Конструкции модульного здания

Модульная технология в строительстве зданий

Все элементы модульной конструкции изготавливаются на специализированном предприятии и на строительную площадку доставляются в уже готовом виде. Существует два подхода к этому процессу.

1. Плоскостные детали – отдельные сборочные элементы каждого блок-контейнера, входящего в состав модульного дома (крыша, стены, двери и окна, отделочные панели и оборудование, перекрытия, облицовка фасадов и другие). Они собираются непосредственно на месте установки перед монтажом здания.
2. Объёмные части модуля. Здесь производятся полностью готовые к использованию детали, которые остаётся только поставить на обозначенное в документации положении в составе общей конструкции. Иногда, если возможности транспортной перевозки позволяют, несколько таких элементов объединяются прямо на производстве.

Конструкция модульных зданий представляет из себя комбинацию плоскостных и объёмных деталей, использующихся в качестве составляющих общего проекта.

Сборочные элементы компактны и потому удобны в транспортировке. Они позволяют собирать более крупные помещения, но к существенной экономии, как правило, не приводят. Требуются дополнительные расходы на монтаж и заделку швов, необходимо обеспечить нахождение на стройплощадке соответствующего квалифицированного персонала и требующиеся материалы. В целом продолжительность общих работ и трудозатрат при них в использовании плоскостных деталей получается всё-таки выше, чем при доставке готовых блоков. Но при постройке нестандартных модульных домов без такого решения не обойтись.

При модульном методе строительства до 95% всех компонентов изготавливается вне пределов сборочной площадки. Даже уровень установки внутренней отделки достигает 80-90%, позволяя экономить время и средства на этапе общего монтажа всех конструкций. Актуальной тенденцией в организации модульного строительства считается повышение готовности всех компонентов, созданных на производстве и доставленных на место для финишной установки.

Процесс изготовления модульных конструкций

В производстве, помимо современных станков с ЧПУ, широко применяются цифровые технологии, при помощи которых осуществляется проектирование блок-контейнеров и макетов модульных зданий. Это, в частности, такие компьютерные решения, как информационное моделирование (BIM), программы автоматизированного проектирования (CAD), автоматизация производства (CAM). Все эти инструменты помогают в адаптации к серийному тиражированию и незаменимы при исполнении индивидуальных заказов. С их помощью создаётся стандартизированная система учёта, снижающая затраты, трудоёмкость процессов и уменьшающая количество отходов материала.

В отличие от типового строительства, происходящего снаружи внутрь (первым делом возводятся внешние стены, а затем приступают к внутренним работам), модульные здания собираются наоборот – изнутри наружу; несущий каркас или внутренние блок-контейнеры, затем отделка, инженерные коммуникации, утепление и на заключительном этапе монтаж внешних панелей.

Такая последовательность действий применяется часто, но она не единственная в арсенале строителей. В зависимости от особенностей проекта и конфигурации модульного здания вполне допустимы и другие варианты. Например, линейная технология, при которой работы производятся последовательно или статичная стратегия – параллельные действия на одном модуле всех специалистов.

Разновидности модульных конструкций

Полносборные компоненты модульных конструкций изготавливаются в виде несущих или внутренних деталей. Первые из них предназначены для внешнего контура и работают основным каркасом здания. А вторые чаще всего выпускаются для использования внутри помещения. В таких формах могут быть блоки с туалетными кабинами и душевыми, другими санитарно-техническими и бытовыми пространствами, встраиваемыми в объём основного здания.

В настоящее время металлические детали полностью вытеснили дерево из разряда несущих конструкций для модульного строительства. Это объясняется тем, что сборные дома становятся всё выше и в них предпочтительнее использовать более прочные и не подверженные деформации материалы. Примечательно, что единого подхода к этажности таких зданий не существует. Они способны занимать сколько угодно уровней вверх. Этот показатель регламентируется исключительно местными правилами.

Применение модульных зданий и их классификация

Рассматривая существующий опыт использования, исходя из архитектурных и строительных решений модульных зданий, можно разделить их на следующие группы.

1. Стоящие отдельно модули, ориентированные на производственные цели. К ним относятся различные пункты с инженерным оборудованием (тепло-, водо-, энергоснабжение, канализация, лаборатории, мастерские, насосные).
2. Производственные помещения, находящиеся в общем модульном здании. Это могут быть, например, предприятия или участки лёгкой и пищевой промышленности, швейные цеха, народные промыслы.
3. Офисные модули – рабочие места для управляющего персонала, диспетчерские, административные здания.
4. Здания для бытовых или жилищных нужд. В данную группу входят общежития, столовые, комнаты отдыха, медицинские пункты, туалеты, душевые, сушилки).
5. Складские модули. В них размещают сами хранилища, гаражи, организовывают выдачу расходных материалов для производственных целей.
6. В заключительную группу входят комплексы модульных зданий и вахтовые посёлки, построенные из мобильных блок-контейнеров.

Иногда, в зависимости от особенностей технологии сборки и практического назначения, модульные здания подвергаются более общей классификации.

• С учётом типа мобильности. Здесь рассматриваются сборно-разборные или контейнерные конструкции.
• В соответствии с нагрузками и климатическими особенностями эксплуатации. Определяющим признаком является заложенная в проект расчётная температура воздуха, ветровая и снеговая нагрузка.
• Функциональная принадлежность. В этой группе модульные здания рассматриваются с точки зрения их назначения: производственные, складские, вспомогательные, жилые и общественные помещения.

Все перечисленные особенности влияют на конструкцию модульного здания и находят отражение в его проекте.

Требования к конструкции

Все технологические процессы выполняются с учётом действующих нормативных документов, регламентирующих надёжность создания модульных домов.

• Все элементы, конструкции и детали подвергаются унификации (хотя бы в пределах одного проекта). То же самое касается соединения всех частей и элементов здания.
• Неразъёмные и жёсткие крепления выполняются сварным способом.
• На разъёмных стыках предполагается установка самозамыкающихся соединений. Для усиления жесткости в таких местах дополнительно применяются болты. Конструкция должна учитывать недопустимость нарушения фиксации элементов, выхода направляющих из пазов смещения деталей или отвинчивания гаек.
• Установка внутреннего оборудования, размещённого в модульных зданиях, также предполагает необходимость его надёжного крепления в помещении. Оно обязано предусматривать многократное использование во время установки и демонтажа. Срок работоспособности определяется периодом эксплуатации данной конструкции.
• Способы сварочных работ и классы прочности, степень точности для всех видов соединений устанавливается технической документацией.
• Места выводов инженерных сетей, притворов и наружных швов утепляются и герметизируются. Используемые материалы должны учитывать региональные параметры и соответствовать им в части преобладающего на данной территории температурного фона.
• Материалы для стен и кровли выбираются исходя из климатических условий в районе эксплуатации. Они должны в полной мере обеспечивать микроклимат внутри помещений. Используются металлические листы из коррозионностойкой стали или трёхслойные сэндвич-панели.
• Крепление стеновых и кровельных покрытий к силовому каркасу производится оговоренным в проекте способом и с учётом выполнения строительных норм, предусмотренных для данного вида работ.
• Покрытие полов может быть как деревянным, так и металлическим. В случае применения деревянных материалов (доски, фанеры, ОСБ и других), обязательно исполнение требований санитарного и экологического контроля. При использовании полимерных покрытий, они должны выбираться по критерию соответствия гигиеническим параметрам.
• Оконные проёмы в элементах модульных зданий создаются с учётом требований освещённости и обязаны учитывать установленные значения светопропускания и прочности. Площадь самого окна должна соответствовать размеру, необходимому для эффективного дымоудаления согласно требованиям пожарного надзора.
• Конструкция дверей и их количество определяется с учётом эвакуационных потребностей, возникающих во время чрезвычайных ситуаций.
• Основное требование к крыше – устойчивость к воздействию внешних атмосферных явлений и загрязнению.
• Деревянные детали, если таковые имеются в проекте, обрабатываются огнезащитными средствами и пропитками.
• Металлические конструкции грунтуются и окрашиваются. Исключение составляют участки, находящиеся в зоне монтажной сварки на ширине 10 см по обе стороны от неё.
• Все применяемые виды покрытий деревянных и железных элементов должны соответствовать необходимой степени защиты, быть устойчивыми к внешним агрессивным факторам, возможным в условиях реальной эксплуатации модульного здания. Качество и порядок подготовки поверхностей деталей к нанесению защитных и декоративных составов производится с учётом технических требований, разработанных для конкретного вида покрытий.
• Не допускается использование составов на отслаивающихся поверхностях, при набухании, пузырении, образовании участков коррозии и при других критических случаях, связанных с целостностью материала. Если при соприкосновении деталей друг с другом имеется риск появления контактных дефектов – следует предусмотреть меры, как их избежать.
• В элементах модульных зданий обязательно предусматриваются места строповки или предназначенные для этих целей отдельные узлы.

Надёжность конструкции и соединений модульных зданий

Предполагается, что использование модульных домов должно составлять не менее 15 лет. За это время сборно-разборная конструкция подвергается передислокации до 5 раз и при этом не должна терять своих эксплуатационных свойств. Такой результат достигается за счёт правильного подбора материалов внешнего и внутреннего контуров, их корректной подготовки и монтажа.

• Теплоизоляция, обшивка и отделка соответствуют функциональному назначению.
• Мебель и оборудование встроены и прикреплены при помощи унифицированных конструктивных деталей и узлов, обеспечивающих снижение динамической нагрузки, возникающей во время демонтажа и перевозки отдельных блок-контейнеров.
• Двери и окна обеспечиваются надёжными приспособлениями фиксации, не допускающими произвольного самооткрывания (распахивания).
• Все комплектующие изделия, устройства, детали, покрытия и материалы обязаны соответствовать установленным в рабочей документации техническим требованиям. Их номенклатура стандартизируется в рамках одного проекта или базирующегося на нём серийного производства.
• В готовом элементе модульных зданий предусматривается естественная или приточно-вытяжная обменная вентиляция.

Фундамент

Основание под модульное здание делается с учётом характеристик местности, особенностей грунтов, подземных вод и не должно иметь осадки. В некоторых случаях, когда проектом предусмотрена установка одноэтажной конструкции, допускается отсутствие фундамента. Его заменяет деревянный брус или бетонные блоки, положенные на твёрдую и ровную площадку. Каждый элемент модульной постройки (блок-контейнер) должен иметь как минимум 6 точек опоры, чтобы не допускать перекосов. Перепад высот по противоположным углам и диагоналям не может превышать 10 мм.

При выводе отопления, канализации и водоснабжения на улицу, высота пола устанавливается на уровне 80 см от земли, а в северных районах – 1,2 м. Все перечисленные параметры закладываются в техническую документацию и обязательны к исполнению.

Электрооборудование

Все параметры электроснабжения и оборудования модульных зданий закладываются в техническую и конструкторскую документацию. Схема энергоснабжения обязана исключать возможность произвольного срабатывания отключения и включения. Защита светильников и других используемых приборов устанавливается не ниже кода IP20 (ГОСТ 14254). Управление оборудованием обеспечивает надёжное включение (отключение) и снабжено соответствующими обозначениями в порядке, установленном отраслевыми правилами.

Кроме того, в электрооборудовании модульных зданий предусматриваются следующие степени защиты.

1. Электростатическая искробезопасность.
2. Защита токоведущих частей проводки.
3. Частичное или полное отключение напряжения не может стать причиной аварийной ситуации при повторной подаче энергии.
4. Схема предусматривает автоматическую защиту силовых агрегатов и цепей от перегрузок и токов короткого замыкания.
5. Установка стабильно функционирует в режиме длительной работы.
6. Электропитание стандартно рассчитывается на переменное однофазное напряжение 220В (частота 50Гц). В некоторых случаях, при наличии трансформаторов и другого специального оборудования, разрешается подключение к трёхфазным сетям.
7. Металлические конструкции модульных зданий заземляются при монтаже, а контакты заземляющего контура маркируются. Использование заземления в роли активного контура недопустимо.

Особенности конструкции модульных зданий

Отличительной чертой модульных зданий является их универсальность, позволяющая адаптировать стандартный проект под необходимые заказчику нужды. Даже после установки блок-контейнеров и подключения всех коммуникаций есть возможность добавлять к конструкции новые элементы или наоборот – удалять те, которые стали ненужными.

В проекте обычно предусматривается возможность демонтажа и повторное использование компонентов в качестве такого же объекта или их применение в другой конструкции. При этом не наносится ущерб окружающей среде и не образуется такого количества строительного мусора, которое сопутствует сносу обычного капитального дома.