Исследование технологии строительства быстровозводимых зданий

В данном исследовании были изучены лучшие практики строительства объектов в арктических условиях и возведения многофункциональных медицинских центров в условиях дефицита времени. В статье рассматривается опыт применения каркасно-панельных и модульных технологий строительства. Особое внимание уделяется строительству административно-бытового комплекса в Арктике, где применялась каркасно-панельная технология возведения зданий, аналогично возводились медицинские центры. Не менее интересен опыт строительства из объемных модулей. Рассматривая различные каркасно-панельные и модульные технологии возведения зданий в современном строительстве, были проведены экспертные оценки и сопоставлены показатели эффективности, в результате которых были выявлены преимущества и недостатки строительных технологий.

Ключевые слова: быстровозводимые здания, металлические элементы, холодногнутые профили, панели типа «сэндвич», экспертный опрос, область применения технологий.

In this study, the best practices for building facilities in the Arctic conditions and the construction of multifunctional medical centers in conditions of time pressure were studied. The article discusses the experience of using frame-panel and modular construction technologies. Particular attention is paid to the construction of an administrative and amenity complex in the Arctic, where the frame-panel technology was used for the construction of buildings, medical centers were erected similarly. No less interesting is the experience of building from three-dimensional modules. Considering various frame-panel and modular technologies for erecting buildings in modern construction, the author carried out expert assessments and compared performance indicators, as a result of which the advantages and disadvantages of building technologies were identified.

Keywords: prefabricated buildings, metal elements, cold-formed profiles, «sandwich» panels, expert survey, technology application area.

Проблеме каркасно-панельных и модульных технологийпосвящены статьи [1–4], в том числе в них рассматривается строительство в целях освоения арктических территорий. Оно во многом обусловлено отдаленностью территории, что затрудняет логистику и завоз материалов и рабочей силы, и суровым климатом — сильными ветрами в сочетании с низкими температурами, которые зимой могут опускаться до минус 40 градусов по Цельсию. Таким образом, период навигации и благоприятных для строительства условий в Арктике составляет около четырех месяцев. За время навигации на арктические острова необходимо доставить строительные материалы, машины, горюче-смазочные материалы, перевезти самих строителей вместе с утепленными палатками, дизельными генераторами, оборудованием для получения питьевой воды из снега, отопительными приборами, мобильной пекарней и кухней, прачечной, а также привезти кровати, посуду, запас постельного белья и одежды. Все вышеперечисленное необходимо для пионерного строительства жилого поселка основных строителей объекта. Параллельно со строительством жилого поселка желательно заготовить и доставить к месту строительства конструкции и машины, необходимые для возведения основного объекта.

На арктические острова грузы рациональнее всего доставлять транспортными кораблями из Архангельска по Северному морскому пути. Морской транспорт в северных широтах можно заменить на еще более дорогой авиационный и вертолетный. В любом случае при выборе строительных технологий придется отказаться от тяжелых конструкций из железобетона и свести к минимуму мокрые строительные процессы, такие как бетонирование, кладка стен, штукатурка, водоэмульсионная покраска стен и потолков.

В связи с этим очевидна необходимость снижения транспортных расходов, как говорится в работах [4, 5], в первую очередь за счет применения в строительстве легких ограждающих конструкций из материалов высокой тепло-эффективности, а также каркасных систем, собираемых из готовых стержневых элементов сухой сборки.

Исходя из выше сказанного, настоящее исследование имеет своей целью изучение практического опыта применения в строительстве комплектов легких быстромонтируемых элементов высокой заводской готовности. В результате этого исследования необходимо определить рациональную область применения строительных технологий в контексте освоения арктических территорий.

В период с 2014 по 2021 год, отмечается в публикациях [4, 5], построены быстровозводимые здания в арктической зоне, в районе западной границы России, в местах базирования флота, а также оперативно (в короткий срок) возведены здания медицинских центров в 2020 году. Одним из новых объектов в арктической зоне является административно-бытовой комплекс «Арктический Трилистник».

За две недели был построен временный вахтовый городок из сборно-щитовых зданий площадью 800 м ² , предназначенный для строителей, а также было доставлено около 200 тонн стройматериалов и 24 единицы техники.

Рис. 1. Возведение каркаса из оцинкованных холодногнутых профилей одного из зданий комплекса «Арктический Трилистник» [1]

При строительстве многофункциональных медицинских центров применялась также, как и в Арктике, каркасно-панельная сборная технология возведения зданий (рис. 2).

Рис. 2. Возведение каркасно-панельного здания (фотография из статьи [5–6]) со встройками из кирпичных перегородок при строительстве «Многофункционального медицинского центра» в г. Уссурийске на 60 мест.

К 15 апреля 2020 года были построены семь медицинских центров в городах Уссурийск (60 мест), Нижний Новгород (60 мест), Одинцово (100 мест), Волгоград (100 мест), Подольск (200 мест), Новосибирск (169 мест), Сосновый Бор под Улан-Уде (160 мест).

К 30 апреля 2020 года было завершено строительство еще девяти медицинских центров в городах Калининград (100 мест), Пушкин (60 мест), Смоленск (60 мест), Ростов-на-Дону (160 мест), Оренбург (60 мест), Омск (60 мест), Петропавловск-Камчатский (60 мест), Анастасьевка в Хабаровском крае (200 мест). построенных из сборных стальных каркасов с различной конструкцией наружных стен с использованием утеплителя [5–6].

В современном строительстве применяют не только каркасно-панельную, но и объемно-модульную технологию возведения зданий. Например, в поселке городского типа Тикси, расположенном на побережье одноименной бухты моря Лаптевых в Республике Саха (Якутии) по модульной технологии построены два здания общежития на 150 человек (рис. 3).

Рис. 3. Здания общежития на 150 человек (фотография из статьи [3]) в поселке Тикси

На современных стройках применяются каркасно-панельные и модульные технологии возведения зданий следующих типов строительных систем:

1. Здания с легким каркасом из квадратных стальных профилей и ограждением из сэндвич-панелей;
2. Здания с каркасом из оцинкованных холодногнутых профилей толщиной от 3 до 8 мм и прикрепленным к каркасу ограждением из сэндвич-панелей;
3. Здания с каркасом из легких стальных тонкостенных профилей толщиной от 0,4 до 2,5 мм с двусторонней обшивкой листовыми материалами утепленного каркаса;
4. Здания из объемных блоков из переоборудованных морских контейнеров;
5. Здания из сборно-разборных объемных модулей из металлических элементов и панелей типа «сэндвич».

Была разработана анкета для проведения комплексной экспертной оценки пяти названных выше типов строительных систем, возводимых на современных стройках по каркасно-панельной и модульной технологии.

За основу взяты десять наиболее значимых критериев и десятибалльная оценка каждого критерия. Каждый критерий оценивался от 1 до 10 баллов, а комплексная оценка изменяется в пределах от 10 до 100 баллов.

В экспертной оценке принимали участие кандидаты и доктора технических наук по специальности 05.23.08 «Технология и организация строительства».

Для оценки корректности экспертных оценок принят коэффициент вариации , который определяется по формуле (1):

(1)

(2)

Дисперсия оценок, данных j -ой технологии, определяется по формуле (3):

(3)

где — число экспертов;

— среднее арифметическое значение величины оценки технологии (в баллах), определяется по формуле (4):

(4)

В расчетах средних баллов по каждому типу строительной системы и соответствующему критерию определялся коэффициент вариации, который не превысил значения 0,27, что говорит о допустимой степени согласованности экспертов [7–8].

Результаты экспертной оценки рассматриваемых типов строительных систем, возводимых в современном строительстве по каркасно-панельной и модульной технологии представлены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты экспертной оценки рассматриваемых типов строительных систем

Основываясь на результатах экспертной оценки рассматриваемых типов строительных систем, обратим внимание на две строительные системы с высокими баллами экспертной оценки:

— здания с каркасом из оцинкованных холодногнутых профилей и ограждением из сэндвич-панелей (71 балл);

Здания с каркасом из оцинкованных холодногнутых профилей и ограждением из сэндвич-панелей менее трудоемки в монтаже, потому что соединения элементов каркаса обеспечиваются унифицированными узлами крепления — применяется болтовое соединение оцинкованных профилей и используются ступенчатые сверла, электрические гайковерты для сборки болтовых соединений.

Здания из сборно-разборных объемных модулей, собираемых из металлических элементов и панелей типа «сэндвич» не только удобны в транспортировке, но и технологичны: предварительно собранные на стройплощадке объемные модули соединяются болтами при монтаже зданий, что снижает трудоемкость работ.

Заключение

Таким образом, из представленных в современном опыте строительства каркасно-панельных и модульных технологий возведения зданий произведена экспертная оценка следующих типов строительных систем:

1. Здания с легким каркасом из квадратных стальных профилей и ограждением из сэндвич-панелей (показатель эффективности 69 баллов);
2. Здания с каркасом из оцинкованных холодногнутых профилей толщиной от 3 до 8 мм и прикрепленным к каркасу ограждением из сэндвич-панелей (показатель эффективности 71 балл);
3. Здания с каркасом из легких стальных тонкостенных профилей толщиной от 0,4 до 2,5 мм с двусторонней обшивкой листовыми материалами утепленного каркаса (показатель эффективности 63 балла);
4. Здания из объемных блоков из переоборудованных морских контейнеров (показатель эффективности 79 баллов);
5. Здания из сборно-разборных объемных модулей из металлических элементов и панелей типа «сэндвич» (показатель эффективности 81 баллов).

Для строительства на удаленных от городов территориях, например, на островах Арктики, наиболее приемлемы типы строительных систем с каркасом из оцинкованных холодногнутых профилей и ограждением из сэндвич-панелей и из сборно-разборных объемных модулей, состоящих из металлических элементов и панелей типа «сэндвич». При строительстве вблизи городов или в городах, как строились в 2020 году медицинские центры, на выбор типа строительной системы влияет развитость строительной индустрии, наличие заводов или наличие запасов необходимых материалов, деталей и конструкций на оптовых базах городов.

Литература:

1. Евтюков С. А., Колчеданцев Л. М., Тилинин Ю. И. Исследование технологии возведения каркасно-панельных и модульных зданий в Арктике// Евтюков С. А., Колчеданцев Л. М., Тилинин Ю. И. // Вестник гражданских инженеров. 2021. № 5 (88). С. 84–94.
2. Асаул А. Н., Казаков Ю. Н., Быков В. Л., Князь И. П., Ерофеев П. Ю. Теория и практика использования быстровозводимых зданий в обычных условиях и чрезвычайных ситуациях в России и зарубежом / Под ред. д.т.н., проф. Ю. Н. Казакова — СПб.: «Гуманистика», 2004. -472 с
3. Тилинин Ю. И., Животов Д. А., Тилинин В. Ю. Повышение технологичности монтажа каркасно-панельных быстровозводимых зданий // «Инженерно-строительный вестник Прикаспия» 2021 № 1 (35). С. 34–37. Астрахань.: АГАСУ, 2021
4. Казаков Ю. Н. Высокоскоростное строительство зданий из легких сэндвич-панельных систем: моногр. / Ю. Н. Казаков, Е. В. Хорошенькая, Ф.-М. Адам. — СПб.: СПбГАСУ, 2018. — 176 с.
5. Тилинин Ю. И. Исследование каркасно-панельных и модульных технологий на объектах Военно-строительного комплекса // Тилинин Ю. И., Ступакова О. Г., Хорошенькая Е. В. // Вестник гражданских инженеров. 2023. № 1 (96). С. 80–86.
6. Тилинин Ю. И. Выбор технологии оперативного строительства объектов инфраструктуры с учетом долговечности зданий // Ю. И. Тилинин, Ч. О. Бахтинова, Е. В. Хорошенькая, В. Ю. Тилинин // Вестник гражданских инженеров. 2021 № 1 (84) — С. 95–96. СПб.: СПБГАСУ, 2021
7. Домостроительные технологии в системе сохранения и развития архитектурно-планировочной структуры исторических российских городов: монография / Ю. И. Тилинин, О. А. Пастух (гл. 1), Д. А. Животов, А. Н. Панин; Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. — Санкт-Петербург: СПбГАСУ, 2022. — 239 с.
8. Гуцыкова С. В. Метод экспертных оценок. Теория и практика (2011) / Светлана Гуцыкова. — М.: Когито-Центр. –144 с.