Строительство быстровозводимых зданий и сооружений

journal homepage:

В строительстве все значительнее распространение получают новые особые виды возведения зданий, к которым относятся быстровозводимые сооружения из различных материалов и конструкций. Этот тип сооружений особенно часто используется при ликвидации последствий стихийных бедствий. При этом некоторые виды быстровозводимых сооружений остаются на постоянное применение для нужд жилья, соцкультбыта, для возведения промышленных и других объектов.[1] Также быстровозводимые здания приобретают популярность в связи с развитием торговых и складских помещений, и в силу все растущих требований к скорости и цене возведения таких зданий. Такие здания возводятся намного быстрее аналогичных из кирпича или железобетона, их постройка обходится намного дешевле.

Обзор литературы

В настоящее время проблема проектирования, строительства и эксплуатации быстровозводимых комплексов чрезвычайно актуальна для России и зарубежных стран также. Данной проблемой активно занимаются многочисленные учебные, научные и проектные учреждения Росстроя, Минобороны, МЧС и других федеральных и территориальных ведомств [2]. Быстровозводимое домостроение имеет пусть недолгую, но уже очень насыщенную историю написания множества статей, учебников, учебных пособий. Этой темой занималось много исследователей [1-33]. Значительный вклад в развитие быстровозводимых конструкций внесли такие ученые как Рыбаков В.А. [4, 8, 9], Жмарин Е.Н. [5, 9], Адам Ф.М. [29-31] и др. Одним из самых распространенным типом быстровозводимых зданий является ЛСТК, ему посвящено большое количество литературы [1-13]. Также каркасно-щитовому и модульному строительству исследователи уделили большое внимание [14-18, 29-33]. Каркасно-тентовый и метод несъёмной опалубки пока ещё исследуются и имеют мало исследований в данной области [19-22, 23-28]. Широкое применение быстровозводимых конструкций в строительстве в России сдерживается отсутствием норм по их расчету и проектированию. Конечно, нужно отметить, что быстровозводимые конструкции ранее изучались и существуют некоторые методики расчета и нормы зарубежных стран, по которым проектируют и строят.

Виды быстровозводимых зданий

Ведущие исследовательские компании мира, строительные институты, крупные и мелкие компании заняты поиском новых эффективных методов строительства быстровозводимых зданий. Множество новых идей ежедневно тестируется и совершенствуется в разных странах. Наиболее успешные технологии внедряются в практику строительных компаний. Сегодня можно выделить несколько распространенных типов быстровозводимых зданий:

• -  каркасно-панельные (каркасно-щитовые),

• -  каркасно-тентовые (каркасно-мембранные),

• -  бескаркасные,

• -  блочно-модульные,

• -    каркасно-монолитные (метод несъёмной опалубки).

Каркасная система из ЛСТК

Строительство каркасных домов является самым экономичным среди существующих на сегодня строительных технологий. Это обосновывается и тем фактом, что большинство высокоразвитых стран переходит на строительство по каркасной технологии [3]. В настоящее время наиболее эффективной технологией строительства быстровозводимых сооружений является каркасная система из легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК), утеплителя, облицовочных листов и пароизоляционных пленок. Для быстровозводимых облегченных строительных конструкций обычно требуется фундамент мелкого заложения (монолитная плита), свайный или винтовой фундамент (самый экономичный и быстрый вариант) [4]. Технология строительства быстровозводимых зданий реализуется следующим образом. Сначала из стального термопрофиля толщиной 0,7-2 мм с помощью болтов и саморезов собирается каркас наружных панелей. Затем, для защиты от ветра, с наружной стороны крепится ветрозащитная пленка, либо гипсоволокнистая плита. Между профилями каркаса укладывается эффективный утеплитель - эковата, минвата. На внутреннюю поверхность теплоизоляции с перехлестом монтируется парозащитная пленка. После этого поверхность со стороны помещения обшивается гипсокартонными листами. Возможны и альтернативные варианты. В качестве внутренней обшивки возможно использование цементно-стружечной, ориентированно-стружечной плит,фанеры и других современных материалов [2, 5].

Construction of Unique Buildings and Structures, 2015, №4 (31)

Рисунок 1 - Схема здания из ЛСТК [34]

Основными достоинствами способа строительства по технологии ЛСТК являются: быстрота возведения (срок возведения здания из ЛСТК 4-5 месяцев.), лёгкость и простота монтажа (при строительстве требуется 3-4 рабочих.), отсутствие усадки фундамента в период строительства и эксплуатации, всесезонный монтаж, отсутствие тяжёлой техники при строительстве, сейсмоустойчивость. Чаще всего технологию ЛСТК сопоставляют с деревом. ЛСТК имеет ниже себестоимость 1 квадратного метра стены - около 173$, тогда как у деревянного каркаса стоимость 1 кв. метра стены колеблется в пределах от 174 до 236. Масса 1 м2 стены из бревен, составляет 110-130 кг при толщине 220-260 мм бревен, а у ЛСТК 40-53 кг при толщине 154-204 мм. Ещё стоит отметить высокие характеристики теплосбережения у ЛСТК сопротивление теплопередачи пластины толщиной R0 = 3.26 м*ºС/ВТ при толщине 175 мм, тогда как у деревянной стенки толщиной 250 показатель не удовлетворяет действующим нормам и требованиям. Дерево более комфортный материал для проживания в доме. Дело в том, что металл, как бы он не был обшит различными плитами, гипсокартонном и утеплителем - остается металлом. Намагничивание от электросетей и современных бытовых приборов не может не давать знать о себе. К недостаткам ЛСТК относят: пожароопасность при необходимой отсутствии защиты конструкции, проектирование и монтаж зданий (в особенности, зданий с ферменными конструкциями) из ЛСТК должны проводится специалистами высокой квалификации (ценой ошибки может быть обрушение конструкций), специфической проблемой для российского рынка ЛСТК является отсутствие норм проектирования зданий. Также существует неоднозначное мнение, что низкий срок службы по сравнению со зданиями из камня и кирпича, обеспечивается при условии использования для производства термопрофиля из оцинкованной стали общего назначения (Zn < 120 г/кв.м.), данный недостаток сводится к минимуму, если в качестве сырья использовать сталь с цинковым покрытием в 25 микрон (Zn > 350 г/кв.м.). Как видно из приведённых аргументов ЛСТК имеет множество преимуществ перед деревянными конструкциями [6, 7].

Каркасно-щитовой метод

Каркасно-щитовой метод строительства является одним из типов быстровозводимых зданий и сооружений. Деревянные конструкции, а именно каркасно-щитовые уступают ЛСТК, однако если в регионе высокие цены на металл, или он отсутствует, то использует каркасно-щитовой метод в строительстве быстровозводимых зданий. Суть каркасно-щитового строительства сводится к тому, что стены дома возводятся на заранее просчитанной «хребетно-реберной» конструкции. В традиционной европейской технологии фахверка в качестве несущего каркаса выступали деревянные балки, а в качестве стеновых наполнителей использовались самые разнообразные материалы минерального происхождения. дом возводится из заранее изготовленных щитов, размеры которых просчитываются на стадии проектирования. Установленный на фундамент щит снаружи обтягивается пергамином с целью гидро- и ветроизоляции. Изнутри по пергамину прокладывают слой утеплителя (для этих целей чаще всего используется минеральная вата) толщиной 150 мм. Опять же изнутри на утеплитель кладут пароизоляционный материал, в качестве которого может выступать тот же самый пергамин. По своим теплоизоляционным характеристикам такая стена соответствует полутора метрам традиционной кирпичной кладки. Более того, три перечисленных слоя, собственно, и являются готовой стеной дома. Какие материалы будут закрывать слой ветроизоляции снаружи и слой пароизоляции изнутри, зависит исключительно от выбранной внутренней и внешней отделки дома. Традиционным основанием для отделки из облицовочного кирпича является цементно-стружечная плита (ЦСП), сайдинг или деревянная вагонка допускают другие варианты [14].

Рисунок 2 - Устройство каркасно-щитового здания [35]

Каркасно-щитовые дома обычно сравнивают с бревенчатыми или брусовыми домами. Преимуществами каркасно-щитовых конструкций являются: быстрота возведения (от 4-6 недель благодаря автоматизации и отточенности технологического процесса), лёгкость конструкций, простота монтажа, не требует усадки в отличии от бревенчатых и брусовых домов, высокие теплоизоляционные свойства каркасной конструкции, при относительно низкой толщине стен (25см) — эквивалент по теплотехнике — в брусовом доме — 54 см; полнотелом кирпиче — 180 см; в пеноблоках — 80 см. По акустическим показателям каркасный дом за счёт защитных сред и утеплителей имеет показатели скорость распространения звука с = 4,2*10-3 м/с, тогда как у других методов с = 4,9*10-3 м/с. К недостаткам относят: каркасные дома менее экологичны, чем другие виды, по причине синтетических материалов утеплителя и затрудненный воздухообмен и обмен влагой. Соотношение цены-качества и скорости строительства намного лучше у каркасно-щитовых зданий в сравнении с бревенчатыми или брусовыми домами, что является одним из важных показателям при выборе конструкции и материалов в строительстве.

Каркасно-тентовый метод

Ещё одним из видов быстровозводимых зданий является каркасно-тентовый (каркасномембранный) метод. В отличие от ЛСТК и щитового-каркасного метода каркасно-тентовый метод используется для с/х зданий, бытовых складов и объектов досуга и отдыха. Конструкция всегда состоит из тентовой оболочки, представляющей собой однослойный или двухслойный тент, поддерживаемый в проектном положении легким металлическим каркасом из алюминиевых, стеклопластиковых или полиэтиленовых труб. [19] Подобные конструкции могут быть в исполнении различных форм, размеров и назначений. Но неизменно общим остается их структура построения и основная цель - быстрое обустройство пространства. Такие мобильные конструкции, как правило, очень удобны для транспортировки и просты в сборке. Тентовая ткань представляет собой основу из полиэстера, полиэфира, покрытую с двух сторон поливинилхлоридом и защитным лаком, прочный и эластичный материал, который сохраняет свои характеристики при температурах от -50°С до + 50°С. Монтаж тентовых оболочек сводится к установке каркаса и устройству по нему тентового покрытия. В каркасе такой оболочки могут быть быстроразъемные соединения, а в тканевой основе — специальные

«застегивающиеся» устройства. В этом случае оболочку можно перевозить несколькими транспортабельными пакетами [20].

Рисунок 3 - Каркасно-тентовое сооружение [36]

Каркасно-тентовый метод имеет множество преимуществ таких как: мобильность (возможность быстрого монтажа (2-3 дня), демонтажа и переноса на другое место), низкая металлоемкость (привлекательная цена по сравнению с капитальными конструкциями), cветопрозрачность (в светлое время суток не требуется дополнительное освещение), простота сборки (минимальные затраты на технику, отсутствие сварки, болтовые соединения) и гибкость (возможность модификации существующих конструкций, увеличения площади и длины). К недостаткам же этого метода стоит отнести: малый срок службы (тент - 15 лет, каркас - 40 лет), постоянна подкачка воздуха, значительные теплопотери( термическое сопротивление Rc = 0.0063 м2 0С/ Вт), большие затраты на энергию (так для теннисного корта работающего 24 часа с размером 648 м2 будет расходоваться на воздуходувку 1 кВт, освещение 7 часов 0,6 кВт, отопление газовое 20 м3 за 6 месяцев), для натяжения гибких натяжных элементов каждому из них необходимо натяжное устройство типа талрепа, которое необходимо ручным способом натягивать, что замедляет общую сборку или разборку конструкции, элементы верхней периферийной обвязки каркаса выполнены жесткими из металлических труб или деревянных балок, или полимерных труб, что затрудняет очистку тентовой крыши от дождевой и талой воды, слабая защита от разрыва, в том числе вандализма (Разрывная нагрузка (основа/уток) 280/280dan/5см) [21]. В итоге этот метод благодаря своим преимуществам лучше всегда подходит для строительства: промышленных зданий, складов, спортивных объектов, отдыха и сельского хозяйства.

Метод несъёмной опалубки

В последнее время становится популярен метод несъёмной опалубки при строительстве быстровозводимых зданий. По цене и стоимости обслуживания он выигрывает у предыдущих методов (стоимость 1 кв. метра около 130$), однако метод также имеет свои преимущества и недостатки. Технология возведения строительных конструкций с применением несъемной опалубки более 30 лет благополучно используется в США, Канаде и странах Европы. В России дома из несъемной опалубки строятся уже около 10 лет, они прекрасно себя зарекомендовали. Основным преимуществом применения технологии несъемной опалубки является возможность возведения многослойной конструкции с необходимой теплоизоляцией за один технологический цикл. То есть стена получается сразу «теплой» и не требуется дополнительных затрат на работы по утеплению, следовательно строительство получается более экономичным [23]. Несъёмная опалубка - это набор комплектующих, которые в сборе представляют собой единую опалубочную конструкцию. В некоторые модели опалубки можно помещать утеплитель, армированные сетки, арматуру, а затем заливать бетон. Благодаря объединению нескольких строительных процессов, несъемная опалубка существенно ускоряет и упрощает все строительные процессы. Строительство конструкций с несъемной опалубкой напоминает игру в детский конструктор. Разные части опалубки скрепляют при помощи специальных замковых конструкций, внутри закладывают строительную арматуру с рифлениями и заливают бетон. Как правило, при использовании несъемной опалубки не требуется сложной строительной техники [24, 25].

Различают несколько принципиально разных видов несъёмной опалубки: несъемная опалубка из керамзитобетона, несъемная опалубка из пенополистирола, деревобетонные панели или блоки, носящие название арболит, стекломагнезитовую несъемную опалубку, армированные панели, облицовочная несъемная опалубка «Техноблок». Эти виды различаются прежде всего материалами из которых состоит конструкция. Преимуществами метода несъёмный опалубки являются: простота монтажа, скорость возведения, малая цена (стоимость 1 кв. метра около 130$), конструкции являются жесткими и несущими, прекрасная тепло- и звукоизоляция. К недостаткам же относят: низкую шумоизоляцию, не доступность (в России этот материал не получил широкого распространения), требуется отделка, сезонные ограничения строительства (в летнее время необходимо увлажнение бетона водой. При температуре ниже -5-ти градусов по Цельсию возникают проблемы с затвердеванием бетона), Высокая влажность (в домах из

Рисунок 4 - Схема несъёмной опалубки [37] несъемной опалубки необходимо использовать принудительную вентиляцию), обязательное заземление/зануления дома (так как технология подразумевает использование металлической арматуры, требуется устройство заземленного контура для защиты от атмосферных разрядов) [24].

Блочно-модульные быстровозводимые здания

Главное отличие конструкций блочно-модульных зданий от рассмотренных конструкций состоит в том, что этот тип конструкций может с быстрой лёгкостью перемещаться и воздвигаться в разных местах. Блочно-модульные быстровозводимые здания могут производиться в неперемещаемом или мобильном выполнении. Это универсальные конструкции, состоящие из прочного каркаса, ограждающих элементов и кровли. Самыми главными элементами быстровозводимых модульных зданий являются так называемые блок-модули конкретных размеров, которые позволяют выстраивать сооружения с необходимыми размерами. На строительную площадку готовый модульный блок доставляется в состоянии полной либо частичной сборки полностью подготовленных элементов конструкции. На самой площадке требуется только сооружения фундамента. Чаще всего это мелкозаглубленные или незаглубленные типы фундаментов: ленточные, плитные или столбчатые. Модульные здания относятся к временным строениям, могут устанавливаться без фундамента (преимущественно до трёх этажей), могут легко демонтироваться и перевозиться на другое место. Изготавливаются в различном исполнении для любых климатических условий, отвечают всем пожарным и санитарным требованиям, имеют систему отопления и вентиляции, сантехнику и электрооборудование [29-31]. Для изготовления модулей используют следующие виды материалов: металл (блок-контейнеры, бытовки, нестандартные конструкции); дерево (блоки из профилированного бруса, оцилиндрованного бревна или древесно-щитовых материалов); бетонные конструкции (армированные бетонные плиты или модульные конструкции из ячеистых бетонов).

Рисунок 5 - Блочно-модульное сооружение [38]

Самое главное преимущество модульных зданий - это их мобильность, скорость развертывания. двухэтажное временное здание может быть собрано в течение нескольких дней, также преимуществом данного метода является: возможность установки в местах, где обычное строительство затруднено или невозможно, высокая степень заводской готовности, применение современных отделочных материалов, высокое качество исполнения, стойкость к сейсмическим и снеговым нагрузкам. Недостатками у Блочномодульных зданий являются: возможность ухудшения теплоизолирующих и прочностных свойств через несколько десятков лет эксплуатации, нежелательность сооружения быстровозводимые конструкции в регионах с повышенной влажностью, а также с очень низкими зимними температурами, сложность монтажа предполагает проведение работ только высокопрофессиональной бригадой [33].

Вывод

В результате проводимого анализа и исследования строительства быстровозводимых зданий и сооружений пришли к нескольким выводам. Самым главным достоинством быстровозводимого здания является, конечно же, скорость возведения, не зависящая от времени года, что немаловажно. Для районов, пострадавших от стихийных бедствий, быстровозводимые здания являются наилучшим выходом из тяжёлого положения. У разных типов конструкций есть свои преимущества и недостатки, исходя из них выбирают нужный тип конструкций. Как видно из приведённых аргументов в статье одной из лучших технологии является ЛСТК, но если цена значительно выше или необходимые преимущества содержит другой тип конструкции, то выбирают нужную технологию. В качестве заключения хотелось бы сказать, что быстровозводимые здания представляют всё более важное значение и значительно упрощают и улучшают жизнь людей.