid.com
46
1-22017
