В данном исследовании особое внимание уделяется проблеме соединений, необходимых для обеспечения гибкого взаимодействия между деревянными элементами и конструкциями модульных зданий.
В исследовании будут рассмотрены различные типы соединений конструкций модульных быстровозводимых зданий, проведен анализ возведения модульных зданий, рассмотрены различные конструктивные схемы, а также комплексно изучены виды и способы соединения как отдельных элементов, так и полноценных блоков рассматриваемых зданий для дальнейшего исследования с помощью учебных пособий и научных статей. Для законодательного обоснования ряда вопросов были использованы нормативные документы по проектированию и оценке зданий и сооружений.
Ключевые слова: деревянные здания, модульные здания, гибридные соединения, каркасные системы, объемно-блочные системы
In this study, special attention is paid to the problem of connections necessary to ensure flexible interaction between wooden elements and structures of modular buildings.
The study will consider various types of connections of structures of modular prefabricated buildings, analyze the construction of modular buildings, consider various design schemes, as well as comprehensively study the types and methods of connecting both individual elements and full-fledged blocks of buildings under consideration for further research with the help of textbooks and scientific articles. Regulatory documents on the design and evaluation of buildings and structures were used for the legislative justification of several issues.
Keywords: wooden buildings, modular buildings, hybrid connections, frame systems, volumetric block systems
Модульное проектирование и строительство — это метод создания сооружения из модулей, изготавливаемых в контролируемой заводской среде, доставляемых на строительную площадку в виде блоков и возведения такого сооружения с увеличением скорости и эффективности.
Модульные блоки собираются на месте в контролируемых условиях с использованием материалов, изготавливаемых также на месте производства блока или заказываются у поставщика с указанием точных размеров. Соответствующие условия позволяют на протяжении всего процесса сборочной линии соблюдать требования и осуществлять контроль качества к конструкциям модулей и составляющим их элементам, а также позволяют сократить количество отходов на строительной площадке, включая шум. Сборка сооружения из 75–90 % заранее изготовленных конструкций и блоков, которые привозятся на строительную площадку готовыми к установке, также помогают значительно сократить время и объемы работ на месте.
Главным преимуществом модульных зданий является их мобильность, скорость развертывания, стойкость к сейсмическим нагрузкам. Использование и установка модульных зданий доступна в местах, где обычное строительство затруднено или невозможно. Недостатками у модульных 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.
Объемная модульная конструкция включает в себя сборку отдельных элементов за пределами площадки, которые объединяются в блоки, которые затем соединяются на месте, собирая в единое целое здание.
Модульные здания могут состоять из комбинации объемно-блочных и линейных компонентов, а элементы могут собираться как на заводе, так и в пределах строительной площадки в зависимости от конкретных требований проекта. При необходимости сборки комбинированных систем (например, модуль и элемент каркаса) крупногабаритные конструкции, которые проблематично транспортировать, могут быть собраны на месте.
В соответствии с конкретными условиями и требованиями проекта разрабатываются различными и модули, и типы стыковки отдельных элементов и соединения самих модулей между собой.
В исследовании рассматриваются варианты соединений на основании анализа отечественного и зарубежного опыта.
Когда речь идет о соединениях конструкций модульного здания относительно российских реалий и существующей нормативной документации чаще всего в основу узла ложатся соединения каркасных и объемно-модульных зданий. Чаще всего конструкции соединяются с использованием интегрированных закладных деталей в виде досок и брусков. Элементы таких стыков крепятся на деревянные дюбеля или анкеруют стальными стержнями, иногда используют стальные пластины на расчетном количестве дюбелей.
Обычно для выполнения требований к допускам между элементами в таких соединениях предусматривают монтажные зазоры, что характерно для соединений конструкций зданий каркасного типа. Зазоры используют для устройства изоляции и прокладки рассчитываемого количества утеплителя. При этом оставляя вентилируемые области для зон стыковки модулей между собой.
Соединение модулей между собой могут выполняться при помощи болтов и гаек, устанавливаемых в предусмотренных для этого местах конструкции модуля.
Установка модулей друг на друга может также производиться через распределительные стальные пластины, располагаемые по углам каждого модуля и в местах, максимально подвергаемым вертикальным деформациям. При проектировании соединений необходимо учитывать деформации. Деформации приводят, например, к появлению щелевых отверстий в местах стыковки деревянных элементов и стальных деталей.
Такие соединения являются самыми распространенными и часто используемыми. На ряду с более распространенными соединениями разрабатываются и применяются так называемые «гибридные» стыки. Например, в Новой Зеландии в начале 1990–х годов были предложены и испытаны соединения с резьбовыми эпоксидными шпильками (стержнями), которые встраивались в места соединений конструкций блока. Результаты показали значительную пластичность соединений, достигнутую за счет текучести материалов. Аналогичная схема с добавлением последующего натяжения была разработана в Университете Кентербери, Крайстчерч, в середине 2000-х годов. Пластичность достигается главным образом за счет податливости внутренних или внешних закладных деталей из мягкой стали во время воздействия на соединения боковых нагрузок. Или, например, композитные модули из LVL-панелей на деревянных дюбелях, комбинированных с бетоном, представленные в Лондоне, в 2017 году.
Рассматривая различные модульные конструкции и их соединения, можно сделать вывод, что способы стыковки элементов и блоков хоть и разнообразны и практически проверены, но все еще имеют свои недостатки.
Необходимо брать во внимание и следующие условия:
— соединения должны быть рассчитаны на сейсмические воздействия,
— отсутствие трещиноватых соединений (соединители должны обладать достаточной гибкостью),
— отсутствие хрупкого разрушения во внутренних соединениях,
— остаточная пропускная способность в соединениях между модулями.
Общими недостатками соединений являются повышенная податливость и значительная ползучесть при длительном загружении и осадке здания. Немалым недостатком может сталь сквозняк холодного воздуха через щели в местах соединения при недостаточной изоляции стыка.
Выводы. Витоге, соединения, рассматриваемые в исследовании, требуют дальнейшего изучения и доработки, так как модульное строительство может стать важным элементом строительной отрасли России за счет восполняемости материала, экологичности и эффективность.
Литература:
- Адам Ф. М. Совершенствование технологии строительства модульных быстровозводимых малоэтажных зданий. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. 2001
- Воротынцев В. Конструкция норвежских каркасных домов. Часть 9. Стены. 2015
- Баринов А. М., Попов В. И. О некоторых аспектах разработки проектных решений быстровозводимых защитных сооружений для укрытия населения. Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура».
- Вержбовский Г. Б. Полносборные малоэтажные здания из полимерных композитов и бетона: конструкция, расчет и технология возведения. Автореферат по ВАК РФ 05.23.01.
