Материалы для быстровозводимых зданий: металлоконструкции, сэндвич-панели, ЛСТК

История технологии модульных построек насчитывает уже не одно столетие. Первоначально они возводились из древесины. Она оказалась единственным на то время подходящим материалом. Лишь в середине прошлого века строители начали широко использовать металлопрокат, что сразу же позволило существенно расширить сферу применения сборных зданий. Ну а появление тонкостенного профилированного листа, ЛСТК (лёгких стальных конструкций) и сэндвич-панелей приблизило качество и комфортабельность быстровозводимых зданий к аналогичным капитальным строениям из камня и бетона.

Разные технологии постройки быстровозводимых зданий

Прежде всего необходимо разобраться в двух технологических направлениях. Речь идёт об особенностях подготовки модульных элементов, использующихся для постройки сооружений различного назначения и размера. Выбор определённого типа влияет не только на материалы. От него зависит, например, конфигурация здания, скорость его возведения, особенности транспортировки деталей, количество рабочих и специальной техники на стройплощадке.

1. Объёмные конструкции. В этой роли традиционно используются целые блок-контейнеры, выпускаемые в высокой (до 90%) стадии заводской готовности.

К преимуществам такого метода относится небольшой объём монтажных работ; нетребовательность к фундаменту, а в некоторых случаях и отсутствие необходимости его обустройства; скорость возведения. 

Минусом считается сложность транспортировки готовых модулей на строительную площадку. Даже в стандартных габаритах (6,0х2,4х2,4 м) они обычно перевозятся автомобильной техникой и требуют хороших условий дорожной инфраструктуры. В тех случаях, когда речь идёт об индивидуальных проектах с увеличенными размерами элементов, логистическая составляющая превращается в серьёзную проблему.

Готовые блок-контейнеры для быстровозводимых зданий попадают к месту установки в полной комплектации. В них имеется электропроводка и необходимое оборудование (розетки, автоматические и обычные выключатели, источники света), сделана внутренняя отделка, в комплекте находятся двери и окна, произведена антикоррозийная и противопожарная обработка деталей конструкции. В тех случаях, когда проектом предусмотрены другие функции (например, водоснабжение и канализация) все запланированные системы устанавливаются в процессе заводской подготовки. 

Для монтажа все модули первого яруса выставляются на предварительно подготовленной площадке в заданном порядке с минимальным зазором. В технологические каналы помещается герметизирующая лента. После этого производится финишная стяжка блок-контейнеров между собой, установка внешних и внутренних дверей и окон, подключение быстровозводимого здания к инженерным коммуникациям, пусконаладочные работы и сдача объекта в эксплуатацию.

Такие объекты традиционно применяются в сфере малого и среднего бизнеса (торговля и сервис), наполняют строительную инфраструктуру (бытовки, раздевалки, склады материалов), используются в качестве административно-бытовых комплексов, офисов, общежитий и гостиниц, медицинских учреждений. Ощутимое преимущество даёт возможность поэтапной трансформации готового здания. Его площадь можно увеличивать, присоединяя к нему новые модули, или же наоборот – демонтировать ненужные. При этом все элементы сохраняют свою целостность. Их перемещают на складскую площадку и в дальнейшем используют в других проектах. Каждый блок-контейнер рассчитан на определённое количество сборочно-разборочных циклов. Сведения о них можно найти в технической документации изделия.

2. Модульное строительство из плоскостных элементов. Комплект деталей быстровозводимого здания, которые собираются и монтируются непосредственно на площадке.

Плюсами этой технологии считаются возможность возводить большие широкопролётные сооружения и отсутствие проблем с доставкой комплектующих. Все элементы собираются в транспортные пакеты (транспаки), габариты которых учитывают возможности перевозки. 

Из минусов обычно называют более длительное время строительства (по сравнению с проектами из объёмных деталей) и необходимость задействовать в процессе большее число специалистов и техники.

Для возведения здания необходим фундамент. Используется свайная технология, выдерживающая расчётную нагрузку сборной конструкции и подходящая для грунта почти что любого типа. 

• Первым делом устанавливаются несущие колонны.
• Делается верхняя обвязка под кровлю.
• Монтируются межэтажные перекрытия.
• Производится черновая работа со стенами и полами.
• В предназначенные для этого полости помещаются все предусмотренные проектом инженерные коммуникации (электропроводка, водоснабжение, канализация, линии связи).
• Обшиваются панелями внешние стены.
• Проходят комплексные отделочные работы внутри помещения, настилается чистовой пол.
• Устанавливается оборудование.
• Монтируются двери и окна.

Особенностью строительства быстровозводимых зданий по такой технологии считается то, что все работы ведутся по направлению «изнутри-наружу». Первым делом происходит обустройство внутреннего пространства, а внешние стены устанавливаются прямо перед финишной отделкой. Это связано с необходимостью подавать внутрь помещения крупногабаритные детали конструкции.

Быстровозводимые здания по такой технологии используются для размещения в них торговых центров, логистических хабов и складов высокой категории, крытых спортивных площадок и зрелищных предприятий. 

Общей чертой модульных сооружений является их высокое качество. Оно связано с тем фактом, что полный цикл работ по изготовлению всех комплектующих производится в заводских условиях, где есть возможность применять современное оборудование и проверять качество изделий. 

Быстровозводимые здания из металлоконструкций

Металлопрокат – основной материал модульных сооружений. Конструкции могут быть любой формы и размера, что позволяет комбинировать элементы для оптимизации площадей согласно пожеланиям заказчика проекта. Все детали серийно изготавливаются на предприятиях, где они стандартизируются и подчиняются единым требованиям по качеству и безопасности.

Все металлоконструкции по принципу своего производства и использования распределены в нескольких категориях.

• Изготовление и монтаж. Рассматриваются вопросы соединения двух и более частей одной детали, когда её окончательная сборка производится на строительной площадке, и финишное скрепление нескольких элементов конструкции. В первом случае чаще всего применяется сварка (реже встречается клёпка и штамповка), а во втором варианте речь идёт о традиционных болтовых методах. Различные способы могут объединяться между собой. Такой подход часто применяется на практике.
• По типу материала. 
• Самые строгие требования предъявляются к несущим элементам. В них не допускается даже ограниченное по площади разрушение какой-нибудь из частей. 
• Следующую категорию составляют вспомогательные части, служащие для усиления конструкции. В ней, при нормальном функционировании помещения, допускается незначительное снижение качества во время критических нагрузок.
• По назначению металлоконструкции разделяются на несущие, ограждающие и декоративные элементы.
• По способу применения бывают сборно-разборными, цельными (стационарными), трансформируемыми.

Среди основных требований к металлоконструкциям выдвигаются параметры качества, необходимость неукоснительного соблюдения размеров, отсутствие отступлений от стандартов, защита металлических деталей от агрессивных погодных и технологических явлений.

Детали из металлопроката составляют главную часть любого быстровозводимого здания. Они используются в силовом каркасе, придавая сооружению прочность и надёжность; применяются во вспомогательных конструкциях и декоративных компонентах.

Применение металлоконструкций в быстровозводимых зданиях имеет ряд известных плюсов и минусов. 

• Они быстро монтируются и дают возможность немедленно приступать к возвращению инвестиций.
• Имеют небольшой вес.
• Обладают возможностью демонтажа, перевозки конструкции целиком на новое место или использования её части в составе другого здания.
• Устойчивы к повреждениям за счёт биологических факторов, таких как плесень и гниль.
• Ремонтопригодны.
  Среди недостатков упоминаются:
• Относительно короткий срок службы (по сравнению с сооружениями из камня и бетона). Впрочем, имеется немало примеров длительной эксплуатации конструкций из металлопрофиля. Среди них такие культовые сооружения, как Эйфелева башня в Париже, мост Золотые Ворота в Сан-Франциско или Шуховская телевышка на Шаболовке в Москве.
• Необходимость регулярной профилактики металлических деталей средствами от ржавчины и повреждений химическими препаратами.
• Недостаточная теплостойкость, плавкость, опасность деформации при сильном нагреве. 

И, конечно, стоимость. Цена быстровозводимого здания с применением металлоконструкций значительно выше, чем у аналогичных строений, выполненных по традиционной технологии.

Быстровозводимые здания из сэндвич-панелей

Необходимость эксплуатации модульных зданий в холодное время года стала одной из главных причин использования в быстровозводимых сооружениях утеплённых стеновых материалов. В этом разряде единственным приемлемым вариантом оказались трёхслойные сэндвич-панели. В них между двумя листами поверхностного слоя находится материал низкой плотности (например, минеральная вата, пенопласт или пеноплекс), обеспечивающий хорошую теплоизоляцию. В изделии сочетается небольшой вес и высокая жёсткость, что полностью удовлетворяет потребности строительной технологии сооружения модульных зданий.

В качестве внешних слоёв может использоваться целый ряд материалов, таких как оцинкованная сталь, профилированное железо, фанера, пластик (ПВХ, полипропилен), плита ОСБ, оргалит. Они окрашиваются в различные цвета, что служит не только целям дизайнерского оформления, но и влияет на светопоглощение (отражение), работает дополнительным защитным слоем, обладает способностью препятствовать загрязнению сэндвич-панелей. За счёт таких качеств повышается их срок службы.

• В зависимости от используемого утеплителя и толщины внешних слоёв можно добиться различных показателей теплопроводности. Толщина самих изделий варьируется в пределах 40-200 мм (хотя и это не максимальное значение).
• Установка системы из сэндвич-панелей значительно сокращает потерю тепла по всей полезной площади, но имеется недостаток в виде мостиков холода на опорах.
• Обладают отличными шумоизоляционными качествами.
• Позволяют делать широкие пролёты между опорами. Это расстояние в некоторых примерах составляет до 11 м при строительстве крупных сооружений. Обычно же оно равняется от 3 до 5 м.
• Обладают небольшим собственным весом. За счёт этого не создают значительной нагрузки на фундамент.
• Легко транспортируются и разгружаются.
• Стоят дешевле других стеновых материалов (дерево, кирпич, бетон). В данном пункте необходимо учитывать наличие составе панели слоя утеплителя, что снижает финансовые и человеческие трудозатраты.

Недостатком сэндвич-панелей можно считать хрупкость внешних слоёв и их подверженность механическим повреждениям. Они не выдерживают дополнительной нагрузки, из-за чего не могут служить местом крепления любого оборудования.

Быстровозводимые каркасные здания

В категории каркасных сооружений следует рассматривать все проекты, в которых несущую роль выполняют арочные элементы на базе металлоконструкций. В таком виде чаще всего создаются большепролётные помещения, подчиняющиеся определённым техническим требованиям. Например, современные складские комплексы класса А и А+. Для них установлена высота потолков 10 и 13 метров соответственно, что возможно только при условии постройки здания на металлическом каркасе.

Такие сооружения используются в различных областях. В них размещаются производственные предприятия, закрытые гаражи или навесы для техники, концертные и выставочные площадки, спортивные сооружения. 

Отдельную группу составляют разнообразные каркасные ангары – от обычных полукруглых до шатровых и прямостенных. Такие здания могут иметь практически любую ширину, которая зависит от размера арки и произвольную длину. 

Удобство и выгода каркасных зданий состоит в том, что они не отличаются большим весом и могут устанавливаться без фундамента на ровную и твёрдую поверхность земли. При этом для строительства не нужно привлекать много специалистов, а сам процесс возведения не растягивается на длительное время.

Быстровозводимые здания ЛСТК

Каркасная система из ЛСТК (лёгких стальных тонкостенных конструкций) на день сегодняшний считается одной из самых недорогих и практичных строительных технологий. Производство таких элементов было разработано в Канаде в середине прошлого века, но в российскую практику пришло только после 1990 года. 

Сам процесс постройки быстровозводимого здания из ЛСТК относится к числу наиболее простых и доступных.

1. Требуется мелкозаложенный фундамент, бетонная плита или сваи. Поскольку строение не обладает большим весом, подойдёт любой из перечисленных вариантов.
2. Собирается каркас из стального тонкостенного профиля толщиной 0,7-2 мм. Крепление деталей между собой производится на болты и саморезы.
3. Наружная сторона закрывается с помощью ветрозащитной мембраны или плита из гипсоволокна. 
4. В полости профиля ЛСТК помещается утеплитель. Это может быть минеральная (базальтовая) вата. 
5. На внутреннюю поверхность монтируется парозащитная плёнка.
6. После этого производится черновая отделка стен гипсокартоном, фанерой, ОСБ или другим материалом.
7. Снаружи стены чаще всего сразу же покрываются отделочными панелями (вагонкой, блок-хаусом, деревянным или пластиковым сайдингом).

Основными достоинствами строительства с применением ЛСТК-каркасов являются:

• Скорость.
• Простота и лёгкость монтажа. С небольшими проектами справляются 3-5 рабочих, которым не требуется помощь специальной техники.
• Возможность работы в любое время года.
• Отсутствие необходимости ожидать времени усадки фундамента.
• Сейсмоустойчивость конструкции.

Обычно здания на основе легких стальных тонкостенных элементов применяют для возведения коммерческих или производственных объектов. В области жилого домостроения металлические конструкции встречаются гораздо реже. Здесь по-прежнему доминируют сооружения из камня и дерева, которые считаются более комфортными для проживания в них людей. Однако все предлагаемые материалы быстровозводимых зданий не имеют противопоказаний для применения в жилых постройках и могут быть использованы в них без ограничений. Единственная вещь, о которой придётся позаботиться застройщику – это качественная обработка всех деталей антикоррозийными и противопожарными составами, повышающими их эксплуатационные параметры.