ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7012| Title: | Технологічні та організаційні основи спорудження модульних каркасів у сучасному будівництві |
| Authors: | Смоляр, Анатолій Михайлович Малашов, В’ячеслав Юрійович |
| Keywords: | модульні каркаси;індустріалізація будівництва;сучасне будівництво;технологія зведення;організація будівництва |
| Issue Date: | Jan-2026 |
| Abstract: | Найголовніша перевага модульних будівель та споруд - це їх мобільність і швидкість будівництва; модульний будинок збирається протягом декількох днів, за рахунок уніфікації панелей і несучих конструкцій. Основні області застосування - будівництво будівель самого різного призначення, але особливе призначення – об’єкти інфраструктури, об’єкти військового призначення. Конструкція модульних каркасів будівель та споруд дозволяє створювати приміщення будь-якої конфігурації і площі. Технологія складання модульних будівель залежить від застосовуваних блок-модулів (блок-контейнерів). Існують блок-контейнери, що поставляються в повній заводській готовності, і збірно-розбірні блок-контейнери, що поставляються в розібраному вигляді в пакетах, для більш економічного перевезення. Система включає в себе повний набір елементів будівель та споруд, вбудованих в стандартні панелі, для забезпечення жорсткості конструкції застосовуються болтові з'єднання каркасів і модулів. Основні переваги даної технології: швидкий монтаж складних будівельних об'єктів, з огляду на заводську готовність; мінімальна трудомісткість робіт, середньостатистичний об'єкт зводиться за допомогою бригади монтажників з 5 осіб та мінімально можливої підйомної техніки; мобільність збирання та розбирання, при необхідності модульний об'єкт може швидко демонтуватися та зібраний на іншому місці розташування, в декілька разів зменшення вартості зведення за рахунок зменшення часу будівництва та зниження трудомісткості операцій. В даний час у будівельній галузі все більша увага приділяється комплексному дослідженню організаційно-технологічного проектування об'єктів будівництва. Будівельна система розглядається як сукупність організаційних, конструктивних і технологічних процесів на всіх етапах повного організаційно-технологічного циклу - від проектування, виготовлення конструкцій на заводі до завершення будівництва на майданчику. Актуальність теми дослідження полягає в необхідності будівництва модульних каркасів при спорудженні будівель в умовах обмеженої можливості доставки матеріалів і конструкцій, наприклад для виробничих, військових завдань, обґрунтування нових та вдосконаленні існуючих організаційно-технологічних рішень на основі застосування високоефективних засобів механізації та на цій основі створення високошвидкісних та енергоефективних будівельних систем, здатних в короткий термін на віддалених територіях зводити багатофункціональні повнозбірні будівлі. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7012 |
| Appears in Collections: | 192 Будівництво та цивільна інженерія (Промислове і цивільне будівництво) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Кваліфікаційна робота магістра Малашов В.Ю. МГБ-404.pdf Restricted Access | 2.72 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
2
ТЕХНОЛОГІЧНІ ТА ОРГАНІЗАЦІЙНІ ОСНОВИ СПОРУДЖЕННЯ
МОДУЛЬНИХ КАРКАСІВ У СУЧАСНОМУ БУДІВНИЦТВІ
ВСТУП
РОЗДІЛ 1. СУЧАСНИЙ АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЙ СПОРУДЖЕННЯ
МОДУЛЬНИХ КАРКАСІВ БУДІВЕЛЬ…….……………………………………..7
1.1. Сучасний світовий досвід будівельних систем технології спорудження
модульних каркасів будівель ………………………….……..…………………….7
1.2. Досвід будівництва повнозбірних будівельних систем та будівель ……….14
1.3. Технології цивільного будівництва будинків з високим рівнем
збірності…………………………………………….………………………....…….21
1.4. Сучасна технологія спорудження модульного каркасу з використанням
монолітної залізобетонної конструкції зсувної стіни ….……………………......28
Висновки по 1 розділу…………………………………………………………...33
РОЗДІЛ 2. ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВИ СПОРУДЖЕННЯ МОДУЛЬНИХ
КАРКАСІВ БУДІВЕЛЬ ТА
СПОРУД………………………………………………………………………….....34
2.1. Обґрунтування комплексної енергоефективності будівельних систем
швидкого монтажу………………………………………………………………….34
2.2. Обґрунтування елементів модульних каркасів зведення будівель з
високотехнологічних будівельних систем ……………………………………….35
2.3. Принципи універсальної високотехнологічної будівельної системи
спорудження модульних каркасів при зведенні будівель ……………………....42
2.4. Спосіб адаптивного (роботизованого) спорудження модульних каркасів
будівель із систем ВБС………………………………………….…..……………...49
Висновки по 2 розділу……………………………………………………….65
РОЗДІЛ 3. ОБҐРУНТУВАННЯ ОРГАНІЗАЦІЙНО-ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВ
СПОРУДЖЕННЯ МОДУЛЬНИХ КАРКАСІВ БУДІВЕЛЬ ТА
СПОРУД…………………………………………………………………………….61
3.1. Активні та пасивні системи забезпечення точності монтажу модульних
каркасів будівель в польових умовах……………..……………….......................61
3
3.2. Спосіб інтерактивного (віртуального) монтажу модульних повнозбірних
будівель…………………………………………………………………………..….68
3.3. Обґрунтування технологічного застосування стале-залізобетонних елементів
заводського виготовлення модульних каркасів………………………………......74
3.4. Організаційно-технологічне моделювання модульних каркасів будівель та
споруд……. ………………………………...…………………………………….…78
3.5 Обґрунтування технологічної перспективності високотехнологічних,
пасивних та адаптивних (роботизованих) модульних каркасів монтажу
повнозбірних будівель ……………..………………..………………………..…....81
3.6. Обґрунтування технологічної можливості модернізації та транспортного
процесу спорудження модульних каркасів будівель…….…………………..…..85
Висновки по розділу 3……………………………………………………….88
РОЗДІЛ 4. ОРГАНІЗАЦІЙНО-ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ЕКОНОМІЧНА
ЕФЕКТИВНІСТЬ ТЕХНОЛОГІЇ СПОРУДЖЕННЯ МОДУЛЬНИХ КАРКАСІВ
БУДІВЕЛЬ ТА СПОРУД……………………………………………….…..……...89
4.1. Визначення економічної технології зведення модульних каркасів будівель та
споруд………………………..……………………………….……………………..89
4.2 Розрахунок техніко-економічної ефективності модульних каркасів
енергоефективних будівельних систем …………………...…………….………..92
4.3 Практичні рекомендації подальшого підвищення ефективності модульних
каркасів високошвидкісних енергоефективних будівельних
систем……………………………………………………………………………….113
Висновки по розділу 4…………………………………………….………...115
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ………………………………………………...…….......116
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ……………………………..............119
4
Вступ
Найголовніша перевага модульних будівель та споруд - це їх мобільність і
швидкість будівництва; модульний будинок збирається протягом декількох днів,
за рахунок уніфікації панелей і несучих конструкцій. Основні області
застосування - будівництво будівель самого різного призначення, але особливе
призначення – об’єкти інфраструктури, об’єкти військового призначення.
Конструкція модульних каркасів будівель та споруд дозволяє створювати
приміщення будь-якої конфігурації і площі. Технологія складання модульних
будівель залежить від застосовуваних блок-модулів (блок-контейнерів). Існують
блок-контейнери, що поставляються в повній заводській готовності, і збірно-
розбірні блок-контейнери, що поставляються в розібраному вигляді в пакетах,
для більш економічного перевезення. Система включає в себе повний набір
елементів будівель та споруд, вбудованих в стандартні панелі, для забезпечення
жорсткості конструкції застосовуються болтові з'єднання каркасів і модулів.
Основні переваги даної технології: швидкий монтаж складних будівельних
об'єктів, з огляду на заводську готовність; мінімальна трудомісткість робіт,
середньостатистичний об'єкт зводиться за допомогою бригади монтажників з 5
осіб та мінімально можливої підйомної техніки; мобільність збирання та
розбирання, при необхідності модульний об'єкт може швидко демонтуватися та
зібраний на іншому місці розташування, в декілька разів зменшення вартості
зведення за рахунок зменшення часу будівництва та зниження трудомісткості
операцій.
В даний час у будівельній галузі все більша увага приділяється комплексному
дослідженню організаційно-технологічного проектування об'єктів будівництва.
Будівельна система розглядається як сукупність організаційних, конструктивних
і технологічних процесів на всіх етапах повного організаційно-технологічного
циклу - від проектування, виготовлення конструкцій на заводі до завершення
будівництва на майданчику.
5
Актуальність теми дослідження полягає в необхідності будівництва
модульних каркасів при спорудженні будівель в умовах обмеженої
можливості доставки матеріалів і конструкцій, наприклад для виробничих,
військових завдань, обґрунтування нових та вдосконаленні існуючих
організаційно-технологічних рішень на основі застосування
високоефективних засобів механізації та на цій основі створення
високошвидкісних та енергоефективних будівельних систем, здатних в
короткий термін на віддалених територіях зводити багатофункціональні
повнозбірні будівлі.
Мета роботи є обґрунтування методів спорудження енергоефективних
модульних каркасів систем будівель та споруд, їх зведення в умовах при
наявності обмеженості доставки будівельних матеріалів і конструкцій.
Завдання дослідження:
1. Провести системний аналіз організаційних, конструктивних та технологічних
рішень модульних каркасів спорудження будівництва будівель та споруд, а
також дестабілізуючих факторів будівництва.
2. Виявити вплив організаційних, конструктивних і технологічних параметрів
створення швидкісних будівельних систем, оцінити їх ієрархію.
3. Обґрунтувати комплекс адаптивних технологічних рішень високошвидкісного
енергоефективного зведення повнозбірних модульних каркасів модульних
будівель з урахуванням нейтралізації дестабілізуючих факторів в обмежених
умовах.
4. Визначити техніко-економічні показники зведення модульних каркасів
будівель в обмежених умовах.
Об’єкт досліджень - організаційно-технологічні основи спорудження
модульних каркасів будівель та споруд.
Предмет досліджень - нові високоефективні технології спорудження
модульних каркасів будівель та споруд.
Практичне значення одержаних результатів полягає в наступному:
6
- виконано класифікацію дестабілізуючих факторів на процес будівництва
будівель, проведено системний аналіз організаційних, конструктивних та
технологічних рішень модульних каркасів будівельних систем будівництва
будівель та споруд;
- класифіковано вплив організаційних, конструктивних і технологічних
параметрів створення швидкісних будівельних систем, оцінити їх ієрархію;
- обґрунтовано комплекс адаптивних технологічних рішень високошвидкісного
енергоефективного зведення повнозбірних модульних будівель з урахуванням
нейтралізації дестабілізуючих факторів в обмежених умовах;
- проведено обрахунок техніко-економічні показники зведення повнозбірних
модульних будівель в обмежених умов
7
РОЗДІЛ 1. СИСТЕМНО-ФУНКЦІОНАЛЬНИЙ АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЙ
ЗВЕДЕННЯ ІНДУСТРІАЛЬНИХ БУДІВЕЛЬ
1.1. Сучасний світовий будівельних систем технології спорудження
модульних каркасів будівель
На основі аналізу літературних джерел проведено дослідження
конструктивно-технологічних систем швидкісного спорудження будівель та
споруд комплексів будівель в Україні, Великобританії, Німеччині, Франції,
Фінляндії, Китаї, Японії, Канаді, Іспанії, Чехії та США, що відповідають
критеріям безпеки та якості з урахуванням вітчизняного та зарубіжного досвіду
[1, 2–3, 4, 5, 6, 7–8, 10, 11, 12].
Найважливіші властивості споруджень з модульного каркасу систем
(будівель) такі:
- Високий рівень заводської готовності елементів (більше 85%);
- Висока швидкість збирання будівель;
- Високий ступінь оптимізації та уніфікації елементів (модулів);
- Полегшені конструкції модулів;
- Зручні в швидкості вузли з’єднань елементів;
- Висока якість та точність виготовлення модулів.
Значну активізацію у сфері повнозбірного будівництва з блок-модулів
(особливо останніми роками) показала статистична обробка даних патентів. На
території України та країн Європи випускаються понад 250 різновидів будівель
та споруд - 26 основних модульних конструктивних систем, 18 систем
контейнерного та 8 систем збірно-розбірного типу.
Основний елемент таких будівель - панель до 12 м, що включає віконні та
дверні блоки та оздоблення фасаду. Складання здійснюється на болтових
з’єднаннях з ущільненням швів; збірно-розбірні будинки поставляються з
повним комплектом деталей.
8
Значний досвід використання модульних будівель накопичений за кордоном
[16, 17-19, 20, 21, 22, 23-25, 26, 27].
З табл. 1.1 слідує, що країни світу використовують власні оригінальні
системи, підкреслюючи тим самим актуальність аналізованої проблеми в
масштабі світових макроекономіка.
Таблиця 1.1 Системи модульних каркасів будівель закордонних країн
Габаритні розміри, м
Країна Система Вид Примітка
довжинаш иринав исота
Фінляндія FINNCAMP 2,4-2,5 4,8-12 2,6-3,1 Каркасно- Гуртожиток,
Nakkilan Konepaja 3,0-52,8 11-19,2 5,5-8,0 панельна житлові будинки
YIT
Rukka
Ruukki
TRAILER MOBIL 2,4-3,6 4,8-30 2,1-2,4 Контейнерна Бази, рухомі
HOUSE селища
військових
MUST 6 15,9 3 Пневматика- Зальні
NIKE 7,3 7,3 5,9 споруди
США
Житлові
PLAYDOM 5,2 6,4 3 Каркасно- будинки,
SECTION 6 14,6 2,9 панельна селища
Рortakabin 2,4-3,6 2-12 2,3-2,4 Контейнерно- Житлові
PLAN панельна будинки, селища
НімеччинаV ARIAL TECHNAL2 ,4-2,5 2,991 2,1-2,3 Панельно- Будинки,
12,19 контейнерна магазини
Франція INTERCAMP 2,5-3,- 5-12 2,4 Контейнерна Житлові
CARAVAN будинки, офіси
Італия ATCO 3-3,6 6-16,2 2,2-2,4 Каркасно- Цеха, селища,
Fold-А-Way 3-6 7-18 2,5-6,0 панельна, гуртожитки
9
ISO контейнерна
Швеція Nippon Kokan К.К. 6-25,0 6-61,7 Каркасно- Корпуса цехів
10,0
панельна
CONTAINEX 3-6,0 6-12 2,6 Жилые дома,
Контейнер
гуртожитки,
на
магазини
Австрія
Vodni Stavby 12,7 41,4 3,7 Житлові
Каркасно-
будинки,
панельна
гуртожитки
ISO 2,4-2,5 6-12 2,2-3,6 Контейнерна, Містечка
Чехія MBР каркасно- будівельників,
панельна житлові будинки
Дослідження англійських, німецьких, італійських та іспанських вчених
присвячені практичному використанню «зростаючих» елементів, складних
будівель і конструкцій, що трансформуються, дуже актуально в теперішній
змінний час. Окрім будівель, що серійно випускаються в країнах цивілізованого
світу, відомі варіанти збірно-розбірних будівель з різного набору секцій типу, що
складається, для зведення будівель житлового і громадського призначення [33,
34].
Переваги цих систем:
- високий ступінь заводської готовності;
- простота монтажу та трансформації конструкцій;
- збільшення обсягу та площі модулів у 1,5–3 рази;
- невеликий обсяг при транспортуванні;
- невелика вага (2,8; 2,9 та 3,1 т) та ін. виявили недоліки:
- низька вогнестійкість та неергономічний дизайн;
- неможливість суттєвого розвитку по вертикалі;
- відсутність загальних планувальних рішень.
10
Трансформація (від латів. transformatio - перетворення) - метод перетворення
або зміни форми, що використовується при проектуванні будівель. З табл. 1.2
видно, що за рахунок шарнірно-з'єднаних панелей підсистема «Multi plus 300»
забезпечує збільшення площі модуля в 20 разів і будівельного обсягу - до 10
разів, дана система - не капітального характеру [35, 36].
Використовуючи різні комбінації будівельних, розсувних, шарнірних та
інших конструкцій будівель, можна швидко збирати пакети елементів, готових
до відправки на спеціальних транспортних засобах до місця призначення.
Монтаж таких пакетів спрощується, оскільки зменшується процеси вивіряння
конструкції [37].
У табл. 1.3 та 1.4 наведено результати порівняння варіантів модульних
будівель на підчас конструктивно-технологічних показників. Аналіз табл. 1.3 та
1.4 показав переваги та недоліки будівель контейнерного типу порівняно зі
збірно-розбірними будинками.
Таблиця 1.2 Системи модульного спорудження каркасів будівель закордонних
країн
Характеристики China YULIFo Підсистеми
Expandabllding Single Multi Multi plus
e containeHr ouse
20 40 90 50 170 300 170 300
house
Кількість монтажників,
2 2 2 2 2 2 2 2
чол. 2 2 2
Розміри при
транспортуванні, м:
довжина 4,0 5,0 3,05 6,06 12,19 4,01 4,01 12,79 9,12 12,19 5,0
висота 2,9 0,4 2,59 2,59 2,9 2,9 2,9 3,03 3,2 3,2 0,8
3
Обсяг, м 24 2 12 24 58 11 25 24 25 24 36
Габарити будівлі,м:
довжина 6,0 5,0 6,77 6,77 7,38 13,9 20,05 25,64 20,05 25,64 5,0
ТВЕМА
11
ширина 4,0 2,0 3,05 6,06 12,19 4,01 9,12 12,1 9,12 12,19 2,5
висота 2,9 2,8 2,4 2,4 2,7 2,55 2,7 2,7 5 5 2,7
Час монтажу, год 0,15 0,08 0,16 0,3 0,5 0,3 1 2 1 2 0,1
2
Вага споруди, кг/м 55 35 45 45 49 46 49 49 75 75 35
Площа при транс-
8,0 10 6,5 12 25 6 13 15 13 15 12,5
2
портуванні, м
2
Площа при монтажі, м 24 10 17 37 85 49 172 299 172 299 12,5
Зміна будівельного
3 7 2,7 2,7 2,9 5 8 10 8 10 3,5
обсягу
Переваги: висока якість матеріалів та вузлів з'єднань; граничне скорочення
трудомісткості монтажу та демонтажу; можливість встановлення меблів та
технологічного обладнання; можливість заводської установки інженерних
систем з мережами.
Недоліки: неможливість організації великопрогонових, зальних приміщень;
менша об’ємно-планувальна гнучкість; менша економічність при переміщенні;
необхідність кранового обладнання.
У цій роботі надалі не розглядаються будівлі та споруди мобільного та
модульного типів, які носять тимчасовий, малоповерховий та не капітальний
характер.
Таблиця 1.3 Порівняння варіантів модульного спорудження каркасів будівель
будівель
Варіанти систем
III
I II Блочні системи типу
Показники Модульний Панельні системи «Модуль»,
будинок фірми типу: «Сокіл», «Енергетик»,
БУК типу 10ММ «Модуль» тощо.« Лісник», «Геолог» и
др.
12
2 2 2
S = 976 м S = 733 м S = 864 м
Площа S і обсяг будівлі в
3 3 3
V = 3225 м V = 1620 м V = 1944 м
цілому V
2 поверхів 1-2 поверхів 1-2 поверхів
Загальна маса будинку 360 т 110 т 50-100 т
28 модулів одного 50 модифікацій 24 модулів, 3-6
Кількість модулів типорозміру НБКС модифікацій
Коефіцієнт монтажної тех-
1 0,68 0,95
нологічності
Трудомісткість робіт при
2 2 2
будівництві споруди в 0,557 чол.-ч/м 0,48 чол.-ч/м 1,7-2,4 чол.-ч/м
цілому
Комбінована Тип «сендвіч» Трьохшарові панелі
Зовнішнє огородження
конструкція з типу
модуля (будівлі)
утеплювачем «сендвіч»
Маса модуля 10-11т 0,12-5 т 3-7 т
Автокран Лебідки, автокраАн втокран, підкатні те-
Вантажопідйомний засіб
лежки
2 2 2
Трудомісткість монтажу 0,307 чол.-дн./м 0,27 чол.-дн./м 0,32-0,94 чол.-дн./м
будинку
Ступінь огнестійкості II-V ступінь IV-V ступінь IV-V ступінь
Зварна конструк- Шип-гніздо З’єднувальні муфти,
Конструкція стика модуля
ція гвіздкове незварні стики
Мінераловатні Легкі, ячеїсті Базальтове волокно,
Теплоізоляція, коефіцієнт плиті R = 0,81-бетони; пінопластим інераловатні плити
теплопровідності 0,07 Вт/м-°С R = 0,47-0,064 R = 0,81-0,07 Вт/м-°С
Вт/м-°С
Довговічність будинку 60 років 20-30 років 25-45 років
2
Відносна вартість 1 м
1 0,49 0,56
загальної площі, %
13
Сталевий зварний
каркас з оцинко- Дерево-металевий
ваних несучих Панельна система; блок-контейнер
Конструкція модуля
профілів з рамно-панельна каркасно-панельного
дерев’яними типу
стійками
Рівень заводської
94% 50% 85%
готовності
A = 3,4 м; h = 3,3
Розміри модулів: ширина A,
м; A = 2,4; h = 3 м; A = 3 м; h = 3 м;
висота h, довжині l
1 = 10,25 м 1 = 4,8 м 1 = 6; 9; 12 м
Таблиця 1.4 Показники модульних каркасів при будівництві в Україні
Витрати Нормативна
Габаритні розміри, м
матеріалів трудомісткість
Найменування монтажу /
метал, лісоматері- виготовлення,
2 3 2 2
L B h кг/м али, м /м чол.-год/м
Універсал 6 3 2,95 53 0,08 9,8
Контур 9 3 2,9 53,8 0,18 6,1
Куб-М 6 3 2,87 51 0,37 7,34
Енергетик 6 3 2,9 14,4 0,83 12,8
Вахта 12 2,9 2,9 80 0,22 13
Геолог 6 3 3 30,2 0,57 20,4
Лісник 6 3 2,82 12,7 0,02 0,1
ЄвроМодуль 6 3 2,89 40 0,03 26
Прогрес 6 2,5 2,96 67,1 0,01 13,2
Нева Сталь 6 3 3,14 53,1 0,3 7,3
УСРЗ-1(2) 12,8(18) 3 6(8,4) 86,6(93) - 0,32
14
Модуль-1(2) 14,4(4,8)4 ,8(2,4) 7(2,7) 71,2(25) 0,02(0,41) 0,91(0,25)
Монтажник 9 3 4,2 50,9 0,12 0,64
СКЗ-М 12 3 5,4 98 - 0,51
УИЗ-12(18) 12(18) 6 6 64(57) 0,17(0,13) 0,94(0,74)
БКЗ-6(24) 18(24) 3 6 88,2 - 0,72(0,6)
1.2. Досвід будівництва модульних каркасів будівельних систем та будівель
Модульне будівництво - це масове індустріальне виготовлення збірних
елементів, яке вимагає наявності механізованої бази, спеціальних транспортних
та монтажних засобів, а також якісних будівельних матеріалів, що
задовольняють вимогам заводського виробництва. Тим самим забезпечується
висока якість та зниження трудомісткості [38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48,
49, 50-52, 53, 54, 55, 56-58, 59, 60-69].
При будівництві великоблочних будівель більше п'яти поверхів застосовують
систему без каркасу ; для більшої поверховості - схему з великим або змішаним
кроком поперечних стін; від 22 поверхів - при влаштуванні в’язків (табл. 1.5).
2
Таблиця 1.5 Показники систем типових багатоповерхових будівель на 1 м
Будівельні системи
12- поверхові 16- поверхові
9-поверхові будинки
Техніко- будинки будинки
економічні
показники
Трудомісткість,
18,5 24,5 20,5 16,5 18 19 25,5 18 20,5 20 25
чол.-ч
Приведені за-
100 106 105 102 96 100 110 96 100 97 106
трати, %
панельна (з малим
кроком)
цегляна
крупноблочна
Об’ємноблочна
монолітна
панельна
цегляна
монолітна
панельна
монолітна
панельна
каркасна
15
Затрати на 100 132 111 89 97 100 134 97 100 98 121
площадці: % 11,5 16,5 14 4,5 13,5 12 17,5 14 13 15 17
чол.-ч
Витрати матеріа- 100 76 143 105 95 100 78 84 100 80 133
лів, %: сталь 100 77 87 87 100 100 56 97 100 106 102
цемент 100 59 103 91 100 100 57 99 100 104 91
Скорочення обсягів безкаркасного швидкого будівництва спричинено
розвитком панельного домобудівництва з вищими показниками ефективності.
Застосування панельної системи обмежується 30 поверхами у звичайних
умовах та 14 поверхами у сейсмічних районах. Переваги панельної системи в
порівнянні з цегляною такі: менша маса (на 30-40%), зменшення термінів
будівництва (на 30%); вартості на 3-5% [69].
Об’ємна-блочна система обмежена без спеціального зв'язкового каркаса 16
поверхами, блок-кімнати бувають складовими з окремих панелей або
монолітними, просторові розміри обмежуються габаритами блоків. Ця
будівельна система стала тимчасово незатребуваною внаслідок відсутності
великої концентрації будівництва, де вона досягає найбільшого економічного
ефекту [70, 71, 72].
У цієї системи є суттєві недоліки: дороге, та складне обладнання для
виробництва монолітних об'ємних блоків; потрібні потужні спеціальні крани; ·
необхідні комфортні під'їзні шляхи на буд майданчику; ·через неоднакову
жорсткість зав’язків відбувається перекіс блоків; низька якість поверхонь стін
бетонних блоків; велика витрата бетону та металу; слабка тріщиностійкість.
Каркасно-панельна система є основною в проектуванні промислових і
громадських будівель, але в житловому будівництві застосовується рідко,
16
поступаючись панельною за витратами сталі, витратами праці та термінами
будівництва.
Одна з таких систем, яка особливо заслуговує на увагу для дослідження, - це
система КУБ (каркас універсальний безригельний) [73].
Ця система не позбавлена недоліків:
- обмежена величина розрахункових прольотів (не більше 6 м);
- перекоси плит при монтажі;
- маса повнотілих перекриттів в 1,5 рази більше багатопустотних;
- рішення з армування складні та трудомісткі;
- не можливість будівництва будівель до 25 поверхів;
- низька несуча здатність бетону в стиках.
На основі вивчених вітчизняних та зарубіжних джерел було обґрунтовано
можливі варіанти сполучення збірних елементів із залізобетону, проаналізовано
процес виготовлення виробів для цих видів та схеми роботи. Приклади
можливих варіантів різних вузлів сполучення наведено на рис. 1.2 [74, 75, 76-78].
Головні офіси організацій, що виготовляють складові для здійснення
каркасного монтажу, зосереджений у Європі, рис. 1.2. Це з табл. 1.6. «Суха»
технологія в Україні знаходиться зараз у початковому стані. Але вже є компанії,
які використовують у своїй практиці будівництва «суху» технологію [79, 80, 81].
17
Рисунок. 1.2. Приклади варіантів «сухих» вузлів сполучення при використанні
залізобетонних елементів:
а - анкерно-болтова балка-колона; б - вставкова балка-колона; в - вставкова
балка-колона; г - вставкова балка-колона; д - анкерно-болтова колона -
фундамент; е - колона-колона; ж - анкерно-болтова балка-колона; з - анкерно-
болтові фасадні системи; та - анкерно-болтові фасадні системи; к - анкерно-
болтова колона-фундамент; л - анкерно-болтова колона-колона; м - анкерно-
болтова панель-панель; н - анкерно-болтова панель-панель; про - анкерно-
болтова панель-панель; п - анкерно-болтова панель-панель; р - замикаюча
панель-панель
Таблиця 1.6 Системи каркасного поєднання конструкцій збірного залізобетону
Країна Найменування Поверховість Тип Призначення
Промислове
AnStar 2-10 Каркасні
Цивільне
Финляндія
Промислове
Peikko 2-10 Каркасні
Цивільне
НорвегіяI nvisible Connections 4-7 Каркасні Промислове
18
AS Цивільне
Каркасні
Неповний каркас Промислове
Halfen 2-25
Безкаркасні Цивільне
Німеччина Тунельні
Промислове
B.T. Innovation GmbH 2-30 Каркасні
Цивільне
Pfeifer 1-4 Каркасні Промислове
Італія BS Italy 4-10 Каркасні Промислове
Мальта iAS 5-7 Каркасні Промислове
Concretex 1-2 Безкаркасні Промислове
США Промислове
JVI 4-7 Каркасні
Цивільне
Підтипи з'єднань, зважаючи на відмінності способів установки та принципів
роботи, мають відмінні один від одного параметри, що характеризують їх.
Основні порівняльні характеристики типів вузлових з’єднань наведені у табл.
1.7. По даній таблиці видно, що процес замонолічування ділянок повністю не
виключається, що робить дані вузли сполучення не повною мірою «сухими».
Таблиця 1.7 Характеристики типів вузлів каркасного сполучення
Оснастка і
устаткування при
монтажі
Траверса, строп 2-
Колона- Анкерно- вітковий, рівень,
1 3752 - - 7 -
фундамент болтовий опалубка, ключ
монтажний
Траверса, строп 2-
2 Анкерно- 3752 - - 7 + вітковий, ключ
Колона- колонаб олтовий монтажний
№ п/п
Сполучені
елементи
Тип з’єднання
Максимальне
повздовжня
Максимальне
навантаження,
поперечне
кН
нМаваакнстиамжаелньнняе,
попекрНе чне
навантаження,
ВогнкеНза хист
Можливість
відсутності
замонолічування
19
Траверса, строп 2-
3 Анкерно- 150 - 491 7 + вітковий, ключ
Колона- балка болтовий монтажний
Строп 2- вітковий,
Анкерно- 52,5 17,7 30 6-7 - рівень, ключ
болтовий монтажний
Панель- панель
4 Закриваюч Строп 2- вітковий,
вертикальні 24,4 4 6,3 8-9 +
ийся рівень
Петлевой Строп 2- вітковий,
600 168 42 8-9 -
тип глубинный вибратор
Строп 2- вітковий,
Анкерно- 1876 209 209 7 - рівень, ключ
Панель- панельб олтовой монтажный
5
горизонтальне Строп 2- вітковий,
Закриваюч 244 4 6,3 8-9 + рівень, ключ
ийся монтажний
Фасадні Анкерно- Строп 2- вітковий,
6 75,6 - - 6 +
огородження болтовий ключ монтажний
За своїми механічними властивостями «сухі» вузли принаймні не
поступаються «мокрим» з’єднанням. На українському ринку, використовують у
проектуванні елементи «сухого» монтажу: ТОВ «Фікотс Інжиніринг», ТОВ
«Будпроект», ТОВ «ЦНІІ житла», ТОВ «ПКТ» тощо.
Українська будівельна організація розробило одну з найперспективніших
систем «сухого» монтажу будівель, що об’єднала в собі іноземні технології та
власні розробки, під назвою «Система архітектурно-містобудівного панельно-
каркасного домобудування» (АГСПКД) [83]. Застосовується як без болтовий, так
і болтовий способи монтажу з використанням продукції компанії Peikko, а саме -
стінові черевики, трос-петлі та болтова арматура.
Прикладом використання залізобетону з стальними з’єднувальними
елементами в Україні є модульна опорно-стрижнева система (МОСС).
Просторова жорсткість будівлі забезпечується спільною роботою металевого
каркаса, ядер жорсткості та горизонтальних залізобетонних дисків перекриттів.
20
Колони каркаса виготовляються з сталевих труб і розташовуються в шаховому
порядку.
Металеві балки каркаса виконуються з двох спарених швелерів в напрямках,
що перетинаються, утворюючи трикутні осередки. Монтаж металевого каркаса
здійснюється модулями, що збираються в кондукторі на майданчику. Готовий
модуль подається на будівлю та закріплюється за допомогою болтів. Монтаж
2
каркасу одного поверху площею близько 1000 м виконується за 1-2 дні.
Повністю один поверх може бути зведений за 7-10 днів. Незважаючи на
2
влаштування металевого каркасу, витрата металу на 1 м загальної площі
житлового будинку приблизно однакова в порівнянні з монолітними та
панельними будинками, а витрата бетону в 2–2,5 рази менша за традиційні
рішення [83].
Розглянуті конструктивно-будівельні системи лише частково відповідають
вимогам високошвидкісного і високотехнологічного будівництва (табл. 1.8). З
урахуванням всіх особливостей регіону найбільш підходящою технологією є
модульне будівництво [84].
Таблиця 1.8 Характеристики типів вузлів каркасного сполучення
Закрита Монтаж фундаментів
технологія Зведення будівельної для обладнання.
будівництва коробки за допомогоЗюа гальне будівництво —»— —»—
промислових пристрою даху та спеціальні роботи.
будівель Монтаж обладнання
Комбінована Постінстаційний
технологія загальний
будівництва Зведення корпусу та будівельний і
—»— —»—
промислових обладнання коробки спеціальні роботи.
будівель Обв'язка обладнання
21
Завершення Оздоблюваль
загальних ні роботи.
Зведення будівельної
будівельних робітП. усконалагод
коробки. Монтаж
Монтаж обладнання жувальні
підвісних кранів
роботи
Система високошвидкісного домобудування з модульних
високотехнологічних систем УВБС відповідає комбінації найбільш
високотехнологічних рішень в результаті використання багатокритеріальних
методик (представлених в розділі 2) і дозволяє досягти поставлених цілей. А
також роботизувати монтаж та демонтаж; скоротити терміни будівництва;
трансформувати елементи; комплектно поставляти технологічне та інженерне
обладнання; забезпечувати дублювання запасними системами та частинами;
досягти повної готовності об’єкта до автономної та безпечної роботи;
забезпечити високу якість будівництва, [97].
1.3 Технології цивільного будівництва будинків з високим рівнем збірності
Збірні залізобетонні конструкції можна розділити на дві категорії залежно
від способу сполуки: збірні монолітні залізобетонні конструкції й повністю
збірні залізобетонні конструкції.
Враховуючи структурну цілісність і водонепроникність швів, збірня
монолітна залізобетонна конструкція є основною формою збірних
залізобетонних конструкцій, прийнятої в Китаї. Серед них горизонтальний
напрямок збірних компонентів ухвалює форму сполуки з монолітного бетону.
Вертикально тампонажний матеріал на основі цементу використовується для
сполуки в єдине ціле.
Збірні залізобетонні каркасні конструкції мають гнучкий поділ простору,
чіткі шляхи передачі зусилля й просту стандартизацію компонентів балки-
колони, які широко використовуються в суспільних будинках.
22
В той же час, з постійним поліпшенням функцій будинку й вимог до
використання, потреба в конструкції для більших відсіків і більших
навантажень різко зросла, і в збірних бетонних конструкціях була впроваджена
технологія попередньої напруги. Тобто збірна інтегральна система попередньо
напружених залізобетонних каркасних конструкцій компенсує недоліки в
області застосування збірних залізобетонних каркасних конструкцій.
Інтегральна система залізобетонних каркасних конструкцій, зібрана зі
звичайних сталевих прутів
Збірна монолітна залізобетонна каркасна конструкція полягає в тому, що
деякі або всі каркасні балки, плити й колони є збірнями й надійно з’єднані,
утворюючи цільну каркасну.
Рисунок. 1.3 - Принципова схема збірних елементів збірного монолітного
залізобетонного каркасного будівництва
У цей час звичайне використовування способів з’єднання збірних колон
включають сполуки втулки для затірки швів, сполука анкера для затірки швів з
обмеженим спіральним посиленням, сполука анкера для затірки швів з
гофрованої труби й болтова сполука. Сполука втулки для затірки швів полягає в
попередній установці сталевих втулок у нижній частині верхніх збірних
компонентів і резервуванні сталевих стрижнів у відповідних положеннях
23
нижніх компонентів. Під час монтажу зарезервовані сталеві стрижні
вставляються в сталеву втулку, а готові компоненти з’єднуються як єдине ціле
шляхом затірки швів через отвори для затірки швів і випускні отвори, з’єднані
із затіркою швів втулки.
1. Анкерне з’єднання із затіркою призначене для резервування отворів у верхніх
збірних компонентах і втримання спіральних сталевих стрижнів або
гофрованих труб, а нижні збірні компоненти попередньо встановлені з
вертикальними вставками. Під час монтажу вертикальні сталеві стрижні
висуваються в зарезервовані отвори, а анкерна сполука завершується затіркою
швів.
Болтове з’єднання, тобто з’єднання збірних компонентів у сухій сполуці.
Бетон не заливається під час з’єднання, але ціль досягається шляхом вставки
сталевих пластин або інших сталевих компонентів у компоненти, що
з’єднуються, а також за допомогою болтів або зварювання.
Рисунок. 1.4 - Схема з’єднання втулки для заглушки швів
24
Рисунок. 1.5 - Принципова схема з’єднання спірального стременного
шламового анкерного з’єднання
Рисунок. 1.6 - Схема з’єднання сильфоного шламового анкера
Рисунок. 1.7 - Принципова схема болтового з’єднання № 1
25
Рисунок. 1.8 - Принципова схема болтового з’єднання № 2
З’єднання балки й колони зібраної монолітної бетонної рами звичайно
виконуються методом монолітного з’єднання. Поздовжні стрижні в нижній
частині збірних балок закріплені у вузлах, а арматурні стрижні в області вузла
розташовані в шаховому порядку.
Елементи балки й колони повинні намагатися використовувати
розташування сталевих стрижнів з більшим діаметром і більшою відстанню,
щоб зменшити кількість сталевих стрижнів у вузловій зоні, що сприяє
установці й будівництву вузлів і забезпечує якість заливання бетону й безпека
конструкції. Коли розмір перетину колони не відповідає вимогам до
прямолінійного кріплення поздовжньої арматур балки, можна використовувати
анкерне кріплення з вигином під кутом 90. або анкерне кріплення за допомогою
анкерної пластини, як показано на рис. 1.10.
26
Рисунок. 1.9 - Складання збірних компонентів на місці
Збірна монолітна попередньо напружена система залізобетонних каркасних
конструкцій.
У порівнянні із системою каркасних конструкцій зі збірного монолітного
бетону, система використовує технологію попередньо напруженого бетону, яка
ефективно зменшує висоту перетину компонентів, збільшує чисту висоту
будинку, зменшує власна вага компонентів, заощаджує матеріали й поліпшує
характеристики закриття тріщин і структурну деформацію збірного
компонента. Це може поліпшити здатність конструкції до відновлення,
зменшити вертикальне відхилення конструкції й поліпшити комплексні
експлуатаційні характеристики конструкції. Він особливо підходить для збірних
конструкцій з високими вимогами до великого прольоту, великого
27
навантаження й тріщиностійкості.
монолітної. Вертикальна арматури колони збірного каркаса заповнюється
цементним розчином через тампонажну втулку.
Попередньо натягнуті попередньо напружені сухожилля розташовані
безперервним і вигнутим образом, і незв’язана структура прийнята на певній
відстані між центральною областю вузла й кінцем бічної балки колони.
Попередньо напружені стержні й звичайні сталеві стрижні з’єднані
змішаним образом, і попередньо напружені стержні й ненапружені звичайні
сталеві стрижні запроектовані відповідно до певною пропорцією, тобто
відношенням інтенсивності попередньої напруги.
Серед них звичайні сталеві стрижні в основному відіграють роль
розсіювання енергії, а попередньо напружені стержні забезпечують зусилля
відновлення деформації, щоб досягти гарної здатності до самовідновлення й
здатності до розсіювання енергії, як показано на рис. 1.11
Рисунок. 1.10 - Зібрана інтегральна модель попередньо напруженої бетонної
каркасної конструкції
28
Рисунок. 1.11 – З’єднання гофрованої труби в центральній частині вузла
Характеристиками цієї системи є:
1) використання технології постнатяженіння, безперервного й
вигнутого розташування попередньо напружених ребер; крива попередньо
напруженого ребра близька до верхньої частини поперечного переріза балки в
опори рами, а середній проліт близький до нижньої частини поперечного
переріза балки. Зусилля є розумним, що ефективно поліпшує несучу здатність і
тріщиностійкість каркасної конструкції, збільшує чисту висоту будинку й
реалізує застосування збірних залізобетонних каркасних конструкцій в області
довгих прольотів.
2) Незв’язана попередньо напружена структура сполуки ребер
прийнята в межах певного діапазону площі серцевини вузла й сторони колони.
Через відносно більші ушкодження, викликані сейсмічним впливом в області
серцевини вузла рами й пластичної області кінця бічної балки колони,
пропонується, щоб попередньо напружені ребра в області серцевини вузла й
певної області кінця бічної балки колони мали незв’язану оптимізовану
29
структуру сполуки, щоб уникнути передчасного виходу з ладу попередньо
напружених ребер у цій області й виникнення ушкоджень, тим самим
підвищуючи енергоспоживання й здатність конструкції до самовідновлення.
1.4 Сучасна технологія спорудження модульного каркасу з використанням
монолітної залізобетонної конструкції зсувної стіни
Конструкція збірно-монолітної залізобетонної зсувної стінки в основному
містить у собі три методи:
1. збірну монолітну бетонну зсувну стінку,
2. однобічну, що накладається зсувну стінку
3. двосторонню, що накладається зсувну стінку.
Розглянемо ці конструкції більш докладно.
1) збірна монолітна бетонна зсувна стінка.
Збірна монолітна бетонна конструкція зсувної стінки являє собою
конструкцію стінки, у якій частина або всі зсувні стінки виконані збірними й
з’єднані надійним способом. Надійні методи вертикальної й горизонтальної
сполуки гарантують, що окремі елементи конструкції ефективно з’єднані в
єдине ціле, так що зусилля конструкції координується.
Вертикальна сполука збірних зсувних стін звичайно використовується для
затірки швів або анкерної сполуки із цементним розчином. Вертикальні
арматурні стрижні збірного зрізу стіни в області крайового елемента повинні
бути з’єднано один за іншим, а вертикальні розподільні стрижні корпуса стіни
можуть бути частково з’єднані. Коли вертикальний розподіл сталевих стрижнів
у зрізної стінці з’єднане тільки частково, можна використовувати сталеві
стрижні великого діаметра, і вони розташовані у двох формах : з’єднання
«Вузол 1» (рис. 1.2.10 (а)) і «Лінійне» з’єднання (рис. 1.2.10). Відстань між
з’єднаними арматурними стрижнями з однієї й тієї ж сторони не повинне
перевищувати 600 мм, а незв'язані розподілені арматурні стрижні не включені в
розрахунки несучої здатності компонентів зсувної стінки й розрахунки
коефіцієнта розподілу арматурних стрижнів. Коли у вертикальному з’єднанні
сталевих стрижнів зрізної стінки використовується однорядна сполука для
30
затірки швів, несуча здатність при розтяганні не менш чому в 2, 1 рази
перевищує максимальну несучу здатність з’єднаних сталевих стрижнів на
верхньому й нижньому шарах. Завдяки розумному конструктивному
розташуванню зсувна стінка запобігає від впливу сили, що виходить за межі
площини. Однорядні сполучні зрізані стіни повинні бути обмежені плитами
перекриття,
Рисунок. 1.12 - «Вузол 1» з’єднання вертикальних розподільних сталевих
стрижнів на стіні
Рисунок. 1.13 - Вертикальний розподіл сталевих стрижнів на стіні з’єднане
«лінійним» методом
Горизонтальне з’єднання попередня виготовленої зрізної стінки може бути
реалізоване шляхом резервування секції після лиття, яка звичайно
31
встановлюється в області крайового елемента зрізної стінки. Щоб забезпечити у
комбінація старого й нового бетону, сторона збірних стін повинна бути
постачена шорсткуватою поверхнею глибиною не менш 6 мм, як показано на
рис. 1.15
Рисунок. 1.14 – З’єднання між збірним елементом елемента зрізної стінки й
монолітною
Конструктивна система однобічної композитної зрізної стінки.
Основна конструкція однобічної системи з, що накладаються зсувними
стінками є монолітної, а компоненти зовнішньої стіни, накладені на PCF,
використовуються в якості зовнішньої поверхні й опалубки зовнішньої стіни.
Рисунок. 1.15 - Односторонньо накладені компоненти зсувної стінки
опалубки
Характеристиками цієї системи є:
32
- збірні компоненти можуть бути використані в якості зовнішньої
опалубки зсувної стіни із зовнішньою обробкою, а час будівництва зовнішньої
обробки фасаду може бути скорочене на будівельному майданчику;
- на будмайданчику проводиться багато мокрих робіт, а швидкість
виготовлення знижується;
- зовнішня стінка лише частково бере участь у структурній напрузі, і
товщина зсвної стінки збільшується.
2) Конструктивна система із двостороннім накладенням поперечних
стінок.
Система може реалізувати спільну напругу зовнішніх плит по обидва боки й
монолітного бетону посередині для формування цілісної конструкції зсувної
стінки.
Рисунок. 1.16 - Структурна система двосторонньої поперечної
стінки, що накладається
Характеристиками цієї системи є:
- цілісність і водонепроникність краще, чим у зібраної цільної зсувної
стінки;
- зручна конструкція й мала вага компонентів;
- обробка компонентів є більш складної, і до компонентів
пред'являються більш високі вимоги до виробничої лінії.
33
Висновок по розділу 1.
1. Аналіз конструктивно-технологічних систем показав, що будівлі
модульного типу служать лише 10–15 років, стаціонарні будівлі трохи більше
50–60 років. Показники термінів зведення - 2-10 днів, трудомісткості монтажу -
2 2
0,1-0,94 чол.-год/м , трудомісткості зведення будівлі - 0,27-2,4 чол.-год/м ,
збільшення корисного обсягу - в 2 ,7-10 разів.
2. Капітальні повнозбірні будинки мають гарантований термін служби 100
років і більше. На жаль, жодна з використовуваних вітчизняних систем в
структурах МЧС, МВС, Міністерстві оборони та зарубіжних систем монтажу, що
відповідає вимогам щодо сучасних капітальних будівель. Велика трудомісткість
виготовлення різноманітних елементів; значний обсяг ручної праці; низькі
терміни будівництва та рівень механізації не відповідають цілям та сучасним
вимогам щодо сучасних трендів будівельної галузі.
3. Аналіз продуктивності праці дозволяє встановити більш високу чутливість
БМР з «мокрими» та зварювальними процесами щодо інших робіт. Таким чином,
підвищення продуктивності неможливе без розробки нових високотехнологічних
рішень, що у всіх розглянутих роботах виходило за межі дослідження.
34
35
РОЗДІЛ 2. ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВИ СПОРУДЖЕННЯ МОДУЛЬНИХ
КАРКАСІВ БУДІВЕЛЬ ТА СПОРУД
2.1. Обґрунтування комплексної енергоефективності будівельних систем
швидкого монтажу
Сучасні критерії оцінки енергоефективності будівельних систем та методи
розрахунку цих критеріїв повинні охоплювати не лише експлуатацію будівель,
але й їх виробництво, проектування, монтаж, транспортування, модернізацію та
демонтаж. На основі вищезазначених критеріїв енергоефективності, через
відсутність чинної класифікації, була розроблена схема (рис. 2.1), яка вводить
низку нових концепцій, пов’язаних з будівельним виробництвом [97].
Енергетична ефективність споруди – характеристика загальної
енергоефективності структурної підсистеми, яка відповідає таким умовам: такі
критерії, як: енергоспоживання рамного пристрою, технологічне оснащення
складальних процесів тощо.
Енергетична ефективність об’єкта – опис загальної виробничої потужності
компонентів об'єкта, включаючи споживання енергії на мокрі процеси, процеси
обробки, складання, тимчасове кріплення, перевірку, зварювання, завантаження
та розвантаження. Розрахунки показників енергоефективності для різних
будівельних систем дозволили визначити для них класи енергоефективності.
Результати розрахунків представлені на рис.
Енергоефективність модернізації (реконструкції) – покращення та зміна
технічних властивостей будівлі; тісно пов'язана з обраною будівельною
системою, характеризується з точки зору узагальнених критеріїв: споживання
енергії на зміну просторово-планувальні рішення, механізми та пристрої,
конструктивні елементи.
Тому необхідно запровадити нове визначення енергоефективності
будівельних систем, враховуючи комплексний критерій оцінки витрат енергії на
виробництво, транспортування, монтаж тощо.
Комплексний показник енергоефективності будівельних систем розуміється
як загальне енергоспоживання технічних та організаційно-технологічних рішень
36
на виробництво, проектування, монтаж, транспортування, експлуатацію,
подальшу модернізацію та демонтаж будівельних систем.
2.2. Обґрунтування елементів модульних каркасів зведення будівель з
високотехнологічних будівельних систем
На основі прийнятого алгоритму обґрунтовано нову, найефективнішу
технологію швидкого будівництва багатофункціональних збірних будівель з
високотехнологічних будівельних систем (ВБС), яка є результатом синтезу
найсучасніших технологічних рішень та має низку особливостей прийнятого
алгоритму конструктивні та технологічні рішення у складних кліматичних
умовах [96].
Використані кріпильні елементи. Під час складання модулів (вузли кріплення
конструкцій, опори колон, вітражні панелі, огорожі) використовуються болтові
з'єднання. Характеристики конструкційної сталі слід визначати відповідно до
ДБН В.2.6-198:2014 «Сталеві конструкції. Норми проектування».
Болтові з'єднання можуть бути виконані за допомогою болтів різної точності,
залежно від цільового призначення з'єднання та навантажень, яким воно
піддається. В основному використовуються стандартні та високоточні кріплення.
Для з’єднання модулів можна використовувати ключ. Шайби мають
вбудовані прилади для вимірювання сили, що використовуються для контролю
якості з'єднань під час складання технологічно складних збірних будівельних
систем та подальшої експлуатації.
Використані елементи перекриття (рис. 2.3). Для виробництва профільованих
перекриттів використовується холоднокатана сталь відповідно до стандартів
ДСТУ 2651-94 та ДСТУ 2651:2005. Товщина сталі для профілів становить від 0,7
до 1,5 мм, а межа текучості сталі – від 230 до 350 Н/мм. Характеристики
армування слід визначати відповідно до ДБН В.2.6-98:2009 Бетонні та
залізобетонні конструкції.
37
Рисунок. 2.1 - Варіанти можливих поперечних перерізів комбінованих пучків
UVBS:
a – сталева балка та плита, з’єднані з упорами; b – сталева балка та плита з
вузлами, з’єднаними з упорами; c – збірна сталева балка, частково забетоновані
залізобетонні плити спираються на нижній фланець балки за допомогою
листового металу; d - несуча здатність плити на профільовану обрешітку на
сталеву балку (проміжна опора обрешітки).
Були використані несучі елементи колон. Для будівництва повністю збірної
будівлі з високоякісних збірних модулів були використані колони, виготовлені
залізобетон (рис. 2.4). Характеристики бетону слід приймати відповідно до [22]
випадку залізобетонних конструкцій слід використовувати конструкційний
бетон: важкий, із середньою щільністю 2200 кг/м3.
Були досліджені колони з трансформованої сталі UVBS, виготовлені з
круглих труб (Трубчасті залізобетонні елементи) та у складеному транспортному
положенні кріпляться до модуля перекриття за допомогою роз’ємних шарнірів.
Діаметр колони вибирається залежно від поверховості будівлі та навантаження
на перекриття. Також можливо використовувати типові поперечні перерізи
залізобетонних конструкцій з жорстким армуванням в УВБС (рис. 2.5), [97].
38
Рисунок. 2.2 - Основні типи поперечних перерізів трубчастих залізобетонних
конструкцій, що використовуються в залізобетонних колонах у
трансформованих елементах УВБС:
1 - бетонний стрижень; 2 - труба; 3 - арматура поздовжніми стрижнями; а - із
залізобетонним стрижнем (бетонний стрижень, армований стрижнями); б - з
бетонним стрижнем
Рисунок 2.3 - Типові поперечні перерізи залізобетонних конструкцій з жорсткою
арматурою, можливі в модулях UVBS:
1 - бетон; 2 - жорстка арматура; 3 - гнучка поперечна арматура; 4 - гнучка
поздовжня арматура; 5 - упор; а - жорстка арматура у вигляді двотаврової балки;
б - жорстка арматура у вигляді поперечного перерізу; в - жорстка арматура з
коробчастим поперечним перерізом, виготовлена з швелера, з’єднаних смугами;
39
г - жорстка арматура у вигляді "серцевини", "плити" з повним поперечним
перерізом; д - поперечний переріз з частковим бетонуванням жорсткої арматури
Подальший розрахунок поперечного перерізу колони є безглуздим, як видно
на графіку (рис. 2.6); поперечний переріз стає неприйнятним, і починається
руйнування бетону. При розрахунку сталевих колон спостерігалася наступна
тенденція: збільшення поперечного перерізу відбувається більш лінійно та
плавно, але для висоти будівель понад 200 м потрібен складніший поперечний
переріз сталевої колони (рис. 2.7).
Рисунок 2.4 - Багатофакторна залежність площі поперечного перерізу колон (1)
та маси колон і трудозатрат на складання (2) від прикладеного позацентрового
навантаження
В іншому варіанті ядраБетонні колони можуть бути виготовлені з: бетону,
залізобетону та асфальтобетону, залежно від поверховості, призначення та
навантажень будівлі (рис. 2.7).
Рисунок 2.5 - Варіант колони:
а - трубчастий бетон; б - трубчастий бетон з додатковим армуванням; в – бітурбо
бетон з армуванням
40
До торців колон приварюються пластини з отворами для кріплення модулів за
допомогою болтів, гайок та шайб. Для збільшення жорсткості опорних колон на
смугах формуються ребра жорсткості (Сама камера колони заповнюється
бетонною сумішшю на заводі, в результаті чого утворюється залізобетон
(трубобетон) (рис. 2.8), [97].
Рисунок 2.6 -Трансформована несуча колона із залізобетону:
1 - колона; 2 - конічні напрямні; 3 - роз'ємні шарніри; 4 - пластини з отворами; 5 -
високоміцні гвинти; 6 - гайки; 7 - шайби; 8 - монтажна консоль
Зведений графік (рис. 2.9) показує зв’язок між трудомісткістю монтажу та
масою колони. Як видно на графіку, витрати на оплату праці зростають
ступінчасто залежно від показника маси окремого елемента.
Згідно з результатами розрахунків та як видно з графіків -залізобетонні
конструкції є більш економічними, характеризуються меншою вагою та
41
загальною матеріаломісткістю. Побудова графіків дозволила визначити середнє
зниження витрати сталі в залізобетонних колонах на 62% порівняно з
металевими та бетонними колонами, та на 65% порівняно із залізобетонними
колонами.
Рисунок 2.7 - Залежність площі поперечного перерізу колон від прикладеного
позацентрового навантаження
Вогнестійкі матеріали. Залежно від класу та призначення будівлі (Таблиця
2.1), рекомендується застосовувати конструкційний вогнезахист елементів на
періоди, що перевищують 45 хвилин. У деяких випадках елементи можуть бути
використані піноутворювальні фарби.
Вогнестійкі матеріали. Залежно від класу та призначення будівлі (Таблиця
2.2), рекомендується застосовувати конструкційний вогнезахист до компонентів
протягом періодів, що перевищують 45 хвилин. У деяких випадках компоненти
можуть бути використані піноутворювальні фарби.
42
Таблиця 2.2 Порівняння особливостей різних конструкцій перекриття
Пожежна безпека Звукоізоляція, дБ
Ціна
Ударний Джерело
Тип перекриття ВогнестійПкіоширеннЗяа палюв Повітряний матеріалу
шум, L, даних
сть, мін. вогню ання, хв. шум, R, дБ м2/готівка
дБ
UVBS матриці, 3-9-0,6
120 М 0 - 113 36 Тести 151,35
мкм
Круглий бетонний
блок 220 мм, L = 4,5 м, 68 М 0 - 76 37-57 6 31,61
P = 800 кг/м2
Залізобетонний
екструдований L = 4/5 45 М 0 - 76 37-57 6 29,65
м, P = 800 кг/м2
Монолітний
114 М 0 - 78 42-58 6 34,5
залізобетон 120 мм
Збірні
20 М 0 - 79 45-66 6 36,6
монолітні(Теріва)
Збірні монолітні, метал
20 М 0 - 86 36 5 51,35
+ залізобетон
Колоду + OSB 22*2 4 (+
32* 26,5
мм, 450/м2 (з одним 40 М2 вогнезах 113 5
(27*) 16.44
шаромOSB-плита) исний)
Дерев'яні балки із
закругленими
кінцями+ OSB, 22*2
4 (+ 92,77
мм, 450 кг/м2, якщо 32*
15 М2 вогнезах 113 5 44,75
150 кг/м2 (відстань між (27*)
исний) 34,69
плитами 406 мм)з
одним шаромOSB-
плита)
43
Таблиця 2.3 Вогнестійкі властивості пінопокриття
Товщина сухої Висота пінококсуТ, овщина шару золи,
Назва матеріалу Т, хв.
плівки, мм мм мм
0,150 10.7 9 Далекий
0,250 19.4 16 Слабо виражений
ВПМ-2
0,500 38,9 23 Слабо виражений
1000 72,3 31 10
0,150 11.2 3 Далекий
0,250 21.2 7 Слабо виражений
Неоспрей
0,500 40,4 13 Слабо виражений
1000 79,8 23 9
0,150 12.2 8 Далекий
0,250 21.4 13 Слабо виражений
ВУП-3 Р
0,500 40,8 19 років Слабо виражений
1000 79,4 30 11
2.3. Принципи універсальної високотехнологічної будівельної системи
спорудження модульних каркасів при зведенні будівель
Багатофакторний та багатокритеріальний аналіз і подальший синтез
найбільш технологічно просунутих та енергозберігаючих монтажних рішень
дозволили розробити гібрид різних елементів та оцінити їх придатність для
будівництва технологічно просунутих та адаптивних (роботизованих) будівель
[97].
Рішення та технології збірного будівництва, відомі в усьому світі,
принципово несумісні зі швидким складанням. США, Китай, Німеччина,
Південна Корея та Японія справедливо вважаються лідерами.
На рисунку 2.10 показано загальний вигляд усіх елементів
конструктивного модуля для будівництва.
44
Рисунок 2.8 - Загальний вигляд усіх елементів будівельного модуля UVBS для
будівництва:
1 - стеля; 2 - бетонний сердечник; 3 - сендвіч-панель з вбудованою сонячною
панеллю; 4 - склопакет; 5 - стіновий модуль; 6 - підлога; 7 - оздоблення; 8 -
вбудовані інженерні мережі; 9 - залізобетонна колона; 10 - отвори для болтів; 11
- ребра жорсткості; 12 - несуча стеля
Технічне завдання розробленої системи будівництва будинків UVBS полягає
у підвищенні ефективності та швидкості будівництва, зниженні трудовитрат та
енергоспоживання при забезпеченні високого рівня технологічної
універсальності під час зведення будівлі.
Компоненти будівельної системи UVBS. Структурні модулі для несучих стін,
перекриттів та стель включають вбудовані інженерні сітки та заводське
оздоблення. Колони та каркас структурних модулів для перекриття та стелі
включають монтажні отвори для болтових з’єднань. Структурний модуль для
перекриття включає бетонний верхній пояс, що забезпечує підвищену несучу
здатність та дозволяє встановлювати оздоблення, а також металевий нижній
пояс.
Торці підлоги та стелі будівельного модуля мають вбудовані з’єднувачі для
монтажу облицювальних панелей та скління. Подовжені несучі колони (6 м) для
двоповерхових приміщень виготовлені з бетонних труб, як і несучі колони для
45
одноповерхових приміщень (3 м). Точки кріплення колон у будівельному модулі
також містять бетон для витримування навантажень.
Балки сходових площадок та косоури виготовляються з прямокутного
профілю 150x200 мм, заповненого зсередини монолітним залізобетоном.
Сходинки зварюються з куточка 40x40 мм до «коробки» та заливаються
монолітним бетоном на заводі. Сходинки також заливаються бетоном (рис. 2.11).
Типовий вертикальний модуль UVBS. Це колона, з'єднана поперечними
балками та розпіркою, що створює геометрично незмінний блок у площині
поперечної балки. Для збільшення вертикальної несучої здатності модуля
колони встановлюються парами. Жорсткість стінового модуля в площині
поперечної балки забезпечується фермами, що оточують модуль по його
периметру.
За необхідності, двері або сервісні отвори можуть бути вбудовані в модуль.
Кожен модуль оброблений негорючою цементно-стружковою плитою товщиною
25 мм (рис. 2.11), [97].
Рисунок 2.9 - Загальний вигляд усіх елементів сходового модуля UVBS для
будівництва: 1 - колона; 2 - стельова плита між колонами; 3 - стеля будівлі; 4 -
знімні поворотні петлі; 5 - отвори для гвинтів; 6 - сходовий проліт; 7 - поворотні
петлі; 8 - монтажний трос; 9 - натягнуті монтажні пружини
46
За необхідності модуль може бути оснащений дверима або сервісними
отворами. Кожен модуль обшивається негорючою плитою ДСП товщиною 15-25
мм з боку приміщення та 15-20 мм з боку жорсткого осердя (рис. 2.12).
Серцевина розміром 11 160 x 11 160 мм, що забезпечує просторову
жорсткість, складається з вертикальних стінових модулів UVBS. У ядрі
розташована щогла монтажного ліфта, вертикальні інженерні комунікації та
збірні сталебетонні сходи. Основна жорсткість будівлі забезпечується збірними
конструкційними сердечниками та жорсткими плитами перекриття. Вимоги до
матеріалів для одного вертикального модуля UVBS.
Рисунок 2.10 - Варіанти конструкції вертикального модуля УВБС типового
перекриття розмірами 3000×3000×425 мм (з умовним видаленням
оздоблювальної панелі): 1 – колони; 2 – ригелі модуля; 3 – стійки; 4 – несуча
ферма
Рисунок 2.11 - Загальний вигляд вертикального модуля UVBS для будівництва
47
Багатоповерхова будівля складається з будівельних модулів, модулів несучих
стін, які утворюють ядро жорсткості будівлі в центрі та захищають панелі та
склопакети (рис. 2.13) [98].
Модулі будівлі верхніх поверхів монтуються на несучих колонах нижніх
поверхів, які забезпечують несучу здатність та жорсткість стиків завдяки ребрам
жорсткості та жорстко закріпленим у вертикальному напрямку планкам. Модулі
несучих стін забезпечують горизонтальну жорсткість будівлі. Наступні поверхи
будівлі збираються аналогічним чином.
Рисунок 2.12 - Принципова схема каркасу будівлі з будівельних модулів із
сендвіч-панелями та склінням: 1 – ядро жорсткості; 2 – будівельний модуль; 3 –
однорівневі несучі колони; 4 – захисні панелі; 5 – композитні вікна; 6 –
видовжені несучі колони; 7 – фундамент
Типовий модуль UVBS з колонами. Це просторовий блок з підвищеною
заводською готовністю – розташування модуля перекриття, залізобетонних
колон або стінових модулів має скляний вигляд. Модулі перекриття можуть
з’єднуватися за допомогою одно- або дворівневих колон, створюючи необхідний
простір для просторового планування, наприклад, подвійної підлоги або другого
освітлення. За необхідності колони можна замінити стіновими модулями завдяки
знімним шарнірам (рис. 2.14).
48
Рисунок 2.13 - Загальний вигляд типового модуля UVBS з колонами
Стельовий модуль розмірами 9000×3000 мм та товщиною 400–900 мм являє
собою заводську зварну просторову конструкцію, що складається з ґратчастих
балок у поздовжньому та поперечному напрямках.
Верхній пояс модуля оснащений монолітною залізобетонною плитою
товщиною 100 мм, виготовленою в заводських умовах з використанням
нерозбірної опалубки з профільованого листа, яка є частиною з'єднувальних
робіт. Остаточна обробка плити виконується на монолітній плиті. Кути модуля
мають стандартизовані платформи для кріплення колон з конічними
напрямними, знімними шарнірами та отворами для гвинтів 12 x 26 мм. Модуль
також має додаткові стандартизовані платформи для кріплення додаткових
(проміжних) колон та поздовжнього з’єднання модулів. Кожен модуль
оснащений лише однією парою колон. З’єднувачі для зовнішніх огорож
встановлені на боках модуля [97].
Цей модуль охоплює інженерні мережі на етапі заводського складання (рис.
2.15).
49
Рисунок 2.14 - Горизонтальний модуль універсальної високотехнологічної
будівельної системи (УВБС) з типовою підлогою розмірами 3000×9000×600 мм:
Вигляд А – у транспортному положенні; 1 – горизонтальний модуль; 2 – колони;
3 – стандартизовані платформи для кріплення колон; 4 – конічні напрямні; 5 –
знімні петлі; 6 – отвори для гвинтів; 7 – додаткові елементи кріплення зовнішніх
огорож; 8 – інженерні комунікації
З графіка (рис. 2.15) випливає, що поперечний переріз залізобетонних колон
займає проміжне положення відносно сталевих та залізобетонних колон.
Модулі UVBS надходять з будівельного заводу в ретельно упакованих
компонентах і монтуються на транспортні засоби.
Їх розпаковують і встановлюють на підготовлений фундамент з
електромережами, дорогами та ландшафтним дизайном.
Будинки збираються як механізм з окремих деталей, попередньо зібраних на
заводах, перетворюючи колони та панелі в проектне положення, що є
високотехнологічним процесом.
Через 2–3 дні ми маємо чудову багатоповерхову будівлю або хмарочос [97].
Будівельні модулі UVBS вже містять усі інженерні мережі, з'єднані
горизонтально, тоді як будівельні модулі UVBS з несучими стінами містять
інженерні мережі, з'єднані вертикально; решта площі підлоги складається лише з
50
несучих колон. На рис. 2.16 показано варіант повністю збірної будівлі з
використанням передових будівельних систем.
Нижня смуга конструкційної стелі виготовляється з рівного куточка.
Як оздоблення стелі використовуються негорючі цементно-стружкові плити з
вбудованим освітленням та оздоблювальними елементами.
Типові зовнішні модулі UVBS. Зовнішня огорожа будівлі виготовлена з
сендвіч-панелей та склопакетів [98].
Опорні колони оснащені планками з кріпленням під болти та ребрами
жорсткості.
На рисунках 2.15-2.17 показано загальний вигляд зібраного модуля UVBS.
Фасади будівлі оздоблені вітражними системами з склопакетів.
Системи з типовою поверховістю 3000×9000×600 мм (зовнішнє стінове
огорожу умовно не показано): 1 - горизонтальний модуль; 2 - стандартизовані
платформи для кріплення стійок; 3 - конічні напрямні; 4 - отвори для шурупів
(12 шт. ø26 мм); 5 - додаткові кріплення для зовнішнього стінового огорожі; 6 -
технічні комунікації.
Рисунок 2.15 - Загальний вигляд типового зовнішнього модуля UVBS у
зібраному вигляді
Для забезпечення жорсткості модульної конструкції будівлі в центрі будівлі
встановлені несучі стіни, що утворюють жорсткість ядра будівлі. У центрі
будівлі модулі будівлі спираються на несучі стіни; по периметру будівлі - на
несучі колони. Несучі стіни та модуль будівлі містять поверхневе оздоблення
цих модулів. Модуль стелі містить залізобетонний верхній пояс, розміщений
51
поверх модуля, що забезпечує високу жорсткість при вигині, на який нанесено
покриття підлоги. Модуль стелі містить нижній металевий пояс, виконаний у
вигляді конструктивного перекриття металевих профілів, що забезпечує високу
жорсткість при вигині, а також підтримує інженерні мережі. Оздоблення стелі
наноситься внизу модуля.
Рисунок 2.16 - Будівельна матриця UVBS з колонами та зовнішнім
огородженням: 1 – модуль будівлі; 2 – перекриття; 3 – колони; 4 – стеля будівлі;
5 – несучі трансформовані колони; 6 – сендвіч-панелі; 7 – трансформовані
склопакети; 8 – конічні напрямні; 9 – поворотні петлі; 10 – отвори для гвинтів;
11 – гвинти
Крім того, оскільки панелі будівельних модулів можна розміщувати зовні
причепа та вони тонкі навіть для потреб технічного обслуговування, можна
транспортувати два комплекти модулів одночасно, що зменшує транспортні
витрати (Таблиця 2.5).
52
Таблиця 2.4 Параметри модулів системи монтажу будівель UVBS
Горизонтальний Вертикальний
Параметри
модуль модуль
Вага модуля UVBS, т 7.50 3.00
Геометричні розміри в
розрахунковому положенні, мм
довжина 9000 5790
ширина 3000 425
висота 500.. 0.900 3600
Геометричні розміри в
9000 5790
розрахунковому положенні, мм
3000 425
довжина
975 3600
ширина
найбільше: 8250,
Відстань між колонами, мм 2250
щонайменше: 2250
Об'єм під час транспортування, м3 26,76 8.86
Площа поверхні під час
транспортування, м2 27.00 20,84
Об'єм блочного будинку, м3 81.00 -
Зміна об'єму структури після
3.02 -
трансформації
Збільшення об'єму конструкції з
178,20 -
двоповерховими колонами, м3
Кількість монтажних блоків на
4 8
модуль, шт..
Додаткові елементи кріплення 4 НІ
Забезпечення жорсткості Горизонтальний Жорсткість колони,
монолітний привід поперечна балка, несуча
вкладок ферма
Час встановлення одного блоку, час 0,2 0,3
Кількість установників, особа 2 2
53
Таблиця 2.5 Циклічне будівництво повністю збірних конструкцій UVBS
Назва Техронологічні цикли
технології Перший другий третій четвертий
Анотація будівлі з УВБС
Одноцикловий (етап з оздобленням та
інженерними мережами)
Зведення будівельної
коробки (етап підготовки доО здоблювальні та
Біциклічний
оздоблення) декоративні роботи
Виготовлення будівельної Виконання Оздоблювальн
коробки(для загальнобудівельних і та
Трициклічний
загальнобудівельних та та спеціалізованих декоративні
спеціальних етапів робіт) робіт роботи
Виконання
загальнобудівельниОхз доблювальн
Будівництво будівельної Пуско-
Мультициклічни та спеціалізованих і та
коробки (етап - підготовка налагоджува
й робіт. Монтаж декоративні
до запуску опалення) льні роботи
обладнання. роботи
Встановлення
Закрита фундаментів для
технологія Монтаж будівельної коробки обладнання.
будівництва за допомогою пристрою Загальнобудівельні —»— —»—
промислових покрівлі та спеціалізовані
об'єктів роботи. Монтаж
обладнання.
Комбінована Загальнобудівельні
технологія Конструкція кузова та та спеціалізовані
—»— —»—
будівництва коробка передач роботи після
промислових монтажу. Монтаж
54
об'єктів обладнання.
Виконання Оздоблювал ь
загальнобудівельнині роботи.
Збірка будівельної х робіт. Монтаж Пуско-
коробки. Збірка крана. обладнання. налагоджувал
ьні роботи
Система швидкого будівництва будинків з модульних високотехнологічних
систем UVBS є поєднанням найсучасніших рішень в результаті використання
багатокритеріальних методів (представлених у розділі 2) та дозволяє досягти
поставлених цілей, а також роботизувати монтаж та демонтаж, скоротити
терміни будівництва, трансформувати елементи, забезпечити повне технологічне
та інженерне оснащення, забезпечити дублювання з використанням систем та
запасних частин, досягти повної готовності об'єкта до автономної та безпечної
експлуатації, а також забезпечити високу якість виконання робіт [97].
2.4. Спосіб адаптивного (роботизованого) спорудження модульних каркасів
будівель із систем ВБС
Згідно з НПАОП 0.00-1.01-07 «Правила будови та безпечної експлуатації
кранів», монтажні роботи на висоті зі швидкістю вітру 10 м/с і більше, у
вітряних умовах, а також за погодних умов (бурі, туман тощо), що
перешкоджають видимості в робочій зоні, не допускаються. При використанні
запропонованої роботизовано-керованої монтажної системи, з жорстким
кріпленням зібраних модулів та внутрішньою конструкцією з використанням
ВМ, вищезазначені обмеження не застосовуються.
55
Досягнення високої ефективності складання можливе лише за допомогою
роботизованого складання модульних конструкцій. Схема платформи
складального робота показана на рис. 2.19 [97].
Характер і зміст взаємодії між оператором і складальною машиною залежать
від конкретного характеру виконуваних операцій.
Оператор вибирає модуль для встановлення, одночасно вказуючи варіант
технологічного процесу. Платформа з розміщеним на ній модулем змінюватиме
своє положення, доки встановлений модуль UVBS не досягне проектного
положення за допомогою маячків.
Поточне положення модуля в просторі, завершення монтажу та будь-які
аварійні ситуації під час складання відображаються на дисплеях робочого місця
оператора. Під час контролю якості та точності процесу складання збірних
модульних конструкцій слід надавати перевагу точним активним системам —
лазерам. Це мінімізує обсяг інформації та вимірювального обладнання.
Використання лазерної технології дозволяє підвищити точність до 0,1-0,2 мм на
100 м відстані, а також розширити робочий діапазон системи.
Роботизація базується на принципі максимізації ступеня заводського
виробництва конструкцій та деталей. Роботизовані будівлі зменшать витрати на
оплату праці, що вплине на кінцеву вартість будівлі. Будівлі, зібрані цим
методом, збираються з окремих, уніфікованих, технологічно просунутих,
повністю зібраних модулів UVBS з підвищеною заводською готовністю, за
допомогою роботизованих телескопічних підйомників [97].
Етап 1: Будівля збирається на попередньо підготовленому фундаменті. Вся
будівля розділяється на секції так само, як і при звичайному складанні. На
підготовчому етапі ретельно перевіряється рівень першого поверху, а розмітка
встановлюється за допомогою роботизованого тахеометра. На цьому етапі вкрай
важливо ретельно вирівняти всю розмітку, оскільки найменша неточність на
першому поверсі може вплинути на весь процес складання. Тільки основні
відхилення переносяться на наступні поверхи, де вони заносяться в електронну
базу даних для автоматичної корекції рухів (дій) робота. Оскільки блоки
56
виготовляються на заводі з жорсткими допусками під час точного
автоматизованого складання, коригування практично не потрібні.
Збірні об’ємні блоки доставляються на будівельний майданчик
напівпричепом, по два комплекти блоків на вантажівку зі складними стійками.
Додатково, комплект для транспортування об'ємних блоків включає кріплення
для огорожі. Блоки розміщуються на вантажній платформі причепа за
допомогою дерев’яних розпірок.
Блоки доставляються до пункту розвантаження (рис. 2.19).
Рисунок 2.17 - Схема руху транспортних засобів на території
Щоб зменшити витрати на будівництво та простір на будівельному
майданчику, цей метод складання усуває необхідність зберігання. Збірка
відбувається безпосередньо з «колеса».
Вантажівка слідує за нею до зони розвантаження, розташованої
безпосередньо на рівні землі будівлі. Дозвіл на в’їзд до зони розвантаження та
обертання вантажівки контролюється автоматичними світлофорами,
узгодженими з підйомником щогли. Коли вантажівка знаходиться в зоні дії
спеціальної радіомітки та підйомник готовий прийняти конструкцію, зелене
світло на світлофорі блимає, і ворота автоматично відчиняються, дозволяючи
вантажівці в'їхати до зони розвантаження.
57
Етап 2. Роботизоване складання типових перекриттів будівель (рис. 2.20)
поділяється на такі етапи: 1) доставка готових модулів з встановленими
колонами на об'єкт; 2) подача конструкції до автоматичного ліфта; 3)
вертикальне транспортування блоку до монтажного горизонту; 4) попереднє
наведення просторового блоку на монтажний майданчик; 5) остаточне
закріплення блоку в проектному положенні; 6) підключення інженерних
комунікацій; 7) остаточна герметизація та оздоблення каркаса будівлі.
Рисунок 2.18 - Кран-робот з телескопічною платформою: 1 – робот для
складання щогли; 2 – секція щогли; 3 – мобільний візок; 4 – телескопічна
платформа; 5 – захоплення; 6 – модуль UVBS; 7 – попередньо натягнуті
монтажні пружини
Причіп вантажівки зупиняється біля осердя жорсткості. Тепер візок
опускається на причіп. Телескопічна платформа опускається на модуль на
вантажівці та за допомогою жорсткої ручки захоплює модуль з причепа. Потім
блок переміщується вертикально до горизонту складання.
Етап 3. Вибір монтажного обладнання. Монтажні щогли розміщуються в
жорстких осердях і кріпляться до них на кожному рівні поверху за допомогою
круглих трубчастих зв’язків. Ліфтові щогли збираються з окремих секцій, кожна
заввишки одного рівня. Ліфти можна самостійно зібрати, встановлюючи кожну
нову секцію поверх попередньої. На нерухомих щоглах встановлюються
універсальні мобільні візки з поступовим вертикальним рухом. До візків
підвішені телескопічні підйомні платформи з горизонтальним поворотом на 90°.
До платформ кріпляться маніпулятори – жорсткі захоплення для монтажу або
58
кабіни пасажирських ліфтів для експлуатації будівлі. Висунення телескопічної
платформи забезпечується електричним сервоприводом або, як варіант,
стопорами та попередньо натягнутими монтажними пружинами. Усі рухи візків і
маніпулятора контролюються програмним забезпеченням. На етапі будівництва
будівлі ліфти оснащуються захопленнями-маніпуляторами, які дозволяють
збирати будівельні блоки та доставляти їх на рівень монтажу. Завдяки
безперервній подачі модулів у зону монтажу, процес перетворюється з
циклічного на конвеєрний (рис. 2.21).
Рисунок 2.19 - Варіант з використанням жорсткого тримача RMTP: крок 1 –
складання модуля перекриття; крок 2 – розкриття трансформованих колон; крок
3 – складання наступного блоку; крок 4 – складання стінового модуля ядра
жорсткості
Роботизовані телескопічні складальні платформи (RMTP) або
запропоновані трансроботографічні складальні системи забезпечують
високотехнологічне складання з високим рівнем оптимізації траєкторії та
точності модуля, що збирається, завдяки використанню технічного зору та
системи маніпулювання телескопічною стрілою.
59
Наступні кроки обробки та аналізу зображень здійснюються за допомогою
комп'ютерних програм; межі або точки з різкою зміною яскравості належать
контуру заданої деталі.
Точність позиціонування складального транс-робота повинна відповідати
допускам точності проектованого положення модуля.
Існуючі методи складання збірних конструкцій вже забезпечують високу
точність позиціонування, тому необхідно розробити систему, що забезпечує
роботу механізмів за заданою програмою, що дозволяє швидко збирати важкі
будівельні модулі [97].
Згідно з наведеною програмою, складальний трансробот може переміщатися
між зонами складальних робіт за допомогою спеціальних комп'ютерних програм,
заснованих на просторовій координації з використанням систем GPS-сенсорів,
розмітки на конструкціях, п'єзометричних датчиків, приладів технічного зору, а
у разі менш жорстких вимог до точності – ГЛОНАСС (табл. 2.6), [97].
Вертикальність, горизонтальність та точність встановлення модуля
перевіряються автоматично пристроєм орієнтації (рис. 2.22) за допомогою
радіометричних приладів та датчиків.
60
Таблиця 2.6 Параметри складального робота, призначеного для складання
висотних будівель з модульних систем
№
серійн
Параметр Значення
ий Одиниця.
номер були.
Самомонтований кран з
1. Тип роботи - телескопічною робочою
зоною
2. Вантажопідйомність Т 3x10.0
3. Швидкість підйому СМ 2.0
щонайменше
4. поїздка _ М 4.5
Дуже М 20.0
5. Швидкість висування телескопічної платформи м/хв 0-25.0
6. Загальний кут повороту платформи град. 180
7. Загальний кут повороту платформи град 360
8. Кутова швидкість обертання платформи об/хв 0,6
9. Висота підйому секції М 3.60
10. Тип маніпулятора — Складний траверс
11. Кількість ступенів свободи маніпулятора - 4
Електричний
Тип приводу -
12. сервопривід
13. Загальна потужність кВт 140
14. Необхідність демонтажу ліфта - НІ
15. Вага нетто роботизованого ліфта Т 45,0
61
Рисунок 2.20 - Варіант використання телескопічної монтажної платформи: крок
1 – складання модуля перекриття; крок 2 – розкриття перебудованих колон; крок
3 – складання наступного блоку; крок 4 – складання стінового модуля ядра
жорсткості
Крок 4: Монтаж першого поверху відбувається наступним чином: Спочатку
опорна секція підйомної щогли встановлюється у фундаментному поглибленні
майбутнього ядра жорсткості. Першу секцію також можна встановити за
допомогою мобільних кранів. До неї одразу ж кріпиться візок, на який
монтується телескопічна висувна монтажна платформа. Далі збирається
стандартна секція підйомника та підключаються електричні кабелі, необхідні для
її роботи. Зібраний підйомник (рис. 2.23), готовий до експлуатації, оточується
стіновими панелями ядра жорсткості. З боків телескопічних платформ
свердляться монтажні отвори для вантажних блоків. Потім встановлюються різні
системи безпеки, такі як автоматичні регулятори руху, що запобігають доступу
до зон розвантаження та монтажу.
62
Рисунок 2.21 - Кран-робот з телескопічною платформою: 1 – робот для
складання щогли; 2 – секція щогли; 3 – мобільний візок; 4 – телескопічна
платформа; 5 – захоплення; 6 – модуль UVBS; 7 – попередньо натягнуті
монтажні пружини
Крок 5. Положення телескопічної платформи на монтажному горизонті слід
забезпечити, закріпивши робота в точці, зазначеній у PVR на будівельному
майданчику, та обмеживши робочу зону телескопічної платформи пристроями,
розміщеними на монтажному роботі або зовні нього. До них належать, серед
іншого, відеокамери, огорожі, індикатори, опорні точки тощо. Спочатку
збираються крайні модулі [97].
Після досягнення мобільної складальної платформи телескопічну стрілу
висувають, враховуючи нахил складального горизонту та безпечну відстань
маневрування компонента поблизу платформи. При повністю висунутій
платформі просторова орієнтація блоку досягається поворотом жорсткої
поперечної балки на 90° (рис. 2.24).
63
Рисунок 2.22 - Просторова орієнтація модуля UVBS: 1 – робот для складання
щогли; 2 – телескопічна підйомна платформа; 3 – маніпулятор – траверса
Крок 6. Після початкового приєднання та від'єднання тримача від модуля
UVBS нахил змінюється, і телескопічна штанга повертається у вихідне
положення.
Крок 7. Роботизований підйомник (рис. 2.25) повертається в положення
захоплення модуля з транспортного засобу під дією сили тяжіння, одночасно
натягуючи монтажну пружину під час вільного падіння UVBS.
Етап 8. Встановлено безперервний, циклічний процес. Для початкового
контролю об'ємного блоку використовується інженерне бачення. Контроль
досягається шляхом маневрування гірничими механізмами. Телескопічні
платформи мають точно визначені робочі зони завдяки програмному
забезпеченню (Таблиця 2.7).
Таблиця 2.7 Програмне забезпечення для автоматизованого руху
Ім'я
Зустріч Розробник Країна Функції
УВІМК.
Програмне Програмне На базі
забезпечення дзлаяб езпечення, Microsoft
НАОДИН Італія
автоматичних UтаT ECO- Windows
ручних складів КОНТЕКСТ
Сіменс Сіменс Німеччина
Rockwell Rockwell
Automation Automation
Група Шнайдер Група Шнайдер
Омрон Омрон
64
Рисунок 2.23 - Роботизований підйомник з телескопічною платформою:
1 - робот для складання щогли; 2 - секція щогли; 3 - мобільний візок; 4 -
телескопічна платформа; 5 - захоплення; 6 - модуль UVBS; 7 - монтажні
пружини
Крок 9: Залізобетонні модулі сходів встановлюються за допомогою
роботизованого щоглового підйомника з жорсткими кронштейнами, подібно до
звичайних модулів. Площадки спираються на нижній модуль UVBS сходової
клітки. Для огорожі сходів використовується поручень висотою 1,0 м. Після
встановлення модуля сходів модулі сходів трансформуються.
Крок 10. Після встановлення модуля на колони нижнього блоку та
закріплення гвинтами, ручки автоматично розмикаються, і телескопічна
платформа повертається у вихідне положення за наступним блоком UVBS.
Колони щойно встановленого блоку трансформуються та встановлюються в
проектне положення за допомогою монтажних пружин, а під час трансформації
швидко та тимчасово фіксуються за допомогою конічних напрямних (рис. 2.26).
65
Рисунок 2.24 -
Загальний вигляд усіх елементів внутрішнього модуля будівлі UVBS, що
будується: 1 – колона; 2 – підлога та стеля будівлі з міжколонних плит
перекриття; 3 – вбудовані інженерні мережі; 4 – оздоблення; 5 – поворотні
шарніри; 6 – отвори для гвинтів; 7 – з'єднувачі для зовнішніх панелей; 8 –
конічні напрямні кронштейни; 9 – натягнуті монтажні пружини
Енергетична модель процесу пасивного складання з майже нульовим
споживанням енергії показана Споживання енергії (табл. 2.8) існуючих систем
порівняно з розробленою системою UVBS демонструє досягнення поставленої
мети та завдань, а також високий технологічний рівень розроблених рішень.
Таблиця 2.8 Характеристики споживання енергії в системах будівель
Обсяг
робіт
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Блок гучності(S = 25 760 м2)
Встановленн1 123 123
1 1576 9.5 1.7 167,7 1131 170,73 643.6 78,47 4.8 480.1
я елект 686,3 676,5
№ п/п
Будівельні
процеси
Одиниця.
КілВСьіктміа.сн тдьа ртні
воидтирнатииц ьн а оплату
Стандпаррта цміа, шини
людвиинтар/агтоид,и на
Стандарт
машина/год
споживання
еІннетрегніїс, иквВнтіс·гтоьд
роботи, осіб/год
Продуктивність
маЗшаиганлиь, нми/йго д
витрачений час,
Спогжодииванн ня
енСепрогіжї,и квВант·нгяо д
енергії, кВт на 1
Споживання
збірний елемент
енСерпгоіжї, иквВатн нняа 1
енерВгиіїт, рк
мВ2т ати ннаа 100
енергмію2 для
будівлі, кВт
66
використанрионн
х блоків а
томів пошт
а
Велика панель (S = 25 560 м2)
1
Монтаж елект
367,6 93
2 стінових ронн6068 15.87 3.53 817.2 709.7 169,137 139.93 978,9 15.49 3.68
8 978,9
панелей ий
лист
Цегла (S = 20 736 м2)
1
Встановлененлект
61
я ронн2320 9.1 3.6 469 541 215.8 9161 246,4 26.41 2.9269 5,5
285,98
компонентіви й
3 лист
Каркас-плита (S = 26 347 м2)
1
елект
4 1553. 409
Монтаж ронн5174 53,36 5.23 22702 520.9 250.228 20.450 9 383 79.12 15,5
8 379,8
колон таи й
плит лист
Збірно-монолітний (S = 25200 м2)
1
Монтаж елект 896
5 208 568.11 35,5874 6,0
панелей тар онн1578 28.22 95311 141.21 053.6 280.212 40.6 484,8
788,7 (32,34) (2,02) 2
приміщень ий (51 034)
лист
КУБ 2.5 (S = 20736 м2)
1
Монтаж
6 елект 12 45 454 333
колон, плит 15.49 2.9 517.66 708.6 282.6 27/02 16.116 7,9
ронн 338 929,5 737,1 414.1
тощо..
а па
67
Рисунок 2.25 - Приклад кріплення фасадної панелі: 1 – модуль перекриття; 2 –
стійка; 3 – додаткові кріплення для зовнішнього облицювання стіни; 4 –
склопакет; 5 – стійки з сонячними панелями; 6 – поворотні петлі облицювання
стіни; 7 – ущільнювач стику; 8 – герметик
68
Рисунок 2.26 - Збірка фасадної панелі: 1 – модуль перекриття; 2 – стійка; 3 –
додаткові елементи кріплення для зовнішнього облицювання стіни; 4 –
склопакет; 5 – стійки з сонячними панелями; 6 – поворотні петлі облицювання
стіни; 7 – ущільнювач стику; 8 – герметик
69
Рисунок 2.27 - Трансформаторний модуль UVBS у транспортному та
розкладеному положенні: 1 – підлоговий модуль; 2 – колона; 3 – відкручені петлі
трансформаторної колони; 4 – додаткові елементи кріплення зовнішнього
огородження; 5 – двокамерне ізоляційне скло; 6 – стовпи із сонячними панелями;
7 – поворотні петлі зовнішнього огородження; 8 – натягнута монтажна пружина
Крок 12. Міцно закріпіть блоки до стовпів за допомогою болтів, гайок та
шайб; затягніть болти за допомогою ручних гайкових ключів. Ключ може бути
оснащений вдосконаленою високопродуктивною насадкою, яка дозволяє
збільшити швидкість та ефективність затягування гайок у 36-38 разів. Його
70
можна використовувати для з'єднання модулів між собою під час
високотехнологічного складання (рис. 5.33). Використання цього інструменту
дозволяє працювати з кріпленнями модулів.
Крок 13. У стелях та стінах встановлюються технічні установки. Для їх
з'єднання використовуються сполучні труби.
З’єднання між сусідніми блоками виконуються за допомогою з'єднувачів,
кріплень та різьбових з’єднань. Нижній фланець конструкційної стелі
виготовлений з прямокутного профілю або куточка. Стеля оброблена
негорючими цементно-стружковими плитами з інтегрованими світильниками та
декоративним покриттям. У стелі розташовані люки для доступу до монтажних
гвинтів та технічних з’єднань (рис. 2.32).
Варто також зазначити, що сталеві труби, що транспортують «арктичну» воду
з низьким pH та високим вмістом заліза, служать у 2-3 рази менше за свій
стандартний термін служби, саме тому рекомендується використовувати
пластикові композити.
Всі гнучкі кабелі підключені через вологостійкі багатоконтактні роз’єми типу
«тато-мамо» (рис. 2.32a) зменшують кількість підключень. Колір роз’ємів, їх
точне розташування в певних місцях модуля та унікальна асиметрична форма
допомагають усунути потенційні помилки підключення. Фіксатори на роз’ємах
запобігають раптовому відключенню.
У цьому випадку водопостачання з гнучких труб та каналізація розташовані у
вертикальному модулі, до якого приєднані всі санітарно-гігієнічні вузли. Будівля
обладнана центральним кондиціонуванням та вентиляція повітря. Вентиляційні
канали з’єднуються за допомогою гнучкої вставки (рис. 2.32, б).
71
Рисунок 2.28 - Багатоконтактні з’єднувачі: а - для підключення гнучких
шлангів; б - гнучка вставка в з'єднанні вентиляційних каналів
З’єднання, розташовані у вертикальному модулі жорсткого осердя UVBS,
підключені аналогічно горизонтальним. Жорстке осердя містить батареї, які
збирають енергію від сонячних панелей [100].
Етап 14. Ця громадська будівля, що демонструє універсальність будівельної
системи UVBS та методу її складання, складається з трьох однакових секцій з
різною поверховістю. Розміри будівлі в плані становлять 39,0 x 108,0 м. Висота
поверху становить 3,6 м (рис. 2.33–2.36).
Крок 15. Після встановлення всіх решіток UVBS (рис. 2.36) роботизовані
щоглові підйомники переналаштовуються. З підйомника знімаються додаткові
секції пристрою для покриття ребер жорсткості. Після завершення встановлення
телескопічні платформи переміщуються на перший поверх, щоб зняти дорогі
кріплення ребер жорсткості.
На покинутих платформах встановлюють вантажні та пасажирські ліфти.
Рисунок 2.29 - План першого поверху
72
Рисунок 2.30 - Поперечний переріз будівлі 1-1
Рисунок 2.31 - Фасад будівлі 1-1
Для зменшення кількості колон та економії матеріалів для двох суміжних
блоків використовується одна колона, оснащена монтажним кронштейном, який
служить для тимчасового закріплення зібраних блоків. Суміжні блоки кріпляться
один до одного за допомогою болтових з’єднань.
(складання), жорстко закріплений монтажний робот та захоплення, забезпечує
монтаж за будь-яких погодних умов, що відповідає запропонованому методу
монтажу системи UVBS.
73
Висновки до розділу 2
1. Перевірені високотехнологічні компоненти: збірні залізобетонні та
залізобетонні трубчасті колони, попередньо напружені монтажні пружини,
матричні перекриття, сходи, колони, стіни тощо, призначені для швидкого
складання будівель. Дослідження показали середнє зниження витрати сталі в
залізобетонних колонах на 62% порівняно з металевими, та зниження витрати
бетону на 65% порівняно із залізобетоном.
2. Обґрунтовано необхідність універсальної, технологічно досконалої
будівельної системи (УВБС). Параметри системи: транспортний об'єм 26,76 м3,
об'єм конструкції 81 м3, габаритні розміри 3000×9000 мм, вага елемента 3,0–7,5
т, кут регулювання елемента ±45…90°, час складання з нанесенням матриці 0,2
години. Модульні каркасів будівництві досягає цілей скорочення трудомісткості
монтажу та скорочення часу будівництва, таких як роботизоване складання та
демонтаж; швидкі темпи будівництва; оснащення енергоефективним
технологічним та інженерним обладнанням, дублювання резервними системами;
пасивні системи складання та контролю точності.
74
РОЗДІЛ 3. ОБҐРУНТУВАННЯ ОРГАНІЗАЦІЙНО-ТЕХНОЛОГІЧНИХ
ОСНОВ СПОРУДЖЕННЯ МОДУЛЬНИХ КАРКАСІВ БУДІВЕЛЬ ТА
СПОРУД
3.1. Активні та пасивні системи забезпечення точності монтажу модульних
каркасів будівель в польових умовах
Підвищені вимоги до точності складання повністю збірних будівель у
високотехнологічній та швидкісній технології порівняно з системами БМЗ, ККД
та ОЗД зумовлені такими причинами: підвищені навантаження від ваги
капітальних модулів; збільшена поверховість будівель; забезпечення можливості
гарантованого складання будівлі з модулів; роботизований процес складання;
скорочені терміни реалізації в польових умовах [101, 102].
Визначення функціонального допуску складання модуля передбачає
визначення відомих значень технологічних допусків у трьох координатах.
Розрахунок точності складання надсучасної системи Модульність здійснюється
шляхом визначення величини трьох груп похибок: під час складання
надсучасних модулів, під час виробництва модулів та під час аварійно-
вишукувальних та геодезичних робіт [93].
Таблиця 3.1 Поопераційний графік робіт високотехнологічного монтажу систем
модульних каркасів
Тривалість процесу, хв. Q, П,
Операції T, хвч.о л.м- аш. - Опис операцій
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 хв. хв.
РТМП за допомогою
Рух РТМП для технічного зору и датчи-
0,4 -
захвату модуля ків орієнтування находить
2,6 модуль УВБС
Захват модуля
РТМП жорстко стропує
УВБС з 0,6 -
модуль УВБС зверху
транспорту
75
Підйом модуля РТМП рухається с
УВБС на модулем УВБС на 10
1,6 -
монтажний го- поверх будівлі, що
ризонт зводиться
Рух
роботизованої
РТМП за допомогою
телескопічної
технічного зору и датчи-
монтажної
0,4 - ків орієнтування
платформи
рухається до місця уста-
(РТМП) до
новки модуля УВБС
місця установки
модуля УВБС 2,1
Високоточні РТМП наводиться в
наведення 1 0,6 - проектне положення з
модуля УВБС точністю до 0,1-0,2 мм
Установка
РТМП опускає модуль на
модуля УВБС в
1 1,6 - колони нижчого модуля
проектне
УВБС по направляючим
положення
Болтове з’єднання
Верхнє
модулей УВБС болтами за
закріплення 7,5 7,55 -
допомогою гайковертів, 1
модулей УВБС
монтажник 3-4-го розряду
Вивільнення РТМП розкріпляє модуль
0,4 -
захвату РТМП УВБС
Задвижка
РТМП повертає стрілу в
телескопічно ї 0,6 -2 ,6
вихідне положення
стріли РТМП
Спуск РТМП за РТМП спускається за
1,6 -
черговим модулем УВБС
76
модулем
Заробка стиків
між модулями Герметизація 24 м. п.
УВБС і стиків модуля УВБС,
5,1 5,1 -
елементами 1 монтажник 3-4-го
фінішної розряду
обробки
Замкове
Бистре з’єднання стиків
з’єднання
інженерних внутр. мереж
інженерних 4,3 4,3 -
модулей УВБС, 1
мереж сусідніх
монтажник 3-4-го розряду
модулей УВБС
Трансформуван
ня несучих Підйом колон и
колон и 6,8 склопакетів УВБС в
14,1 -
огороджуючих 7,3 проектне положення, 1
блоків модуля монтажник 3-4-го розряду
УВБС
Болтове з’єднання
Нижнє
модулей УВБС за
закріплення 7,55 7,55 -
допомогою гайковертів, 1
модулей УВБС
монтажник 3-4-го розряду
Графік післяопераційного встановлення технологічно передових систем
UVBS
Фактичні похибки під час складання не повинні перевищувати стандартні
похибки. Процедура розрахунку точності високотехнологічного складання, [97]:
1) було підготовлено креслення модулів та вузлів;
77
2) визначити порядок складання високотехнологічних модулів та
орієнтири у вигляді стін, осей модулів або центру ваги, а у випадку обмеженого
складання – обмежувальні пристрої, достатні для забезпечення заданого
просторового положення модуля;
3) проводиться технологічний аналіз ланцюжка похибок та розробляється
структурна схема полів допусків з призначенням літерних індексів, позначених
прямокутниками;
4) значення технологічних допусків визначаються при розв'язанні рівняння
точності складання.
3.2. Спосіб інтерактивного (віртуального) монтажу модульних повнозбірних
будівель
У сучасному будівельному виробництві існує нагальна потреба в розробці
методології комплексної оцінки та аналізу ефективності інженерних рішень та
вибору оптимальної технології встановлення модулівУВБС за конкретних
будівельних умов. Прискорення науково-технічного прогресу в галузі швидкого
будівництва будівель неможливе без широкого впровадження принципово нових
BIM-технологій, що забезпечують високу продуктивність праці, швидкість,
продуктивність, ефективність та якість будівництва будівель ВБС [93]. Пошук
оптимальної технології модульного будівництва будівель передбачає визначення
набору системних параметрів та характеристик, які мінімізують вищезазначені
витрати, трудомісткість, тривалість будівництва та інші показники.
Зростаючий вплив організації праці на технології часто призводить до
негативних наслідків для безпеки будівельних робіт, спричиняючи надзвичайні
ситуації, травми, смерть працівників та руйнування будівельних конструкцій.
Проект виконання робіт (ПВР) – це організаційно-технологічний документ,
що готується з метою реалізації проектної документації, в якому зазначено
технології будівельних робіт (технологічні процеси та операції), якість їх
виконання, терміни, ресурси та заходи безпеки (МДС 12-81.2007).
78
Технологічна карта (ТК) – це організаційно-технологічний документ, що
готується для реалізації технологічного процесу, що визначає склад операцій та
засобів механізації, вимоги до якості, трудомісткість, ресурси та заходи безпеки
(МДС 12-29.2006).
У зв'язку з цим розробляється абсолютно новий метод інтерактивного
(віртуального) проектування інсталяцій, заснований на технологіях BIM
(інформаційне моделювання будівель).
Це дозволить у будь-який момент часу здійснювати багатовимірну
візуалізацію процесу будівництва, а також візуалізувати складання складних
вузлів, точність складання конструкцій та вузлів технологічного обладнання
завдяки датчикам, вбудованим в елементи інсталяції.
Проектувальники та безпосередні підрядники зможуть швидко побачити, як,
у якому порядку та якими технічними засобами (кранами, ліфтами, роботами та
іншими механізмами) слід встановлювати (демонтувати, модернізувати)
конструкції або виконувати інші завдання [93].
Це дозволяє комплексно оцінити продуктивність, трудомісткість,
енергоспоживання та швидкість виконання обраних рішень.
Інтерактивна робота відрізняється від стандартної та доповненої віртуальної
реальності тим, що проектувальник бачить навколишню реальність, враховуючи
нашарування додаткових факторів та умов, в яких буде побудовано об'єкт, і
може рухатися в ній.
Під час проектування інформація вводиться через спеціальні окуляри
(Google), які можна налаштувати за допомогою візуальних команд, що крок за
кроком ведуть інженера через технологічні розрахунки, варіанти розміщення
обладнання та правильні операції (рис. 3.1).
79
Рисунок 3.1 - Візуальна інформаційна модель проекту реалізації швидкого
будівництва будівель з використанням матричних систем (ліворуч) та
інструментів доповненої віртуальної реальності (праворуч) у будівництві на
основі BIM-технологій
Зовні окуляри нічим не відрізняються від звичайних, але вони показують
додаткову інформацію про багато техніко-економічних показників процесів:
швидкість руху кранів, машин, механізмів та транспортних засобів; відстань
безпечної робочої зони; продуктивність та трудомісткість.
Додаткова, розширена інформація та фактичний хід будівництва тісно
інтегровані з інвентарем, технікою та нормативними вимогами об’єкта. Для
точного позиціонування встановлених модулів UVBS на об'єктах
використовуються вбудовані п’єзометричні датчики, GPS з локальними
станціями GNSS, пристрої лазерної корекції та технічний зір. Фактично, всі
стандарти SP, DBN, DSTU, ENiR, GESN, MDS, PER та інші зберігаються в
пам’яті комп’ютера за допомогою окулярного приймача.
В ІТ-системі різні комбінації можна багаторазово перевіряти через
електронну пошту, щоб отримати комплексний показник доцільності, зусиль,
енергоспоживання та швидкості.
Для складних об’єктів можна створити кілька плавучих ландшафтів.
80
Після порівняльного аналізу та зіставлення вибирається оптимальний варіант,
який буде остаточним, технологічно просунутим рішенням проблеми.
Запропонований візуально-інформаційний метод встановлення дозволяє швидко
отримувати необхідну технічну інформацію на місці, без додаткових запитів від
проектувальника чи технічних спеціалістів, що особливо важливо в складних
кліматичних умовах.
Така PVR-модель дозволяє поглиблено спостерігати за проектом,
взаємозв'язками між усіма встановленими елементами, деталями та
характеристиками використаних матеріалів та обладнання, а також параметрами
інженерно-технологічних рішень (рис. 3.2) [97].
Рисунок 3.2 - Приклад побудови 3D-моделі швидкозбірної модульної будівлі як
основи для створення інтерактивного 6D VR-досвіду
Наразі триває робота щодо забезпечення сумісності технологічних,
обчислювальних, нормативних та архітектурних моделей будівлі, що допоможе
уникнути розбіжностей між обчислювальною моделлю будівлі та
конструктивно-технологічними рішеннями.
По суті, iPVR (рис. 3.3) – це система інструментів, яка порівнює дані
об’єктивного контролю щодо поточного стану будівництва об’єктів,
81
використовуючи системи технічного зору, будівельні лазерні сканери,
далекоміри, висотоміри та гоніометри, з BIM-моделлю об’єкта відповідно до
етапів будівництва, вимог ДСТУ (акціонерного товариства), включаючи
проектну документацію, та оновлення бази даних. Це оптимізує процес монтажу,
скорочуючи час прийняття рішень з урахуванням поточної ситуації на
будівельному майданчику. Це дозволяє проводити перевірку прихованих робіт
та порушень під час будівництва та створювати так звані «чорні скриньки» під
час документування процесу будівництва об’єктів UVBS.
Для ідентифікації складальних компонентів їх можна позначити на заводі
спеціальними етикетками, контрастними фарбами або електронними системами
з датчиками, які відстежують зміни положення та параметрів зібраних
компонентів UVBS.
Рисунок 3.3 - Приклади візуалізації побудованої 3D-моделі в просторі як
принцип роботи інтерактивної VR
Крім того, система візуальної інформації будівельного майданчика
(інтерактивна ПВР) вносить необхідні зміни до графіків будівництва
(реконструкції) об'єктів на основі отриманих даних, що характеризують
відповідність поточного стану будівництва (реконструкції) об'єктів вимогам
планових та регуляторних органів.
Контрольні вимірювання вносяться до відповідних електронних звітних
документів, кошторисів тощо, згідно зі стандартними процедурами
уповноваженою особою (контролером, виконробом тощо).
82
Звіти, в тому числі з етапів проектування та геодезичних робіт, вносяться до
баз даних. Ключовим елементом є порівняння фактичних параметрів
будівництва з проектною документацією, а також відповідність стандартам та
вимогам ДСТУ, СП та ДБН. Запропонована система iPVR забезпечує візуальне
та інформаційне представлення будівельного майданчика з функцією руху 6D
(рис. 3.4, 3.5).
Рисунок 3.4 - Побудова 6D-моделі (3D + час, вартість та переміщення)
швидкозведеної модульної будівлі з детальним описом інженерних мереж,
вбудованих у модулі, як основа для створення інтерактивного 6D-реєстратора на
основі BIM-технологій
Рисунок 3.5 - Сучасне візуальне та інформативне коротке уявлення про будівлю
з використанням інтерактивного PVR на основі BIM-технологій
83
Керівники будівельних компаній мають завдання збирати, аналізувати та
передавати інформацію про всі будівлі в певному географічному регіоні, маючи
можливість орієнтуватися на об'єкті. Керівні принципи використання об'ємного
моделювання викладені в Положенні Міністерства будівництва № 151 від 4
березня 2017 року, яке закликає провідні будівельні інститути перейти від
методології та пілотних проектів до практичної будівельної практики.
Організаційно-технологічне проектування для інтерактивного складання
будівель. Концепція автоматизованого проектування технології та організації
будівельного виробництва в графічному аналітичному середовищі, інформаційне
середовище для проектування PVR та бюджетних планів, а також їх динамічна
структурна та функціональна адаптація представлені на рис. 3.6.
Спільне використання графічної документації в цільових графічних
аналітичних середовищах дозволяє продуктивно та якісно створювати складні
схеми розробки технологічних процесів та бюджетні плани об'єктів на основі
варіантного моделювання з їх подальшою корекцією [97].
Програмних інструментів, таких як Revit, недостатньо для повноцінної
(віртуальної) підтримки складання збірних будівель; також можна
використовувати Autodesk Navisworks. iPVR забезпечує реальну основу для
моніторингу прогресу будівництва об'єкта. Додаючи часове представлення (4D –
графік будівництва, 5D – вартість, 6D – рух) до просторового (3D)
представлення, клієнт отримує можливість контролювати хід будівельно-
монтажних робіт, надаючи інформацію про поточний стан та відхилення від
запланованих термінів для кожного етапу. Весь процес будівництва можна
спостерігати, орієнтуючись на об’єкті через віртуальні окуляри, виявляючи
нерівності, оптимізуючи процес локації та оптимізуючи кількість машин та
механізмів.
Принципи складання будівель з використанням iPVR, [97]:
- Автоматичне порівняння фактичних даних виконаних монтажних робіт з
BIM-моделлю будівлі;
84
- Своєчасне отримання даних про проект;
- Поетапний розподіл процесу складання візуальної 6D моделі;
- Багатовимірний синтез рішень з урахуванням критеріїв:
енергоспоживання, трудовитрат, швидкості та комплексної продуктивності.
Переваги використання iPVR,[97]:
- Автоматичний контроль якості складання, стандартів, допусків;
- Візуалізація будівельного майданчика, технологічних параметрів;
- Швидкість прийняття рішень;
- Скорочення термінів будівництва.
Прямо під час будівництва ви можете одразу отримати точну кількість
необхідних будівельних матеріалів, легко відстежувати та координувати етапи
реалізації (будівництва) у просторі та часі, а також використовувати статичні,
енергетичні та інші симулятори.
Недорогі датчики можуть забезпечити BIM-модель сигналом, що вказує на
наявність помилок монтажу. Кожен елемент або зона може містити будь-яку
кількість інформації (допуски, технологічні параметри, витрати, графік робіт,
ефективність тощо).
3.3. Обґрунтування технологічного застосування стале-залізобетонних
елементів заводського виготовлення модульних каркасів
На основі розглянутої технології швидкого складання модулів UVBS з
оптимальними розмірами 1,0×1,0 м (горище) та 9,0×3,0 м (типова стеля) з
розробленими новими технічними рішеннями було проведено аналіз прийнятих
технологічних рішень для швидкого складання повністю збірних будівель з
позиції невикористання заводського обладнання для виробничих ліній елементів
UVBS, а використання розроблених рішень незнімної опалубки.
Наприклад, професор С.В. Ніколаєв наводить дані, що вартість модернізації
одного заводу ДСК у Росії з використанням сучасного німецького та
85
італійського обладнання становить близько 12–13 мільйонів доларів, а необхідна
модернізація всіх заводів ДСК у Росії — близько 600 мільярдів рублів [103].
Рисунок 3.6 - Виготовлення промислових колон із залізобетону (трубчастого)
системи UVBS у незнімній опалубці
Рисунок 3.7 - Будівництво промислових конструкційних матричних перекриттів
із залізобетону системи UVBS у незнімній опалубці
Рисунок 3.8
- Будівництво промислових залізобетонних сходів з використанням системи
UVBS у незнімній опалубці.
86
Рисунок 3.9 - Виготовлення підлогових матриць UVBS з вбудованими
енергозберігаючими інженерними системами
Розроблена технологія будівництва повністю збірних будівель з модулів
включає модулі, колони з напрямними, вбудовані інженерні мережі, що
оточують сендвіч-панелі, сходи, стіни та склопакети, що не вимагає
використання дорогого іноземного обладнання для виробництва, а також
створення великих виробничих центрів ДСК.
Для підвищення всебічної технологічності було радикально змінено не лише
заводську, але й конструктивну технологічність компонентів збірного будинку
«нового типу» з матричних плит UVBS, що стало можливим лише завдяки
системному підходу до всіх змін конструктивних складових технологічності
збірних будівель [93].
До найважливіших особливостей, що характеризують підвищення доцільності
складання збірних модулів у повністю збірних будівлях з конструктивної точки
зору, належать: збалансованість; наявність кріпильних та орієнтаційних деталей
у модулях UVBS; великі розміри; заводська готовність модулів UVBS; простота
складальних з’єднань; конфігурація складальних модулів; блочність модуля;
точність виготовлення модуля UVBS; вартість нарощування модулів у
заводських умовах.
Витрати на розширення елементів повністю збірних будівель UVBS на заводі
(Su.z) нижчі, ніж під час складання (Su.m), [97]:
Зyz= 0,25°Cрозум. (3.1)
Основним завданням конструктивної доцільності будівництва повністю
збірних будівель з модулів УВБС з підвищеною заводською готовністю є
87
організаційно-технологічна підготовка виробництва ЗСУ з мінімальними
витратами часу, праці, енергії, матеріалів та коштів (рис. 3.11, 3.12).
Рисунок 3.10 - Залежність зниження складності складання повністю
збірних будівель з модулів від ступеня заводської готовності модулів УВБС
Рисунок 3.11 - Випробування елементів прототипу універсальної
високотехнологічної будівельної системи UVBS
Для проведення експериментальних досліджень було виконано пілотне
проектування матриці накладання УВБС ЗАТ «Ленуренгойбуд» (рис. 3.13, 3.14)
у програмі AutoCAD з урахуванням результатів числових експериментів,
виготовлено повний комплект креслень ступені КМД, а також робочі креслення
вузла УВБС та тестової матриці.
88
Рисунок 3.12 - Реалізація окремих елементів системи UVBS
3.4. Організаційно-технологічне моделювання модульних каркасів будівель
та споруд
Основним завданням технології просторового планування при будівництві
будівель з модулів UVBS є проектування просторово-планувальних рішень (рис.
3.13, 3.14) та оперативний контроль якості виробництва BMS з мінімальними
витратами часу, праці, енергії, матеріалів та коштів.
Система UVBS дозволяє диверсифікувати просторово-планувальні рішення
для будівель, змінюючи вартість та параметри дизайну.
З урахуванням диференціальних показників запропоновано пов'язану,
комплексну систему показників технологічної та енергоефективності на різних
етапах виробничого циклу високотехнологічного будівництва повністю збірних
модульних будівель, яка дозволяє оптимізувати організаційні та технологічні
рішення при впровадженні в BIM-системі.
89
Рисунок 3.13 - Залежність відносної трудомісткості від площі будівлі з
модулів.
Рисунок 3.14 - Залежність зниження трудомісткості будівництва будівель
від комбінованого використання модулів УВБС з оптимальними розмірами та
з'єднувальними вузлами: 1 – монолітні технології; 2 – технології кладки; 3 –
великопанельні залізобетонні технології; 4 – каркасно-обшивальні технології; 5 –
малі сендвіч-панелі; 6 – середні сендвіч-панелі; 7 – розроблена технологія
зведення повністю збірної будівлі з великих модулів УВБС, з'єднаних гвинтами
Віртуальне проектування рекомендується в будівництві для проблемних зон,
де потрібно знайти оптимальні конструктивні та технологічні рішення (рис.
3.17). Спочатку в системі CAD створюється віртуальний об’єкт, а потім 6D-
макет з використанням попередньо виготовлених модулів з напівфабрикатів
(дах, стіни, сходи).
90
Для з’єднання конструктивних елементів та внутрішніх комунікацій
використовується програмне забезпечення для параметричного моделювання
Revit. Вся система збирається в єдине ціле за попереднім концептуальним
проектом. Потім розробляється модель, яка служить інструментом та технічною
документацією для складання, а також перевіряється придатність матеріалів для
цього проекту.
Інтерактивне будівництво на основі технології iPVR – це прогресивний,
промисловий, швидкий підхід до будівництва, який включає масштабні
підготовчі роботи, забезпечуючи швидке складання готових конструкцій UVBS
без помилок та ризиків, властивих окремому проекту та будівництву. Він
вирішує не лише проблеми швидкого будівництва, але й надійність та
довговічність будівель у складних умовах місцевості та несприятливих умовах.
91
Рисунок 3.15 - Впровадження елементів ІПВ у практиці оперативного
будівельного нагляду: житловий масив комфорт-класу «Стерхи»
92
3.5 Обґрунтування технологічної перспективності високотехнологічних,
пасивних та адаптивних (роботизованих) модульних каркасів монтажу
повнозбірних будівель
Технологічність установки – це інтегральний показник, що являє собою
сукупність факторів, що визначають ефективність процесів будівництва будівель
або ступінь технологічності даного модуля до транспортування та складання з
мінімальними витратами часу, ручної праці, енергії та матеріальних ресурсів [93,
104].
Чим вищий ступінь розширення, тим менше монтажних операцій, тим
коротша тривалість роботи та швидше складання.
Було представлено закономірності оптимізації технологічних режимів
складання будівель з модулів УВБС: зниження трудомісткості за рахунок
збільшення маси та габаритів модулів та ступеня заводської підготовки (рис.
3.18).
Рисунок 3.16 - Залежність питомої трудомісткості будівництва будівлі від площі
поверхні використовуваних модулів УФБС: 1–5 — малі елементи; 6–8 — середні
елементи (модулі); 9–12 — великі модулі; A, B — залежність раціональності
планувальних рішень об'єму будівлі та трудомісткості монтажу від площі
93
поверхні модулів; A1, B1 — оптимальні значення; C — оптимальна площа
поверхні модуля УФБС — 27–48,0 м2 (3,0…3,6×9 м, 3,6…4,0×12 м)
Порівняльна оцінка варіантів (наприклад, рис. 3.19-3.22) показала, що
доцільність складання запропонованих рішень впливає на зміну трудомісткості
від 21,4% до 133,3% та ефективність складання на 44% за рахунок підвищення
заводської готовності та точності виробництва матриць UVBS. Використання
запропонованих самозатискних з'єднань з напрямними забезпечує зниження
трудомісткості складання на 21,4% [97].
При порівнянні двох варіантів, а саме розробленої ЗБК (рис. 3.19-3.20) та
найбільш широко використовуваної системи великопанельних будинків,
коефіцієнт технологічності (КТП) – це кількість операцій, які необхідно
виконати (за умови, що інші фактори однакові). У цьому випадку
високотехнологічним варіантом буде той, що має меншу кількість операцій.
Наприклад, розроблена повністю збірна будівля виготовлена з модулів ЗБК,
з'єднаних болтами (рішення 1), або панельно змонтована з великих
залізобетонних панелей, зібраних кранами зі зварюванням та монолітними
з'єднаннями (рішення 2). За кількістю процесів коефіцієнт технологічності для
першого рішення (якщо прийняти його за 1) становить 3 процеси; для другого
рішення – 100 процесів, для 5 панелей з коефіцієнтом ефективності однієї
комірки: КТП = 6:100 = 0,06, де КТП – коефіцієнт технологічності.
Рисунок 3.17 - Варіант трансформуючих стін і перегородок з готових матричних
стель системи UVBS
94
Рисунок 3.18 - Варіант трансформації колон готових стельових матриць системи
UVBS
Рисунок 3.19 - Варіанти пружин кріплення пасивної системи для монтажу
опорних елементів системи UVBS у будівельному положенні
95
Рисунок 3.20 - Моделювання енергозберігаючого робота для складання (транс-
робота) матричних плит перекриття будівельної системи UVBS
На основі проведеного дослідження можна зробити висновок, що
використання технологічно просунутих будівельних систем, попередньо
виготовлених з промислових модулів (рис. 3.23), скорочує ручну працю більш
ніж утричі, а також підвищує ефективність завдяки автоматизації процесів та
роботизації. Збільшення зібраних модулів, їх трансформація та збільшення
розмірів конструктивної комірки будівлі зменшують трудомісткість складання
на 10–30%; покращують доцільність проекту за рахунок підвищення виробничої
готовності та точності виготовлення модулів на заводі; а використання
самозатискних з'єднань знижує витрати на монтажні роботи на 5–10% та
трудомісткість на 15–25%.
Порівняльна оцінка варіантів показала, що на доцільність встановлення
впливали варіації: трудомісткість до 35%, витрати до 34% та ефективність
встановлення до 50%.
96
Рисунок 3.21 - Моделювання складання будівельної системи UVBS з матриць,
що перекриваються
Завдяки розширенню модулів UVBS, впровадженню роботизованих систем
складання, самоблокувальних з’єднувачів, зменшенню кількості компонентів та
контролю точності складання, обсяг складальних робіт значно зменшується, що
безпосередньо впливає на надійність та безпеку впровадження BMR та зменшує
ймовірність аварій. Очікується високий рівень технологічного прогресу процесу
(Таблиця 6.8).
97
Таблиця 3.3 Показники ефективності виробництва будівельних систем
Системи будівництва
Бетонний
Назва індикатора Модульні Ефектив
блок КУБ КБ БД
каркаси ність
UVBS 2.5
Фактор технологічної доцільності 0,94 0,85 0,6 0,65 0,5 0,8
Факторбаланс структур 1.0 0,62 0,56 0,49 0,46 0,46
Факторрозбирання на складальні
1.0 0,25 0,125 0,08 0,1 0,1
блоки
Коефіцієнт структурного
1.0 0,67 0,45 0,4 0,35 0,65
збільшення
Коефіцієнт доступності заводу 0,99 0,8 0,7 0,56 0,6 0,7
Технологічна ефективність
1.0 0,23 0,32 0,41 0,28 0,43
монтажних з'єднань
Було сформульовано наукову гіпотезу про необхідність нового
технологічного рішення, яке дозволило б високоефективно та швидко збирати
збірні будівлі з промислових модулів. Техніко-економічне обґрунтування
продемонструвало, що розроблена технологія швидкого, технологічно
просунутого складання збірних будівель з модулів UVBS повністю відповідає
параметрам технологічно просунутого рішення, навіть у порівнянні з системами
з відкритим кодом. Завдяки розробленим рішенням, роботизація процесу
складання стала можливою з мінімізацією енергоспоживання.
98
3.6. Обґрунтування технологічної можливості модернізації та транспортного
процесу спорудження модульних каркасів будівель
Модернізація будівельних систем відбувається рано чи пізно, але завжди (рис.
3.25, 3.26). Система UVBS найбільше підходить для внесення змін до
інженерних та захисних елементів, дозволяючи вносити зміни з часом з
мінімальними витратами праці.
Рисунок 3.22 - Експлуатаційна модернізація матричних інженерних стельових
систем UVBS
Рисунок 3.23 - Експлуатаційна модернізація сендвіч-панелей та скління
фасадних систем UVBS
99
Економічний ефект безпосередньо залежить від відстані транспортування
модулів UVBS: чим більша відстань, тим менш доцільно консолідувати модулі
на заводі. Раніше розглядалися різні методи доставки елементів UVBS, від
автомобільного транспорту (рис. 3.27) до найбільш енергоефективного способу
транспортування дирижаблем.
Рисунок 3.24 - Варіант автомобільного транспортування для 2 повних
підлогових матриць UVBS
Дуже важливим аспектом вирішення транспортних проблем під час доставки
пластинчастих матриць UVBS є використання засобів саморозвантаження
(транс-робот UVBS, підйомники, напрямні рейки, ролики тощо), які дозволяють
швидко завантажувати та розвантажувати причепи та напівпричепи без
використання кранів.
Висновки до розділу 3
1. Обґрунтовано структурну організацію адаптивного (робототехнічного)
складання системи UVBS. Час складання коливається від 2,1 до 2,6 хв/модуль, і
на цьому підході базується принцип синхронного виконання операцій.
100
Циклічний процес складання трансформується в конвеєрний процес з
безперервною подачею модулів UVBS. Параметри роботизованої системи:
швидкість підйому 2 м/с, вантажопідйомність 3×10 т, кут повороту платформи
±90°, кут повороту жорсткої балки ±360°, виліт 15 м. Наявність трьох
телескопічних складальних платформ сприяє підвищенню продуктивності,
скорочуючи час складання в шість разів.
2. Огляд літератури підтримує активні та пасивні методи контролю
точності процесів, такі як оптичні, 3D лазерні вимірювальні системи,
фотограмметрія, інтерферометричні та волоконно-оптичні системи. Ці методи
забезпечують швидкий, точний, технологічно просунутий, енергоефективний та
пасивний контроль над встановленням та транспортуванням модулів UVBS на
будівельному майданчику під час швидкого складання, що дозволяє швидко
вносити зміни в автоматизованому режимі.
3. Обґрунтовано методологічні основи інтерактивного (віртуального)
технологічного проектування установок з використанням техніко-інформаційних
моделей, технологічних схем та 6D-планів будівельних конструкцій, а також
компіляцій PVR та GIS на основі BIM-технологій. Новий PVR враховує
динамічні зміни та є операційним документом, що забезпечує високу швидкість
будівництва завдяки візуальному та інформативному (віртуальному) втіленню
будівельного майданчика (інтерактивна реалізація проекту – iPVR) з
автоматичним контролем точності складання
РОЗДІЛ 4. ОРГАНІЗАЦІЙНО-ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ЕКОНОМІЧНА
ЕФЕКТИВНІСТЬ ТЕХНОЛОГІЇ СПОРУДЖЕННЯ МОДУЛЬНИХ
КАРКАСІВ БУДІВЕЛЬ ТА СПОРУД
4.1. Визначення економічної ефективності технології будівництво збірних
каркасів та модульних каркасів конструкцій будівель
Принцип сумісності варіантів дозволяє шукати оптимальні рішення.
Сумісність порівнюваних моделей традиційного та швидкого збірного
будівництва з використанням технологічно сучасних будівельних систем буде
101
забезпечена за умови однорідної структури моделей та ідентичності
порівнюваних показників.
Ефективність – це якісна категорія, що відображає процеси глибокого
вдосконалення. Існують загальновизнані показники ефективності будівельного
виробництва: результативність, рівень організації системи, ступінь досягнення
цілей, інтенсивність системи тощо.
Для визначення методів та принципів оцінки ефективності повністю збірного
модульного будівництва можна розглянути найважливіші економічні категорії –
ефективність та ефект, які демонструють здатність до прогресивних кількісних
змін.
На відміну від ефекту, ефективність, яка спрямована на максимізацію,
враховує також умови, за яких досягається конкретний результат діяльності,
виражений у співвідношенні з витратами, а ефект, як відомо, стосується лише
результату [105].
Конкурентоспроможність швидкого будівництва повністю збірних будівель з
використанням сучасних будівельних систем оцінюється шляхом порівняння
альтернативних технологій зведення будівель з використанням модульних
систем.
Переваги будівель, обладнаних трансформованими системами UVBS,
очевидні:
- додаткові модулі дозволяють швидко розширити будівлю з мінімальними
витратами;
- можливість проведення будівельних робіт у будь-яку пору року;
- діапазон температур в умовах від -30 до +45 ºC;
- проектування з урахуванням транспортних габаритів;
- з транспортного стану вони трансформуються в модуль протягом кількох
хвилин командою з 2 осіб;
- будівлю можна звести за дуже короткий час.
Ключовою особливістю швидкого будівництва будівель з використанням
модульних систем є скорочення термінів будівництва, підготовки до
102
виробництва, складання та прискорення виробничого циклу. За комплексом
важливих параметрів розроблена система UVBS демонструє найвищу
ефективність (табл. 4.1).
Таблиця 4.1 Економічна ефективність використання будівельних систем UVBS
Система будівництва
Економічний показник
Ефективність БД УФБС
Економія матеріалів, % - 2 45.2
Економія на транспортних витратах, % - 0,5 51,4
Економія на основній зарплаті, % - 1.14 5.7
Економія завдяки роботам, % - 1.7 8.3
Економія на накладних витратах, % - 0,16 0,8
Економія від прискореного впровадження -
об'єктів, % 5.7 28.3
Економія у фіксованій частині умовних
- 0,55 2.75
накладних витрат, %
Економія на капітальних вкладеннях в
- 8.8 43,9
основні виробничі активи організації, %
Примітка: KKD - багатопанельна конструкція; OBD - багатоблочна
конструкція; UVBS - універсальна високотехнологічна будівельна система.
Отже, значення, представлені на рисунках 6.23 та 6.24, відображають
загальну ефективність запропонованих технік, методів та способів складання
розробленої будівельної системи, навіть з урахуванням конструкції об'ємного
блочного корпусу (ОБК) та ефективність з урахуванням повної матричної
установки.
103
8,8 43,9
Економія умовної постійної… 02,5 ,755
5,7 28,3
Економія накладні витрати, % 00,1,86
1,78 ,3
Економія базової зарплати, % 1,154, 7
0,5
51,4
Економія матеріалів, % 2
45,2
0 10 20 30 40 50 60
ОБД УВБС
Рисунок 4.1 - Вигідність використання високопродуктивної швидкої збірки
порівняно з найефективнішими системами KCD та OZD
Модульна конструкція UVBS забезпечує структурну, технологічну та
функціональну повноту. Взаємозамінність модульних компонентів та
універсальність конструкції забезпечують високу економічну ефективність.
Будівництво такої будівлі займає лише кілька днів, вимагає мінімальних витрат
на складання та є таким же надійним, як цегляні чи бетонні стіни. Їх складання
не вимагає зварювання або мокрих процесів, що значно пришвидшує монтаж та
покращує якість.
4.2 Розрахунок техніко-економічної ефективності швидких
енергозберігаючих будівельних систем UVBS
Розрахунки техніко-економічної ефективності швидких енергозберігаючих
систем будівель UVBS проводяться на основі таблиці розрахунку робочого
процесу (таблиця 4.2.).
Оскільки час доставки модуля UVBS до комірки становить 1–2 хв (залежно
від відстані від комірки), для розрахунків ми вважатимемо його рівним 1,5 хв.
Отже, 1 операція триває 5 с, 2–10 с, 3–30 с, 4–30 с, 5–15 с. 1. 1,5 кВт ×
0,002777778 год = 0,004166667 кВт·год. 2. 0,2 кВт × 0,008333333 год × 4
(кількість двигунів) = 0,006666666 кВт·год. 3. 22 кВт × 0,008333333 год =
0,18333333 кВт·год. 4. 1,5 кВт × 0,008333333 год × 2 (кількість двигунів) = 0,025
кВт·год. 5. 1,5 кВт × 0,004166667 год × 2 (кількість двигунів) = 0,0125 кВт год.
104
Таким чином, загальне споживання електроенергії за повний цикл
(встановлення модуля UVBS та повернення до наступного) становить: 2 ×
0,00625 кВт⋅ г + 2 × (0,004167 кВт⋅ г + 0,00666 кВт⋅ г + 0,1833333 год + 0,025
кВт⋅ г + 0,0125 кВт⋅ г) = 0,0125 кВт⋅ г + 0,463 кВт⋅ г = 0,473 кВт⋅ г. Множимо
це число на кількість модулів UVBS у 10-поверховому будинку: 0,4733 кВт⋅ г ×
308 = 146,566 кВт⋅ г – споживання енергії на процес комплексного встановлення
308 модулів UVBS.
Вартість включатиме вартість пересування навколо місця встановлення, що
дозволить повернути модуль UVBS на 180 градусів, забезпечуючи зручніше та
безпечніше керівництво під час встановлення (приймемо час обертання = 10 с).
2,2 кВт × 0,007778 год = 0,006111112 кВт год. 0,47533 кВт год + 0,00612 кВт год
= 0,481944412 кВт год.
Помножте це число на кількість модулів UVBS: 0,4812 кВт⋅ год × 308 =
148,436 кВт⋅ год. Для встановлення та роботи 308 модулів UVBS потрібно
загалом 294,9955388 кВт⋅ год.
Таблиця 4.1 Техніко-економічні показники збірно-монолітних систем будівель
Показник Збірні монолітні системи
105
Серія
Б.1.020.1-7 КУБ 2.5 Saret Dycore Delta
(Аркос)
Тип каркасу рамно-зв’язні
Надання вільних рішень для
Забезпечує
планування
Максимальна кількість 30
поверхів
Приведена товщина
перекриття, см 14,2 16 17,4 20,3 38,5
Проліт, м до 9 3; 6; 12; 18 7 7,6 9
Витрата залізобетону (в т. ч.
монолітного), куб. м / кв. м 0,15 (0,06) 0,18 (0,02) 0,19 (0,06) 0,2 (0,04) 0,13 (0,02)
заг площі
Витрата сталі (в перекритті /
11,6 / 15,3 12,4 / 16,3 13,3 / 18,4 12,5/15,0 12,5/15,0
в рамі), кг / кв. м
Витрата матеріалу для
огороджувальних 0,30 0,30 0,30 0,35 0,25
конструкцій куб. м
Питома вага будівельної
0,38 0,43 0,48 0,4 0,35
системи, т/кв. м
Максимальна вага елементу,
т 10
Запланований термін
служби, років 100
Вартість будівництва, % 85 93 90 90 85
Трудозатрати на зведення 1
0,6 0,51 0,65 0,65 0,52
куб. м будівлі, чол.-дн.
Таблиця 4.2 Питомі показники будівель на 1м² приведеної загальної площі
106
ЦНИИЭП житла
Розробник проекту ЦНИИЭП ЦНИИЭП ЦНИИЭП
у співпраці с
житла житла житла
НИИЖБ
Серія проектів I-464-А ИИ-04 I-468-Б 90
ТЕП:
3
Об'єм будівництва, м 3,50 4,40 3,70 3,85
2
Житлова площа, м 0,68 0,80 0,6 0,60
Трудомісткість, чол.-дн. 2,1 2,6 2,6 1,6
Маса елементу, т 1,9 1,8 1,8 2,4
Вартість, % 90,4 95,3-105 94,7 63,5
Кількість поверхів 5 < 12 5 9
Поперечні Поперечні Поперечні
несучі стіни Залізобетонний несучі стіни несучі стіни
Конструктивна система
«малий» каркас «великий» «малий»
шаг шаг шаг
Склад квартир в рядовому
блок-секції 1.2.3 Цивільна будівля 1.2.3 1.2.3.3
Розрізка зовнішніх стін Однорядна Двухрядна Двухрядна Однорядна
Витрати матеріалів:
Сталь, кг 24 24 26 21
Залізобетон, м-з 0,65 0,48 0,45 0,71
Легкий бетон, м-з - 0,24 0,27 0,22
Цегла, шт 3 - 3 2
Пиломатеріали, м-з 0,05 0,13 0,07 0,05
107
Таблиця 4.3 Техніко-економічні показники багатоповерхових житлових будинків
основних конструкційних систем на 1 м² загальної площі
Будівельні системи
Од.
Показники КПД, серії Система КУБ Б1.020.1-7Б 1.020.1-9 ИМС МОСС
вим.
90 111 КУБ-1 КУБ-2М
Вартість
% 100 100 95 92 85 85 115 110
будівництва
Витрата
3
м 0,85 0,80 0,18 0,17 0,15 0,18 0,18 0,8
залізобетону
Витрата сталі кг 14,5 14,2 16,8 12,3 13,2 14,8 12,3 39,3
3
Витрата м
монолітного 0,02 0,02 0,06 0,12 0,06 0,18 0,06 0,20
залізобетону
Витрата
матеріалу для
3
м 0,02 0,02 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30
огороджувальних
конструкцій
Обмеже
ні
Не У сітці У сітці
Вільні рішення можлив У сіткиЗ абезпеч
передба стовпцівс товпців ЗабезпЗеачбуеєз печує
для планування ості колон 6х6 ує
чено 6х6 6х6
планува
ння
Гідравліч
МонтМа онтаМжонтажн ні
Додаткове Монтажна
жна на а домкратОип алубк
технологічне оснастка,О палубкаО палубка
оснастокснастокснастка, та а
обладнання опалубка
а а опалубка насосна
станція
108
Таблиця 4.4 Техніко-економічні показники структурних систем
багатоповерхівок
Назва системи
будівництва Монолітна Збірно-монолітна Модульно-блочна
Збірно- Повнозбір ПовнозбПіровнозбір
Технологія МонолітнаМ онолітна Повнозбірна
монолітна на на на
Ж/б ядро Стальні Стальні
Ж/б ядро Ж/б ядро Стальні
Основні несучі жорсткостіС і талевий модульні об’ємні
жорсткостіж ио рсткості и модульні
конструкції сталевий каркас конструкмцодульні
каркас каркас конструкції
каркас ії блоки
Система Каркасно- Каркасно- Каркасно- Каркасно-
проектування ствольна ствольна ствольна Каркасна Каркасна Каркаснас твольна
Висота, м 828,0 340,0 302,0 443,2 99,9 208,0 109,0
Кількість
поверхів 163 75 74 102 30 57 32
Площа будівлі,
2
м 344 000,0 173 960,0 207 542,0 208 879,0 17 338,0 179 600,03 2 164,0
Максимальна
кількість
5 2 3 9 1 7 1
використаних
кранів
Максимальний
виліт стріли, м 50,0 55,0 50,0 22,5 55,0 55,0 80,0
Максимальна
вантажопідйомні 27,5 32,0
сть, т 16,0 16,0 20,0 8,0 8,0
Максимальна
6,85 25,0 25,0
швидкість 120,0 21,0 21,0 260,0
109
підйому, м/хв
Максимальна
кількість
12000 3400 200
залучених
працівників
Трудозатрати на
2
1 м , чол.-год. 64,0 70,4 53,6 33,5 11,7 6,7 13,4
Загальний час
63,5 85,0 93,0 16,0 8,0 18,0 30,0
будівництва, міс.
Час будівництва
надземної 52,0 13 0,50 0,63
частини, міс.
Час будівництва
стандартного 2,5 2,5 0,5 0,33
поверху, дн.
Таблиця 4.5 Порівняння типів вітчизняних та іноземних багатоповерхівок
110
Порівнянні будівельні системи
Металевий Каркас
Збірно- Каркасно- Технолог
№ Од. Монолітна каркас зі системи
ТЕП монолітна монолітна ії
п/п вим. серії збірними Dycore
серії серії СБ. компанії
ИП-46Сп ерекриттямPиC -F7.62
Б1.020.1-7 2010-8 BSB
серії М-44М
1. Маса колон т 1,36 1,38 1,12 0,47 1,42 0,97
2. Маса ригелів т 1,52 1,52 - 0,224 1,61 -
Маса плит
2
т/м 0,55 0,55 0,40 0,55 0,48 0,53
3. перекриття
Проліт, що
4. м 4,5-12 4,5-12 4,8-9 6-12 7,62 15,6
перекривається
Витрати бетону:
3
м 0,24 0,27 0,24 0,31 0,22
5. збірний з/б
3
6. Монолітний з/б м 0,06 0,01 0,42 0,01 0,02 -
2
7. Витрати сталі кг/м 6,2 8,8 13,46 50,0 7,62 0,62
Обсяг «мокрих»
% 10 60 100 5 65 0
8. процесів
чол./го
1,8 1,8 1,32 2,90 0,3 0,25
9. Затрати труда д
Кількість
10. робочих (100 чол. 2 2 3 8 2 6
2
м )
11. Поверховість пов. 25-35 25-100 16-100 1-120 25-37 30-57
100
5,0 5,0 3,0 9,0 5,2 0,70
2
12. Час монтажу м /дн.
Ступінь
13. заводської % 65 52 0 81 67 93
готовності
111
Термін
14. експлуатації % 100 150 140 100 120 100
будівлі
2
15. Вартість y.e./м 550 380 360 550 450 700
Будівельні
т 3400 3000 3000 3000 3000 25
16. відходи
Таблиця 4.6 Порівняльні параметри використовуваного підйомного обладнання
№ Параметр Од. Аналогічні роботизовані ліфти
112
п/п вим.
1200-
1. Вантажопідйомність кг 1000-6000 650-3200 500-2000 2300
2400
2. Місткість чол. 4-24 - 6-30 - -
3. Висота підйому м до 300 18-45 100-400 8-40 3,73
Вертикальна швидкість
4. м/хв 26-96 7,0-8,0 12-90 - -
руху
Горизонтальна швидкість
5. м/хв - 2,5-8 - - -
руху
м 2,0-3,8 0,8 1,4-2,0 1,2 6,0
6. Габарити м 1,0-1,5 0,3-0,8 1,7-5,5 0,5 3,0
м 2,2 - 2,1 - -
Електро
Електро
7. Тип приводу - Електро Електро Електро сервоприві
сервопривід
д
Кількість ступенів
8. - 2 1 2 2 6
свободи маніпулятора
9. Max радіус дії м - - - - 3,73
Горизонтальна площина
10. град. 0 0 0 0 330
(обертання основи)
11. Вертикальна площина град. 0 0 0 0 160
12. Схил град. 0 0 0 0 240
Обертання вантажної
13. град. 0 0 0 0 720
платформи
Таблиця 4.7 Показники порівнянних варіантів монтажу кранів
Серія вантажних та
пасажирських ліфтів SC
Автоматичні штабелери
RBG, MASTer, БТ КРАН
Серія вантажних і
пасажирських щоглових
підйомників
GEDA
Щоглові підйомники з
висувною платформою ЗАО
«Новые технологии»
Роботизована рука FANUC,
модель M-2000iA
113
Порівнянні баштові крани
№ Найменування Од.
п/п параметру вим.
Баштовий Баштовий на Баштовий БаштовийС амопід
1. Тип крана -
приставнийр ейковом ходус таціонарніпйр иставнийо мний
2. Вантажепідйомність т 8,0 10,0 16,0 10,0 15
3.В исота підйома крюка м 150,0 74,0 500,0 170,0 21,4
Виліт стріли:
м 3,5 20 60 60 4,5
4. найменьший
м 50,0 35 60 60 22
наибільший
5. Довжина стріли м 50,0 40 60 60 30
Крутний момент
6. тм 120,0 102,0 140,0-560,06 4,0-197,0 -
завантаження
Швидкість підйому
7. м/с 0-0,75 0-0,75 0-2,33 0-0,75 0,33
вантажу
Горизонтальна
8. м/мин 0-30,0 25,0 0-24,0 0-28,0 8,0
швидкість руху візка
9. Поворот стріли об/мин 0,6 0,7 0-0,8 0-0,7 0,12
10. Рух крана м/мин - 1,2 - - -
Електрични ЕлектричЕнлектри
11. Тип привода - ЕлектричнийЕ лектричний
й ий чний
12. Загальна потужність кВт 122,0 82,0 167,0 102,4 124
Кількість ступенів
13. - 4 4 3 3 3
свободи маніпулятора
14. Вага крана т 87-145 78-140 81,0 84,5 89,9
Таблиця 4.8 Показники елементів будівельних систем (колони)
Параметри колони в залежності від кількості поверхів будівлі
П№о
Ви п
вер
со/пт
Заван
ховіст
а
тажен
ь
будів
ня
лі, м
клони
, кН
КБ-471.У1
КБМ-401П
(исполнение 27)
Terex —
ComedilCT L серия
Mitsuber MCT 160
FR (QTZ-160)
УБК-15-49
114
СталезалізобетониЗалізобетоні Залізобетоні Сталевий
й каркас УВБС колони колони каркас
квадратного круглого
переріз перерізу
D = 650 мм
Зварний
2
A = 3318,3 см
Розміри колонDи = 1072 мм двутавр
Маса = 2873,88 кг
2
950x950 мм A = 9025,7 см 6,0 А = 810,62 4,25
1. Маса металу
2 2
A = 9025 см Маса = 6769,2 5 1,2 .с м 0,85
700,13 кг
Маса = 6769 ккгг Маса =
Маса бетона
1530 кг
2173,75 кг
D = 576 мм; A =
Зварний
2
2605,7 см Розміри колонDи = 960мм
двутавр А
2
Маса = 2248,55 к8г5 0x850 мм A = 7238,2 см 5,5 3,5
2
2. = 650 см
2
Маса метала A = 7225 см Маса = 5428,7 1,1 . 07
Маса =
537,97 кг Маса Маса = 5419 ккгг
1350 кг
бетона 1710,58 кг
D = 502 мм; A =
Двутавр
2
1979,3 см Розміри колонDи = 750 мм
70Ш5 А =
2
Маса = 1700,01 к7г0 0x700 мм A A= = 4901,7 см 4,3 3,5
2
3. 520 см
2
Маса метала 4900 см Маса М аса = 3676,2 8 0,68 . 07
Маса =
397,1 кг Маса = 3675 кг кг
1100 кг
бетона 1302,91 кг
41 55 69
149,1 199,5 249,9
8095,45 10 859,75 13 624,05
Трудо-
машиніст затратимонт
чол./год. ажн
Трудо-
машиністів затрати
чол./год. монтажн
115
D = 408 мм; A =
Двутавр
2
1307,4 см D = 620 мм
550x550 мм 40К5 А =
2
Маса = 1124,06 кг A = 3019,1 см 3,1 3,5
2 2
4. A = 3025 см 371 см
Маса метала Маса = 2264,3 3 0,61. 07
Маса = 2269 кг Маса =
263,95 кг Маса кг
873,6 кг
бетона 860,11 кг
D = 304 мм; A = Двутавр 70
2
725,8 см D = 450 мм Б1
400x400 мм
2
Маса = 628,36 кг A = 1590,4 см 2,2 A = 164,7 3,5
2
5. A = 1600 см
2
Маса метала Маса = 1192,8 0,55 с. м 07
Маса = 1200 кг
152,8 кг Маса кг Маса =
бетона 475,56 кг 494,1 кг
D = 217 мм; A = Двутавр 30
2
518,2 см D = 450 мм Ш1
400x400 мм
2
Маса = 448,7 кг A = 1590,4 см 2,2 A = 117,6 3,5
2
6. A = 1600 см
2
Маса метала Маса = 0,55 с. м 07
Маса = 1200 кг
109,1 кг Маса 1192,8кг Маса =
бетона 339,6 кг 352,8 кг
Коротку характеристику технологічних особливостей фасадних систем
наведено в таблицях 4.8
Таблиця 4.9 Характеристика технологічних особливостей фасадних систем
Склад звена
Проектування фасадної Технологічні етапи
системи монтажу
СФТК 1. Підготовка поверхні 3р. - 1,
монтажник 435
1— несуча стіна; зовнішньої стіни 2р. - 1,
10 14 28
36 50,40 102,3
1974,50 2764,30 5528,60
професія
Розряд та кіл-
ть чол.
Затрат и труда,
чол.-ч.
116
2 - теплоізоляційна плита 1р. - 1
3- клеєвий склад
4- дюбель фасадний 4р. - 2,
штукатур 441
5- базовий шар штукатурки 3р. - 2
6 - склосітка маляр 3р. - 1 90,6
7 -декоративний штукатурний Разом 966,6
шар 2. Монтаж 4р. - 2,
теплоізоляційних плит штукатур 3р. - 2, 850,1
2р. - 1
Разом 850,1
3. Армування конструкції
3р. - 2,
лужно-стійкою скляною штукатур 449,5
2р. - 1
сіткою
Разом 449,5
4. Влаштування 3р. - 1,
маляр 245
декоративно-захисного 2р. - 1
шару штукатур 3р. - 1 126
Разом 371
5. Інші роботи робочий 3 220
Разом всього 2857
СФС 1. Установка кронштейнів 3р. - 1,
монтажник 432
1— ригель 2р. - 1
2— стійка 2. Монтаж стелажів і 4р. - 1, 3р.
монтажник 420
3— термоміст кріплення до кронштейнів - 1, 2р. - 1
4— склопакет 3р. - 1, 2р.
3. Монтаж ригелей монтажник 380
5— ущільнювач - 1
4. З'єднання стійки монтажник 2р. - 1 75
117
6 — прижимна планка 4р. - 1,
5. Монтаж заповненням,
7 — декоративна кришка монтажник 3р. -1, 1566
герметизація швів
8 — ущільнювач фальца 2р. - 2
склопакету Разом всього: 2873
НВФ 1. Розмітка металевого 2р. - 1,
монтажник 15,1
1 — несуча стіна каркаса 1р. -1
2 — теплоізоляція 2. Установка
3р. - 1,
3 — гідро- и пароізоляція направляючих и монтажник 162
2р. - 1
4 — підсистема кронштейнів
5 — облицювальна панель 3. Монтаж
термоізолір 3р. - 1,
теплоізоляційного та 30,2
овщик 2р. - 2
вітрозахисного шару
4. Установка направлячих,
віконних відкосов та монтажник 2р. - 1 15,5
отливів
5. Монтаж облицювальних 3р. - 1,
лицювальник 840
панелей 2р. - 1
Разом всього: 1062,8
СФТК – системи фасадні теплоізоляційні композиційні, СФС – світлопрозорі
фасадні системи, НВФ – навісні вентильовані фасади. Розрахунок трудовитрат
2
виконано на 1000 м .
118
4.3. Практичні рекомендації та перспективи подальшого підвищення
ефективності високошвидкісних енергоефективних будівельних систем
УВБС
На підставі сукупних статистичних даних показників будівельних систем,
розроблених способів і методів удосконалення повно-збірних будівель з
модульних систем запропоновані практичні рекомендації щодо подальшого
вдосконалення [93,97]. У табл. 4.13 виділено перспективні параметри
розробленої системи будівництва, що відповідає прогнозу до 2045 р.
При прогнозі розвитку високошвидкісного зведення будівель з УВБС
використовувалися різні методи прогнозу: з використанням чітких кількісних
критеріїв питомих витрат (наприклад по відношенню до одиниці площі або
обсягу), теорія вирішення винахідливих завдань у частині законів розвитку
технічних систем, способів підвищення ідеальності систем, графіків зростання
функцій та зниження витрат та ін.
Таблиця 4.10 Багатоваріантний прогноз розвитку нової повнозбірної системи
УВБС
Реальнйи час 2021
Параметр г. Прогноз до 2035 г. Прогноз до 2045 г.
1. Раціональне зміни
Утеплювач Мінвата Мінвата Склопакети
Зовнішня об- Сендвіч-
Сендвіч-панелі Склопакети СклопластикС клопакети
шивка панелі
Внутрішня
ЦСП ЦСП Скловолокно Скловолокно Засклення
обшивка
Отделка
Під ключ Під ключ Чистова Деревопластик Дерево
приміщень
Сендвіч- Інтегровані генеруючі
Покрівля Сендвіч-панелі Склопакети
панелі системи
119
Параметр Сучасний 2020 г. Прогноз до 2035 г. Прогноз до 2045 г.
Каркас пере- Стале- Деревопла- Скло-
Стале-залізобетон
криття залізобетон стик пластик
Стале-
Каркас стін Стале-залізобетон Композит
залізобетон
Рами Сталь Сталь Сплави Композит
1500
Вага модулів, кг 7600 4400-3000 3000-1500
1100
Вбудовані-
Сеті інженерні Вбудовані -пасивні Вбудовані -активні
енергоефективні
Шип-гніздові,
Тип з’єднань Електромагнітні Зрощувані
болтові
Нові технологіїЕ нергозбереження Енергоакумулюючі Біоадаптація
Транселементи Поворотні Поворотні Телескопічні
2. Результати змін
Трудомісткістьмо
10 10-7 7-5 1-2
нтажу, чол.- дн.
Термін
нормативної 80-100 80-100 100-150 150-200
роботи, лет
Огнестійкість II-IV II-IV I-III I I
Поверховість 9 25 35 35 100
Много-
10 10 10 10
Оборотність, раз кратно
Бригада, чол. 2 2 3 Автоматика Робот
Заводська го-
99 99 99 99 100
товність, %
Призначення Офісне Універсальне Житлове
120
Розвиток розробленої системи УВБС повнозбірного будівництва: а) у межах
короткострокового прогнозу; б) у середньостроковому прогнозі (≤15 років); в) у
межах довгострокового прогнозу (≤25 років) — комплексна зміна розробленого
варіанта модульної системи повнозбірної будівлі, що забезпечує ще більш
високошвидкісний монтаж, нові, пасивні та активні енергозберігаючі технології,
екологічно чисті технології.
Висновки за розділом 4
1. Дослідження нормативно-технологічного забезпечення процесу монтажу
виявило, що застосування високотехнологічних будівельних систем модульних
2
каркасів знижує трудомісткість робіт із встановлення до 0,05 чол.-год на 1 м
площі, витрати ручного часу монтажу більш ніж у 13,56 разів, знижує
трудомісткість монтажу від 40,9 до 140,4 рази.
2. Обґрунтування застосування технологічності будівельної системи
УВБС виявляє зниження трудомісткості від 21,4 до 133,3 % і продуктивності
монтажу на 44 %, застосування пропонованих конічних самофіксованих з'єднань
з напрямними знижує трудомісткість монтажу на 21,4 %. Вартість укрупнення
матриць УВБС на заводі нижче, ніж під час монтажу на 28,3%, основний
заробітної плати на 5,7% тощо.
3. На підставі сукупних літературних даних показників будівельних систем
та попередніх обґрунтованих способів та методів удосконалення повно-збірних
будівель з модульних систем запропоновано практичні рекомендації щодо
подальшого вдосконалення розробленої технології зведення збірних будівель з
модульних каркасів, що відповідає прогнозу до 2045 року.
121
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1. Аналіз конструктивно-технологічних систем показав, що будівлі
модульного типу служать лише 10–15 років, стаціонарні будівлі трохи більше
50–60 років. Показники термінів зведення - 2-10 днів, трудомісткості монтажу -
2 2
0,1-0,94 чол.-год/м , трудомісткості зведення будівлі - 0,27-2,4 чол.-год/м ,
збільшення корисного обсягу - в 2 ,7-10 разів.
2. Капітальні повнозбірні будинки мають гарантований термін служби 100
років і більше. На жаль, жодна з використовуваних вітчизняних систем в
структурах МЧС, МВС, Міністерстві оборони та зарубіжних систем монтажу, що
відповідає вимогам щодо сучасних капітальних будівель. Велика трудомісткість
виготовлення різноманітних елементів; значний обсяг ручної праці; низькі
терміни будівництва та рівень механізації не відповідають цілям та сучасним
вимогам щодо сучасних трендів будівельної галузі.
3. Аналіз продуктивності праці дозволяє встановити більш високу
чутливість БМР з «мокрими» та зварювальними процесами щодо інших робіт.
Таким чином, підвищення продуктивності неможливе без розробки нових
високотехнологічних рішень, що у всіх розглянутих роботах виходило за межі
дослідження.
4. Апробовано технологічні рішення високотехнологічних, пасивних та
адаптивних (роботизованих) будівельних систем з урахуванням комплексного
підходу від виробничої лінії до модернізації та демонтажу будівель. Ставиться
завдання мінімізувати одночасно показники тривалості, трудовитрат і
енерговитрат, при цьому максимізувати комплексні показники технологічності
та енергоефективності, що на практиці може виявитися неможливим, для чого
розроблена інформаційно-технологічна модель.
5. Обґрунтовані високотехнологічні елементи: трубобетонні і
сталезалізобетонні колони заводського виготовлення, переднапружені монтажні
пружини, матриця-перекриття, сходи, колона, стіна тощо, які призначені для
високошвидкісного монтажу будівель. Дослідження дозволили виявити
122
зниження витрати сталі в сталезалізобетонних колонах в середньому на 62%
порівняно з металевими, бетону - на 65% по відношенню до ЗБК.
6. Обґрунтовано універсальну високотехнологічну будівельну систему
3
(УВБС). Параметри системи: обсяг при транспортуванні 26,76 м , будівельний
3
об'єм 81 м , габаритні розміри 3000×9000 мм, маса елементів 3,0–7,5 т, кут
трансформування елементів ±45…90°, час монтажу матриці-перекриття 0,2 год.
УВБС дозволяє досягати мети зниження трудомісткості монтажу та зменшення
тривалості будівництва, таких як роботизація монтажу та демонтажу;
високошвидкісне будівництво; укомплектування технологічним та інженерним
енергоефективним обладнанням, дублювання запасними системами; пасивні
системи монтажу та контролю точності.
7. Обґрунтовано структурну організацію адаптивного (роботизованого)
складання системи УВБС, час виконання монтажних операцій від 2,1 до 2,6
хв./модуль, в основу покладено принцип синхронного виконання операцій. З
циклічного монтажний процес перетворюється на конвеєрний при безперервній
подачі модулів УВБС. Параметри роботизованих систем: швидкість підйому 2
м/с, вантажопідйомність 3×10 т, кут повороту платформи ±90°, кут повороту
жорсткої траверси ±360°, виліт 15 м. Наявність трьох телескопічних монтажних
платформ сприяє підвищенню продуктивності, скорочуючи час монтажу в 6
разів.з напрямними знижує трудомісткість монтажу на 21,4 %. Вартість
укрупнення матриць УВБС на заводі нижче, ніж під час монтажу на 28,3%,
основний заробітної плати на 5,7% тощо.
8. На підставі сукупних літературних даних показників будівельних систем
та попередніх обґрунтованих способів та методів удосконалення повно-збірних
будівель з модульних систем запропоновано практичні рекомендації щодо
подальшого вдосконалення розробленої технології зведення збірних будівель з
модульних каркасів, що відповідає прогнозу до 2045 року.
123
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Adam, M. Modulare Raumsysteme als moderne Form des Bauens / Michael
Adam. – Berlin, 2001. – 54 s.
2. Bergmann, J. Container Atlas. Handbuch der Container Architektur / J.
Bergmann, H. Slawik, M. Buchmeier. – Frankfurt-am-Main: Gestalten Verlag, 2010. –
256 p.
3. Blomberg, K. Distinct Ambiguity Graft / K. Blomberg. – Frankfurt-am-Main:
Gestalten Verlag, 2009. – 208 p.
4. Bollen, K. A. Structural equations with latent variables/ K. A. Bollen. - York.
New: John Wiley & Sons, 2014.
5. CN102444206, Inter-connectably assembled pre-fabricated modular building,
HUANG XU-HUA, E04B-001/343; E04H-001/04, 05.09.2012.
6. ES2369947, Modular construction system, ELIPE MAICAS JOSÉ CARLOS,
E04B001/348,12.09.2011.
7. Fudge, J. Prefabricated modular concrete construction / J. Fudge, S. Brown //
Building engineer. – 2011. – № 86(6). – P. 20–21.
8. Good Design Award. – URL: http://www.g-
mark.org/award/describe/41485?locale+en (date of issue: 27.11.2018).
9. Halfen. – URL: https://www.halfen.com/ru/ (date of issue: 03.10.2018).
10. Hong-Minh, S. M. Construction supply chain trend analysis / S. M.
Hong-Minh, R. Barker, M. M. Naim // Seventh Annual Conference of the International
Group for Lean Construction (IGLC-7). - Berkeley, 1999.
11. Nadim, W. Offsite production in the UK: The Way forward? A UK
construction industry perspective / W. Nadim, J. S. Goulding // Construction
Innovation: Information, Process, Management. – 2010. – № 10(2). – P. 181–202.
12. Staib, G. Components and systems: Modular construction: Design,
structure, new technologies / G. Staib, A. Dörrhöfer, M. Rosenthal // Institutfür
international ArchitekturDokumentation. – München, 2008. – 34 p.
124
13. Bergmann, J. Container Atlas. Handbuch der Container Architektur / J.
Bergmann, H. Slawik, M. Buchmeier. – Frankfurt-am-Main: Gestalten Verlag, 2010. –
256 p.
14. Blomberg, K. Distinct Ambiguity Graft / K. Blomberg. – Frankfurt-
am-Main: Gestalten Verlag, 2009. – 208 p.
15. Fudge, J. Prefabricated modular concrete construction / J. Fudge, S.
Brown // Building engineer. – 2011. – № 86(6). – P. 20–21.
16. WO2012120162, Modular construction, AMOR CABADO
GUSTAVO, E04B-001/24; E04B-001/343; E04B-001/58; E04B-002/58, 09.13.2012.
17. WO201522444, Modular building system, PEDRAZA PARIS, José
Francisco E04B001/348, 02.19.2015.
18. Hybrid beam-to-column connections for precast concrete frames/
Ahmad Baharuddin Abd. Rahman, D. Chan P. Leong, A. Aziz Saim. – URL:
https://ru.scribd.com/document/98078967/AhmadBaharuddinAbd20106-
Hybridbeamtocolumnconnections (date of issue:: 21.12.2018).
19. Akintoye, A. Just-in-time application and implementation for building
material management, Journal of Construction Management Eco/ A. Akintoye. - 1995.
– № 16. - PP. 131–137.
20. Maes, A. Analysis of dry connection for precast concrete low-rise
building, 2015 / Alexander Maes (date of issue:: 23.12.2018).
21. Dauer, J. Multi-criteria and Goal Programming / J. Dauer, Y. Н. Liu;
editor T. Gal and H. J. Greenberg // Advances in Sensitivity Analysis and Parametric
Programming. – Boston: Kluwer Academic Publishers, 1997.
22. Precast Concrete Market Size, Share & Trends Analysis Report by
Product Type (Structural, Architectural, Transportation, Water & Waste Handling), by
End Use, by Region, And Segment Forecasts, 2018 – 2025. - URL:
https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/precast-concrete-market (date
of issue: 06.09.2018).
23. Prefabricated housing market in Central and Northern Europe. –
Overview of market trends and development: Roland Berger, 2017.
125
24. Taylor D. Construction supply chain improvements through internet
pooled procurement/ D. Taylor, H. Bjornsson //IGLC-6 Conference. - Berkeley, 1999.
25. Tommelein, I. JIT concrete delivery: mapping alternatives for vertical
supply chain integration / I.Tommelein, A. En Yi //IGLC-7 Conference. - Berkeley,
1999.
26. US8499504, Prefabricated building and method for constructing a
building, SHERBAKOV DENNIS; BLIUM LEV, E04B-001/348; E04H-001/00,
08.06.2013.
27. Wet vs. Dry techniques in connecting piecewise precast reinforced
concrete beamcolumn elements in moment resisting frames. Salah El-Din Taher1/
Аhmed Аtta, Alaa ElDin Sharkawi.
28. ДСТУ-Н Б В.1.1-27:2010 Будівельна кліматологія
29. НПАОП 45.2-1.01-98 Правила обстежень, оцінки технічного стану
та паспортизації виробничих будівель і споруд
30. ДБН В.2.6-198:2014 Сталеві конструкції. Норми проектування. -
К.: Держбуд, 2014. - 120 c
31. ДБН В.1.2-2:2006 Навантаження і впливи. Норми проектування.
К.: Держбуд, 2006. - 46 c.
32. ДБН В.2.1-10:2018 Основи і фундаменти будівель та споруд.
К.: Держбуд, 2018. - 81 c
33. ДСТУ б в.2.6-193:2013 Захист металевих конструкцій від корозії.
К.: Держбуд, 2013. - 51 c
34. ДБН В.2.2-41:2019 Висотні будівлі. Основні положення.
К.: Держбуд, 2019. - 45 c
35. ДБН А.3.1-5:2016 Організація будівельного виробництва.
К.: Держбуд, 2016. - 120 c
36. ДБН В.2.6-31:2016 Теплова ізоляція будівель К.: Держбуд, 2016. -
56 c.
126
37. Badjin, G. М. Improving the technology of construction of
prefabricated buildings in the North / G. М. Badjin, S. A. Sychev // News of Science
and Education. – 2014. – № 13. – PP. 86–94.
38. Anderson, M. Prefab prototypes: Site-specific design for offsite
construction/ M. An-derson, P. Anderson. – New York: Princeton Architectural Press,
2007. – 123 p.
39. Aninthaneni, P. K. Seismic performance of subassembly of a
demountable precast con-crete frame building / P. K. Aninthaneni, R. P. Dhakal, J.
Marshall //Tenth Pacific Confer-ence on Earthquake Engineering Building an
Earthquake-Resilient Pacific. - 6-8 November, 2015.
40. Salah El-Din, Taher. Wet vs. Dry techniques in connecting piecewise
precast rein-forced concrete beam-column elements in moment resisting frames /
Taher Salah El-Din, Аhmed Аtta, Alaa El-Din Sharkaw. – URL:
https://www.researchgate.net/profile/Salah_Taher/publication (date of issue:
11.12.2018).
41. Selim, Pul. A Bolted Moment Connection Model for Precast Column-
Beam Joint / Pul Selim, Şentürk Mehmet – Trabzon, 2017.
42. ДСТУ Б А.3.1-22:2013 Определение продолжительности
строительства объектов
127