В современном мире в связи с тенденцией к урбанизации городам приходится постоянно расширяться. Каждый год увеличивается спрос на жилые здания, что приводит к необходимости увеличения строительного производства. С целью минимизации сроков и стоимости строительства застройщикам приходится отходить от концепции классического монолитного домостроения из железобетона. Главная задача при этом — не снизить качество нового жилья. Существует множество методов для соблюдения этого баланса, и один из них — модульное строительство. В данной статье рассмотрены примеры зарубежных жилых многоэтажных зданий из металлических модулей и предпосылки развития подобного строительства в нашей стране, выявлены достоинства и недостатки металлического домостроения из блоков заводской готовности. Рассмотрен вопрос о возможном ускорении процесса строительства при использовании prefab-конструкций и сохранении качества финального продукта.
Ключевые слова: модульное строительство, металлические модули, prefab-конструкции, дома заводского изготовления.
In the modern world, due to the trend towards urbanization, cities have to constantly expand. Every year the demand for residential buildings increases, which leads to the need to increase construction production. In order to minimize the time and cost of construction, developers have to move away from the concept of classical monolithic housing construction from reinforced concrete. The main task at the same time is not to reduce the quality of new housing. There are many methods to achieve this balance and one of them is modular construction. This article discusses examples of foreign residential multi-storey buildings from metal modules and the prerequisites for the development of such construction in our country, identifies the advantages and disadvantages of metal housing construction from prefabricated blocks. The question of the possible acceleration of the construction process when using prefab structures and maintaining the quality of the final product is considered
Keywords: modular construction, metal modules, prefab structures, prefabricated houses.
Модульное строительство — самый быстрый и технологичный метод возведения зданий. Суть метода состоит в сборке на строительной площадке зданий из заранее изготовленных крупных блоков, модулей, соединяемых по типу конструктора. В качестве модулей могут выступать легкие профилированные стены и перекрытия, целые комнаты или готовые инженерные системы. Такие элементы высокого уровня заводской готовности получили название prefab-конструкций.
В мире существует множество примеров скоростного строительства многоэтажных высотных зданий из металлических модулей, в их числе:
— Mini Sky City — самое высокое многофункциональное здание из металлических модулей высотой в 57 этажей, построенное в Китае компанией Broad Group. Внутри здания располагаются 19 атриумов, 800 квартир и офисных помещений на 4000 человек. На изготовление 2736 строительных модулей было потрачено четыре с половиной месяца, а на монтаж ушло всего 19 дней. Здание оснащено современными инженерными технологиями, среди которых системы автоматического солнечного затенения и рекуперации свежего воздуха, что делает его в 5 раз более энергоэффективным, чем в среднем другие постройки в Китае [1].
— Т30 Hotel Tower — китайский отель, построенный за 15 дней. Всего за 360 часов рабочие возвели 30 этажей с готовой отделкой и инженерными сетями. Этот проект компании Broad Group отличается легкостью конструкций благодаря запатентованной технологии создания плиты B-CORE. Технология состоит в соединении двух плит из нержавеющей стали в одну с помощью трубок, сплавляющихся при температуре 1100 °C. Производитель утверждает, что этот универсальный инновационный материал может быть использован в качестве несущей конструкции как колонн, так и плит перекрытия, воспринимая усилия независимо от своего пространственного положения [2].
— Instacon — лидер по скорости строительства. Здание высотой в 10 этажей, было возведено всего за двое суток в Индии. Данная технология была применена по причине запрета Верховного суда страны на кустарную добычу естественных материалов для строительства зданий [3].
При этом, высокая скорость строительства этих объектов не снизило их качество. Наоборот, уникальность зданий повышает внимание к их безопасности на этапах изготовления, строительства и эксплуатации. Конечно, при массовом внедрении технологии уникальность исчезнет и фактор возможной ошибки, возникающей на каждом уровне производства и сказывающейся на безопасности зданий, станет одним из основных недостатков.
Самым известным примером блочного строительства в нашей стране являются дома хрущевской постройки (разг. «хрущевки»), возводимые в 60–80 гг. XX века. Их возникновение было обосновано острой нехваткой жилья в следствие урбанизации населения и ущерба, нанесенного городской инфраструктуре в ходе Великой Отечественный войны. Индустриальные «хрущевки» во многом уступали предшествующим им «сталинкам»: типизация избавила дома от архитектурных излишков, площадь квартир стала меньше, потолки — ниже. Помимо этого, «хрущевки» возводились в очень короткие сроки, в связи с чем у населения возник стереотип о том, что модульное строительство некачественное и недолговечное [4]. Несмотря на это, на данный момент дома эксплуатируются уже почти 70 лет, что превышает примерный срок службы зданий по ГОСТ Р 54257–2010 [5].
Из металлических модулей в России распространено строительство временных и вспомогательных сооружений, таких как склады, небольшие торговые павильоны, пункты охраны, административные здания и общежития на строительных и промышленных площадках. Подобные здания не являются объектами капитального строительства и, хотя они имеют достаточное количество плюсов, например, отсутствие необходимости наличия фундамента, мобильность и универсальность, но все-таки не предназначены для постоянного проживания людей.
В настоящее время в связи с возникновением трудности экспорта отечественной продукции, значительно увеличился объем производимых, но нереализуемых стальных конструкций. По данным Федеральной службы государственной статистики (Росстат) наибольшие объемы строительного производства приходятся на жилые здания, и каждый год эти объемы увеличиваются, например, в 2021 году на территории Российской Федерации было построено 92,6 млн. кв. м жилья, что составило 112,7 % к соответствующему периоду 2022 года [6]. Так как несущие металлические конструкции практически не используют в жилом домостроении, высока вероятность внедрения высвободившегося объема материала именно в этом направлении. Для соперничества с традиционными железобетонными зданиями дома из металла должны будут чем-то выгодно отличаться. Такие преимущества имеются в модульном металлическом строительстве, среди них:
— Технологичность — основной плюс подобных зданий. Стальные модули на заводе собирают из prefab-панелей пола, стен и перегородок, затем прокладывают в них необходимые трассы инженерных систем, выполняют чистовую отделку, вплоть до монтажа окон и завершают креплением потолочной панели. Для удобства транспортировки и монтажа на контейнеры устанавливают специальные временные связи, благодаря которым блоки можно быстро и методично собирать на строительной площадке с помощью болтовых соединений в любых погодных условиях.
— Скорость строительства — фактор, снижающий итоговую стоимость жилья за счет уменьшения сроков обслуживания кредита проектного финансирования и раскрытия эскроу-счетов. Также увеличение скорости строительства позволяет минимизировать влияние галопирующих цен на строительные материалы;
— Уменьшение числа рабочих на строительной площадке. В сборке здания из готовых модулей участвует намного меньше человек, чем при традиционном строительстве, так как снижается количество строительных процессов на площадке, большинство из которых выполняется в заводских условиях.
— Экологичность — отсутствие «мокрых процессов» как, например, при строительстве из бетона, а также наличие на площадке лишь готовых, необходимых для сборки элементов, позволяет избежать отходов производства, загрязняющих окружающую среду.
— Качество строительных конструкций. Так как все модули изготавливаются предварительно в заводских условиях, минимизируется количество их дефектов по сравнению с возможными дефектами, возникающими при изготовлении на строительных площадках.
— Высокая сейсмостойкость. Ячеистая структура модульного строительства позволяет зданию сохранять устойчивость при локальном разрушении.
Конечно, подобные здания имеют и свои недостатки, в их числе:
— Низкая огнестойкость. Основная причина, почему не популяризировано строительство жилых зданий из металла — необходимость создания конструктивной огнезащиты для каждого металлического элемента. Без обеспечения огнезащиты металлические элементы теряют свою прочность через 10–15 минут, что совершенно не соответствует нормам по пожарной безопасности [7].
— Подверженность коррозии. В отличие от арматуры в зданиях из железобетона, несущие металлические конструкции при модульном строительстве имеют непосредственный контакт с окружающей средой, что повышает угрозу возникновения коррозии, влияющую на безопасность эксплуатации объекта. В настоящее время эту угрозу минимизируют путем легирования металла или нанесением атмосферостойких покрытий на каждый элемент.
— Морозостойкость. С понижением температуры воздуха увеличивается хрупкость металла, вынуждая использовать в строительстве марку стали с более высокими показателями сопротивления ударной вязкости.
— Ограниченность архитектурных форм — неотъемлемый минус всех модульных проектов.
Одним из лидеров производства prefab-конструкций в России на сегодняшний день является «Новый дом» — дочерняя компания группы KNAUF. Разработанная ими технология позволяет строить жилые здания из металлических модулей выше разрешенных на территории нашей страны 3-х этажей, что дает возможность возводить как индивидуальные, так и многоквартирные дома. Помимо производимых конфигураций модулей, которых насчитывается более 50 видов, компания предлагает услуги по индивидуальной разработке prefab-конструкций дополнительных размеров, тем самым расширяя простор для архитектурных решений [8].
Так как технология prefab-домов является достаточно новой, то, несмотря на большие успехи в её развитии, все равно остается простор для новых исследований в этой области. Специалистами были решены основополагающие вопросы безопасности, такие как повышение огнестойкости, учет хладноломкости и предотвращение коррозии металлических конструкций, однако, это далеко не все требования, предъявляемые к жилью. В современном мире люди стремятся приобрести недвижимость, отвечающую стандартам «зеленого» строительства. Термин имеет обширное значение и подразумевает высокую энергоэффективность здания, транспортную доступность и использование экологически безопасных и природных строительных материалов. Существует несколько запатентованных технологий создания prefab-модуля, отвечающего требованиям «зеленого» строительства. Например, решение по использованию металлического каркаса в сочетании с рамной конструкцией из дерева [9], исключающее потери тепла в следствие возникновения «мостиков холода», и, следовательно, существенно повышающее энергоэффективность здания. Минусом подобной конструкции является различие между наличием изотропных свойств у металла и анизотропией древесины, что может привести к неравномерным деформациям несущих конструкций. Вместе с этим возникает необходимость дополнительной обработки деревянных конструкций, снижающая скорость производства модулей. Несмотря на это, добавление деревянных элементов в модули может существенно упростить процесс крепления внутренней и внешней обшивок каркаса, а также послужить более прочной основой для монтажа навесного оборудования.
На сегодняшний день быстровозводимые модульные здания, благодаря простоте монтажа и скорости своей сборки, были бы крайне актуальны для восполнения жилищного фонда в новых регионах нашей страны или в реализации национального проекта, направленного на переселение людей из ветхого и аварийного жилья. Помимо этого, prefab-дома можно было бы устанавливать в районах с тяжелыми условиями строительства, например, в районах с высокой сейсмической активностью, в условиях Крайнего Севера, а также при плотной городской застройке.
Литература:
- Finn Aberdein Chairman Zhang’s flatpack skyscrapers [Электронный ресурс] / Finn Aberdein, Paul Morris // BBC News. — 2015. — URL: https://www.bbc.co.uk/news/resources/idt-3cca82c0-af80–4c3a-8a79–84fda5015115 (дата обращения: 14.03.2023).
- Плиты B-CORE SLAB компании Broad Group [Электронный ресурс]. — URL: http://en.broad.com/ProductShow-76.aspx (дата обращения: 14.03.2023).
- Компания Ферро-Строй [Электронный ресурс]. — URL: https://ferrostroy.ru/ferro-strojj-mnogoehtazhka-za-dvoe-sutok-i-kottedzh-za-3-chasa-samye-bystrye-strojjki-mira/ (дата обращения: 14.03.2023).
- Бусаров И. В. История «хрущевки» (или жилищное строительство СССР в 1950–1960 гг.) [Электронный ресурс] / Бусаров И. В. // Исследования молодых ученых. — 2018. — № 2(6). — URL: https://mgpu-media.ru/issues/issue-6/historical-science/story-khrushchev.html (дата обращения: 14.03.2023).
- ГОСТ Р 54257–2010. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения и требования. — М.: Изд-во стандартов, 2011. — 4 с.
- Аналитическая записка «О жилищном строительстве в Российской Федерации в 2021 году» [Электронный ресурс]. — URL: https://rosstat.gov.ru/storage/mediabank/Analt_zap_Jil-ctroit_RF_2021.pdf (дата обращения: 14.03.2023).
- СП 2.13130.2020. Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты. — М.: Изд-во стандартов, 2020. — 7 с.
- Компания Новый Дом [Электронный ресурс] — URL: https://kpc-prefab.ru/ (дата обращения: 14.03.2023).
- Бондаренко В. И. Патент № RU 86634 Каркасный модуль здания [Электронный ресурс] / В. И. Бондаренко. — URL: https://i.moscow/patents/ru86634u1_20090910 (дата обращения: 14.03.2023).
