Технологии производства в строительстве: модульные системы

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ: МОДУЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

С.И. Завражнов, Д.С. Рачков, М.А. Новиков, C.B. Юдин

МГСУ

Рассмотрен процесс возведения зданий и сооружений с применением объемных блоков (модулей) с целью повышения степени заводской готовности конструктивных элементов, снижение трудоемкости монтажных работ и сроков возведения зданий и сооружений.

The process of constructing buildings and structures with the use of volumetric units (modules) in order to enhance prefabrication of structural elements, reducing the complexity of installation and timing of construction of buildings and structures.

Возведение зданий и сооружений с применением объемных блоков (модулей) в нашей стране и за рубежом осуществляется с начала 60-х годов. Этому способствовала проводимая в области строительства техническая политика, направленная на индустриализацию строительного производства, повышение степени заводской готовности конструктивных элементов, снижение трудоемкости монтажных работ и сроков возведения зданий и сооружений.

Распространение этого метода полносборного строительства обеспечивало превращение строительной площадки в полностью монтажную с применением мощных транспортных и монтажных машин и оборудования.

Первые практические работы в области объемно-блочного домостроения начались с изготовления объемных санитарно-технических кабин. В дальнейшем были разработаны качественно новые конструкции зданий из объемно-пространственных элементов (модулей): блок-модуль, модуль на ширину здания и отдельный блок (вентиляционный блок). Такой тип зданий в наибольшей степени позволяет создать на заводе законченную ячейку, которую на площадке остается только установить в проектное положение и подключить к внешним коммуникациям.

Объёмные блоки применяют не только в гражданском строительстве, но и в промышленном. Из блок-модулей возводят вспомогательные здания и сооружения промышленных предприятий. Их используют для отдельно стоящих бытовых помещений, а также непосредственно в цехах промышленных предприятий для различных вспомогательных производств.

Широкое развитие комплектно-блочный метод строительства получил при возведении наземных объектов обустройства газоместорождений, нефтепромыслов, трубопроводов и объектов инфраструктуры. Важным этапом комплектно-блочного строительства является переход от отдельных небольших зданий к комплектно-блочным сооружениям - компрессорные станции, установки комплексной переработки нефти и газа и т.п.

Конструктивно такие сооружения выполняются в виде отдельных блоков с полным оснащением оборудованием. Их масса достигает 400... 1000 т, что требует специальных средств транспортирования и монтажа.

Технико-экономические показатели свидетельствуют о высокой эффективности этого метода. Так, трудоемкость возведения домов из объемных элементов в 2 ...4 раза ниже, чем трудоемкость строительства зданий из крупных панелей, и значительно ниже, чем из крупных блоков и кирпича.

Конструктивные схемы зданий из объёмных блоков возводят по трем конструктивным схемам: блочной со сплошной укладкой блоков, блочно-панельной и каркас -но-блочной с несущим остовом.

Блочная и блочно-панельная конструктивные схемы выполняются из объемных блоков из тяжёлого или лёгкого железобетона в зданиях высотой до 12... 16 этажей. Каркасно-блочная схема является наиболее рациональной в зданиях высотного типа, где применяются облегчённые объемные блоки из эффективных материалов, но для зданий не большой этажности (до 5 этажей), наиболее рациональной схемой является блочная.

При возведении зданий по блочной схеме обеспечивается наибольшая степень заводской готовности, поскольку на завод переносятся все операции по изготовлению, комплектации, оснащению сантехническим и инженерным оборудованием, наружной и внутренней отделке блоков.

На строительной площадке выполняется лишь монтаж блоков, соединение трубопроводов и заделка стыков, что составляет 15...20% общих трудозатрат на возведение здания. Поэтому блочная схема в наибольшей степени соответствует основным принципам объёмно-блочного домостроения - существенному перераспределению трудозатрат в сферу заводского производства при одновременном общем их снижении на строительной площадке, что приводит к значительному сокращению сроков строительства.

Вместе с тем блочная схема предопределяет некоторую связанность архитектурно-планировочных решений зданий из-за ограниченных размеров блоков, их взаимному расположению в пространственной структуре здания и др.

Опыт возведения зданий из объёмных блоков позволил выявить рациональные области применения различных конструктивных схем. Блочная схема наиболее рациональна в массовом городском и сельском жилищном, и общественном, в том числе медицинского назначении, строительстве зданий высотой до 9 этажей, а также в малообжитых и труднодоступных районах при использовании облегченных блоков для зданий до двух этажей. Блочно-панельная схема целесообразна в районах рассредоточенного строительства при осуществлении перевозки сборных элементов железнодорожным транспортом, а также при комплексной застройке жилых массивов в городах, поселках и в сельской местности жилыми домами и зданиями культурно-бытового назначения. Здания блочного типа с несущим остовом целесообразно возводить в крупных городах при строительстве уникальных жилых домов и общественных зданий большой этажности в стеснённых условиях производства работ.

При возведении зданий из объёмных блоков основным монтажным элементом является объёмный блок. Классификация объёмных блоков осуществляется по разнообразным признакам, многие из которых влияют на выбор технологии возведения зданий. Так, например, конструктивное решение, размеры и материал блоков влияют на его массу и соответственно на выбор крана по грузоподъёмности; степень заводской законченности и конструктивно-технологический тип - на организацию работы строительных потоков и т.д.

В зависимости от размеров, применяемых материалов и конструктивных схем масса блоков колеблется в широких пределах - от 10 до 40 т. Наиболее распространенная конструкция железобетонных блоков размером на комнату для зданий высотой до 9 этажей имеет удельную массу от 700 до 1000 кг/м2 площади пола. Чтобы изготовить блоки размером на комнату или нескольких блоков для помещений большой площади массой менее 700 кг/м2, необходимо использовать лёгкие или поризованные бетоны, а также небетонные материалы и в качестве основных несущего каркаса использовать металлопрокатные изделия (балки).

Криволинейные блоки целесообразно изготавливать из пластмасс, алюминия, дерева. Это влечет за собой применение каркаса или несущего остова, а, следовательно, и изменение традиционной технологии.

Степень заводской законченности связана не только с конструктивными, но и с технологическими и организационными особенностями их производства и применения, а также функциональным назначением. В наибольшей мере идее объемно-блочного домостроения соответствуют блоки полной заводской готовности - полностью отделанные, оборудованные и укомплектованные в заводских условиях. В то же время для строительства в труднодоступных и отдаленных районах при длительных перевозках и невозможности гарантированной защиты отделки может оказаться экономически целесообразным производить на заводах блоки неполной заводской готовности. Понятие неполной готовности относится не только к отделке, но и к оборудованию блоков, к комплектации их конструктивными элементами и т.д.

По способу изготовления блоки могут быть разделены на монолитные и сборные. Сборные блоки образуются путём соединения отдельно изготовленных плоских или криволинейных панелей, либо прямолинейных металлических балок различного сечения. Монолитные блоки изготавливаются по стендовой технологии на конвейерных линиях.

Название «монолитные» блоки является условным, так как, по крайней мере, одна из граней может не иметь монолитной связи. Заводская технология изготовления объёмных блоков осуществляется на конвейерных линиях. Первоначально формуются элементы каркаса, для этой цели используются специальные опалубочные системы, обеспечивающие получение изделия требуемых геометрических размеров, либо стенда для высокоточной сварки металлических балок в объёмно-пространственный каркас.

После набора прочности осуществляется формование недостающего конструктивного элемента - панели наружной стены, потолочной плиты перекрытия или основания блока. Таким образом, получается пространственный объёмный блок. Затем блок перемещается на посты, где производятся электромонтажные, сантехнические и комплекс отделочных работ. После этого готовый блок упаковывается в транспортную упаковку и транспортируется к месту монтажа.

Для повышения архитектурной выразительности зданий геометрическая форма блоков может быть достаточно разнообразной: в виде многогранников, криволинейной или косоугольной формы и др.

Рассматривая технологию возведения, наибольшее развитие в нашей стране и за рубежом нашли объёмно-блочные здания из несущих железобетонных блоков, которые возводят по блочной или блочно-панельной схемам.

Возведение зданий из объёмных элементов существенно отличается от других методов полносборного строительства. При возведении надземной части зданий из объёмных блок-модулей или отдельных блоков значительно сокращается продолжительность и трудоёмкость работ, так как уменьшается число монтажных элементов, а

большинство процессов специальных и отделочных работ осуществляется в заводских условиях. На стройплощадке производят установку блоков, соединение коммуникаций, заделку стыков и швов между элементами. Преимущества объёмно-блочного домостроения проявляются в укрупнении и обеспечении наибольшей степени заводской готовности монтажного элемента здания. В нём проявляется органическая связь этапов поточного строительства - изготовления, транспортирования и монтажа.

Возведение зданий из объёмных блоков осуществляется по многостадийной технологии с применением поточных методов производства работ. В состав объектного потока, как правило, входят четыре специализированных потока, соответствующие стадиям возведения здания - устройству конструкций нулевого цикла, возведению надземной части, устройству кровли, специальным и отделочным работам.

Для организации поточного выполнения процессов фронт работ разделяют на участки и захватки. При возведении двух- или трехсекционных зданий за захватку принимают один этаж, при строительстве четырёх- и пятисекционных зданий - две -три секции на этаже. С целью определения последовательности работ и согласования специализированных потоков в составе проекта производства работ разрабатывают организационно-технологические схемы возведения здания.

Специфической особенностью объёмно-блочного домостроения является значительное сокращение послемонтажных отделочных работ при полной заводской отделке блоков. Для зданий из объёмных блоков повышенной этажности с целью сокращения сроков строительства допускается совмещать во времени возведение основных конструкций и отделку помещений и организовывать специализированный поток отделочных работ по вертикально-восходящей схеме под защитой двух перекрытий и устройства гидроизоляционной защиты двух вышерасположенных перекрытий. Однако ведение специальных и отделочных работ сверху вниз после окончания кровельных работ не существенно влияет на продолжительность строительства зданий в целом. Для многосекционных зданий существует возможность организовывать несколько специальных потоков, каждый из которых функционирует в пределах одной или двух секций, с совмещением их во времени.

При массовом возведении зданий специализированными строительными организациями рационально производить работы ритмичными потоками, определяя их параметры на каждой захватке или участке по затратам времени на ведущий процесс. Таким процессом является монтаж конструкций надземной части здания. При разделении процесса производства на частные потоки устанавливают продолжительность ведущего процесса и по нему задают ритм потока. В объёмно-блочном домостроении ритм потока в зависимости от условий строительства составляет 1...3 сут.

При формировании специализированного потока для возведения надземной части объёмно-блочных зданий сокращается количество и существенно изменяется состав частных потоков по сравнению с традиционными методами полносборного строительства. Это происходит за счёт переноса ряда строительных процессов со строительной площадки в заводские условия. Кроме того, уменьшается продолжительность и трудоёмкость монтажа надземной части, так как сокращается число монтажных элементов.

Специализированный поток для возведения надземной части зданий обычно формируется из трёх частных потоков: первый - монтаж объёмных блоков, доборных изделий (стеновых панелей, плит коридоров и лоджий), деталей входов и конструкций крыши; второй - замоноличивание и герметизация вертикальных и горизонтальных стыков и обрамление сопряжений дверных проёмов в смежных блоках; третий - соединение между электротехническими и сантехническими коммуникациями, установ-

ка водоразборной арматуры и некоторые другие виды послемонтажных работ. В отличие от других видов полносборного строительства в объёмно-блочном отсутствует сравнительно трудоёмкий процесс монтажа функциональных систем (электрической и сантехнической), и ликвидируется соответствующий ему частный поток. Вместе с тем появляются некоторые специфические процессы (например, устройство стыков между дверными проёмами смежных блоков), которые необходимо включать в состав частных потоков.

Третий специализированный поток может состоять из двух частных потоков: первый - устройство пароизоляции и теплоизоляции под рулонную кровлю и второй -устройство рулонной кровли. При этом состав процессов определяется принятой конструкцией крыши.

Четвёртый специализированный поток объединяет специальные и отделочные работы. Для него характерно значительное сокращение этих видов работ по сравнению с другими методами возведения полносборных зданий при полном инженерном оборудовании и заводской отделке блоков. Как правило, этот поток состоит не более чем из трёх-четырёх частных потоков, количество и состав которых зависит от степени заводской отделки блоков.

К ним относятся: первый - послемонтажные строительные работы (обрамление сопряжений проёмов в смежных блоках, устройство входного тамбура и установка дверных блоков входа в лестничную клетку, подготовка под полы в коридорах и т.п.); второй - послемонтажные специальные работы (сборка систем газоснабжения, прокладка слаботочных систем и установка телеантенн, установка водоразборной арматуры и др.); третий - послемонтажные отделочные работы (в коридорах и лестничных клетках, окончательная отделка блок-модулей, в том числе вторая окраска столярных изделий, перильных ограждений, окраска обрамлений проёмов и дверей в смежных блоках, наружные отделочные работы); четвёртый - уборка помещений и подготовка к сдаче в эксплуатацию. Объём послемонтажных отделочных работ при неполном уровне заводской отделки соответственно увеличивается.

Ввиду вышеизложенного, можно сделать вывод, что блочно-модульное строительстве востребовано для отдаленных регионов Российской Федерации, и рационально в крупных городах с крайне плотной застройкой в стесненных условиях, позволяя возводить как жилые, так и промышленные здания, а используя современные материалы и технологии дает возможность безгранично увеличивать площади пространственных конструкция зданий, состоящих из модульных блоков [1-12].

Литература

1. Афанасьев A.A., Данилов H.H., Копылов В.Д. и др. Технология строительных процессов, М, Высшая школа, 1999,463 с,

2. Афанасьев В.А. Поточная организация строительства. Л., Стройиздат, 1990, 320 с.

3. Булгаков С.Н. Технологические инновации в инвестиционно-строительном комплексе. М., 1998, 547 с.

4. Гусаков A.A., Веремеенко С.А., Гинзбург A.B. и др. Организационно-технологическая надежность строительства. SvR - Аргус, М., 1994, 470 с.

5. Полтавцев С.П., Монфред Ю.Б., Волга B.C. Технологичность жилых зданий. М., Стройиздат, 1992,331 с.

6. Цай Т.Н., Грабовый П.Г., Большаков В.А. и др. Организация строительного производства. М.: Изд-во АСВ, 1999.-432 с.

7. СНиП 3.01.01-85*. Организация строительного производства. М., 1995.

8. СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции. М., 1988.

9. ГОСТ Р ИСО 9001-96 - Системы качества - Модель обеспечения качества при проектировании, разработке, производстве, монтаже и обслуживании.

10. ГОСТ Р ИСО 9002-96 - Система качества - Модель обеспечения качества при производстве, монтаже и обслуживании.

11. Волков А.А., Лебедев В.М. Моделирование системоквантов строительных процессов и объектов // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2008. - №2. - с. 86-87.

12. Волков А.А., Лебедев В.М. Проектирование системоквантов рабочих операций и трудовых строительных процессов в среде информационных технологий // Вестник МГСУ. - 2010. - №2. - с. 293-296.

Ключевые слова: блочное строительство, модульное строительство, проектирование, строительство, монтаж

Keywords:Block construction, modular construction, design, construction, installation Статья представлена Редакционным советом «Вестник МГСУ»

E-mail автора: it@mgsu.ru