BUILDINGS MADE OF VOLUME MODULES FOR REGIONS AFFECTED BY NATURAL DISASTERS

Research article
DOI:
https://doi.org/10.18454/mca.2023.42.2
Issue: № 11 (42), 2023
Suggested:
12.10.2023
Accepted:
25.10.2023
Published:
21.11.2023
505
10
XML
PDF

Abstract

The authors of the article analyse the state of the housing stock in different regions of the Russian Federation exposed to natural disasters. It is shown that in these regions the most promising is the construction of buildings based on modules. The possibility of using different building materials in the construction of modular buildings in different climatic conditions is analysed. The typology of modules, which can be used to form the planning structures of residential buildings with the development of a special multifaceted module structure, is presented. Volumetric-spatial and planning solutions of buildings of different storeys using CLT-panels on the basis of barrel structural system are developed. A visual range of buildings based on the proposed typology of modules was formed.

1. Введение

В последнее время в различных регионах земного шара с определенной регулярностью возникают чрезвычайные ситуации различного характера, в том числе на территории РФ.

Если сравнивать данные, представленные в работе

, по двум временным промежуткам, то можно увидеть возрастание числа природных катаклизмов примерно в два раза, и согласно последним данным материалов гидрометеорологической службы, их количество будет продолжать расти. Так как зачастую катаклизмы приводят к масштабным разрушениям как отдельных зданий, так и целых населенных пунктов, то встает вопрос об обеспечении пострадавшего населения необходимым количеством комфортного и качественного жилья в самые короткие сроки
.

При этом необходимо учитывать следующие факторы, которые определяют и влияют на выход из сложившейся ситуации при создании нового жилищного фонда

,
,
: мобильность зданий, короткие сроки транспортировки структурных элементов, скорость возведения зданий вне зависимости от времени года, безопасность материалов, экологичность материала, комфортность зданий, минимальный срок службы (не менее 10 лет), сохранность прочностных и эксплуатационных характеристик независимо от их постоянного перемещения и др.

В настоящее время в мире сложился определенный опыт использования модульных технологий, которые являются альтернативными традиционным методам строительства. Модульные конструкции могут широко использоваться как для возведения малоэтажных, так и многоэтажных жилых зданий. Они могут стать средством обеспечения столь необходимого и доступного жилья как в условиях нового строительства, так и для решения проблем ветхого и аварийного жилья в разных климатических районах, что особенно актуально для многих регионов Российской Федерации.

Так, например, по данным   исследования, проведенного аналитической службой  компании «ФинЭкспертиза»

, доля ветхого и аварийного жилья в России составляет около 2,5% от общего объема недвижимости. В некоторых регионах РФ (Якутия, Тыва, Дагестан и др.) процент непригодного жилья составляет более 15%. Относящаяся к I климатическому району РФ Республика Саха в 2017 году имела около 16,5% доли ветхого и аварийного жилья.

Расположенная во II климатическом районе Республика Марий Эл среди всех регионов РФ  находится на 20 (из 87) месте по максимальному количеству ветхого и аварийного жилья

. Однако в данном регионе велик риск возникновения чрезвычайных ситуаций, вызванных большим количеством осадков, наличием химической промышленности и др. По данным МЧС России
, существует риск возникновения циклических чрезвычайных ситуаций на территории республики: техногенные пожары (вероятность – 0,3); чрезвычайные ситуации, обусловленные возникновением техногенных пожаров (вероятность – 0,9); аварии на инженерных сетях (вероятность – 0,2). Административным центром республики Марий Эл является город Йошкар-Ола, на территории которого находятся  более 20 производств, взаимодействующих с химическими  веществами
.

Архангельская область входит в 10 регионов с максимальной долей ветхого и аварийного жилья

. Она является ярким примером нецентрального региона России, находясь на Севере Европейской части РФ, тем самым это обуславливает ее выгодное  экономико-географическое положение (например, наличие более 25 месторождений полезных ископаемых)
, что говорит об инвестиционной привлекательности экономики региона
.  Однако в области наблюдается продолжительное сокращение численности. Это связано с целым рядом факторов, в числе которых неблагоприятные условия жизни (суровые климатические условия и низкий уровень развития жилищного коммунального хозяйства)
.

Краснодарский край расположен на юго-западе страны. Его относят к регионам с очень низким процентом ветхого и аварийного жилья

. Однако на основании проводимых исследований ЧС природного и техногенного характера можно сделать вывод о том, что в среднем каждый год в крае происходит более 10 катаклизмов техногенного характера и более 5 – природного характера. Статистический анализ данных, представленных в работе
, говорит о стабильности возникновений ЧС на территории данного региона. Для  Краснодарского края характерны сильные дожди, снегопады, град, землетрясения, напор льдов, оползни, сели, обвалы, осыпи, бури, ураганы, смерчи. Он входит в число регионов с повышенным уровнем возникновения стихийных бедствий
.

Решением всех озвученных выше проблем во всех перечисленных регионах может стать использование объемно-модульных зданий. В то же время, несмотря на то, что модульные методы строительства демонстрируют большой потенциал, темпы внедрения данной технологии в строительной отрасли все еще остаются низкими

. Отсутствие типовых проектов, возведение которых предполагает применение модульной технологии, не позволяет ускорить процесс разработки документации на строительство, соответственно, исключая возможность увеличения темпов строительства.

В этой связи разработка разных типов объемно-модульного жилья позволит:

– обеспечить населения доступным и быстровозводимым жильем;

– корректировать типовой проект в соответствии с различными климатическими условиями;

– регулировать этажность и вместимость зданий на основе разработанных готовых модулей;

– использовать унифицированные элементы, которые являются взаимозаменяемыми, что позволит увеличить срок эксплуатации здания. Выведение модульных технологий на передний план современного строительного рынка является необходимым эволюционным шагом на пути к энергетической независимости и процветанию в строительной отрасли.

Кроме того, модульный принцип хорошо вписывается в освоение BIM-технологий, так как позволяет запроектировать и рассчитать каждый модуль один раз, после чего смоделированный цифровой двойник пополняет библиотеку элементов в программном комплексе и может использоваться в дальнейшем как типовой. Это способствует минимизации ошибок, уменьшает трудозатраты.

2. Методы и принципы исследования

Для проведения заявленного исследования была разработана программа, в которой приведена последовательность выполнения исследования.

На первом этапе было выполнено предварительное исследование с анализом затрагиваемой проблематики и выполнены разработки объемно-планировочных решений с учетом уже существующих типологий модульных блоков, показаны варианты конструктивного решения модулей разновысотного трехсекционного здания и проанализированы перспективы применения BIM-технологий в процессе проектировании. Результаты этого этапа исследования были представлены на международной научно-практической конференции «Инновационные процессы в условиях глобализации мировой экономики: проблемы, тенденции, перспективы» (Анталия, Турция)

.

Второй этап включает в себя выбор различных регионов, для которых были разработаны предпроектные решения и приведено обоснование предполагаемого строительного материала конструкций модулей.

Третий этап – проработка объемно-планировочных и конструктивных решений на основе разработанной унифицированной типологии модулей для жилых зданий различной этажности.

3. Основная часть

Как уже отмечалось ранее, происходящие стихийные бедствия ставят перед государством первостепенные задачи, среди которых на первое место выходит проблема обеспечения пострадавших жильем и необходимыми объектами инфраструктуры. Решением данной задачи могут стать быстровозводимые здания. При этом необходимо учитывать климатические особенности районов их возведения (температурный, ветровой, влажностный, снеговой режимы и т.д.).

В России выделяют 4 условные климатические зоны в соответствии с СП 131.13330

. В зависимости от региона проектирования готовые здания будут отличаться толщиной и составом наружных стен, а так же других ограждающих конструкций, устройством входной группы, способом отведения влаги с кровли. Подобные различия затрудняют типовое строительство, поэтому предполагается учесть климатические особенности каждой зоны РФ, а так же принять во внимание такие факторы, как доля ветхого и аварийного жилья, вероятность возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характеров, для того, чтобы проектируемые здания могли возводиться вне зависимости от условий, там, где они необходимы. 

Учитывая все это, ниже на рисунках 1 и 2 представлены регионы и города РФ, выбранные в качестве объектов исследования.
Схема расположения регионов на карте РФ

Рисунок 1 - Схема расположения регионов на карте РФ

Карта климатического районирования с городами, выбранными для проведения исследования

Рисунок 2 - Карта климатического районирования с городами, выбранными для проведения исследования

Для каждого города характерна застройка разной этажности, что было учтено проектом. Участки, предполагаемые под застройку, представлены на рисунках 3-6.
Ситуационный план (Якутск)

Рисунок 3 - Ситуационный план (Якутск)

Ситуационный план (Йошкар-Ола)

Рисунок 4 - Ситуационный план (Йошкар-Ола)

Ситуационный план (Мезень)

Рисунок 5 - Ситуационный план (Мезень)

Ситуационный план (Новороссийск)

Рисунок 6 - Ситуационный план (Новороссийск)

Строительство жилых зданий в различных городах должно соответствовать разным архитектурным требованиям. Необходимо, чтобы здание вписывалось в городскую застройку. Поэтому типология зданий, разработана на основе  ствольной конструктивной системы. Спроектированы здания с различным количеством секций (односекционные и многосекционные), разной этажности (малоэтажные, средней этажности, многоэтажные). Возведение зданий осуществляется по объемно-модульной технологии.

Проектирование зданий предполагается в различных климатических зонах (с различным температурным режимом). В соответствии с работой

железо вследствие понижения температур становится хрупким при ударе, а также увеличивается скорость деформации. Данное свойство делает металл недопустимым к применению при возведении зданий в различных климатических условиях, а также, если есть вероятность возникновения чрезвычайных ситуаций.

В связи с этим в качестве основного материала конструкций рассматривалась древесина, как материал наиболее распространенный, что делает его применимым в любых природных условиях. Благодаря физико-механическим свойствам данного материала представляется возможным сравнивать его прочностные характеристики с характеристиками бетона

, что позволяет применять его в условиях возникновения чрезвычайных ситуаций.

В связи с этим основным строительным материалом выбраны  многослойные деревянные панели из ели и сосны, каждый следующий слой которых приклеен перпендикулярно предыдущему (CLT-панели). Панели позволяют собирать модуль прямо на строительной площадке, что значительно упростит и удешевит их транспортировку.

Технология «CROSS LAMINATED TIMBER» («ПОПЕРЕЧНЫЙ КЛЕЕНЫЙ БРУС») представляет собой монолитную клееную конструкцию из деревянных ламелей (ель, сосна), склеенных между собой в перпендикулярном направлении и уложенных послойно (рис. 7). Перекрестное расположение слоев обеспечивает высокую несущую способность, отсутствие внутренних напряжений/деформаций, сопротивляемость сжатию и растяжению. Сформированные таким образом деревянные плиты могут быть использованы для строительства жилых и нежилых строений.
CLT-панель

Рисунок 7 - CLT-панель

Примечание: по [19]

Характеристики панелей взяты по данным производителя
. Данный материал возможно применять при строительстве несущих и ограждающих элементов стен, перекрытий, крыш. Панель состоит из 3-11 слоев, что составляет 60-360 мм, ширина не превышает 3,5 м, длина не более 16,5 м.

Возведение зданий, предлагаемых в проекте, рассчитано на объемно-модульную технологию.

Модуль представляет собой 3D-элемент, состоящий из панелей, образующих наружные стены, пол и потолок.

В зданиях используются 5 видов модулей:

- модуль, представляющий собой ствол здания, с лифтом (рис. 8);
Объемная модель модуля, представляющего собой ствол здания с лифтом

Рисунок 8 - Объемная модель модуля, представляющего собой ствол здания с лифтом

- модуль, представляющий собой ствол здания, без лифта (рис. 9);
Объемная модель модуля, представляющего собой ствол здания без лифта (с помещением для консьержа)

Рисунок 9 - Объемная модель модуля, представляющего собой ствол здания без лифта (с помещением для консьержа)

- модуль, образующий коридор (рис. 10);
Объемная модель модуля, образующего коридор

Рисунок 10 - Объемная модель модуля, образующего коридор

- модуль, являющийся квартирой 1 типа (рис. 11);
Объемная модель жилого модуль 1 типа

Рисунок 11 - Объемная модель жилого модуль 1 типа

- модуль, являющийся квартирой 2 типа (рис. 12).
Объемная модель жилого модуль 2 типа

Рисунок 12 - Объемная модель жилого модуль 2 типа

Проектом предусмотрена разработка ствольных зданий разной этажности (малоэтажные (от 1 до 2 этажей), средне-этажные (3-5 этажей), многоэтажные (от 6 до 16 этажей)), состоящих из одной или нескольких секций. В основу здания положены два вида жилых модулей. Первый вид состоит из одной шестиугольной секции, второй – из двух.
1 вид имеет форму правильного шестиугольника (рис. 13). Размер в осях равен 7600 мм. Высота этажа – 3,3 м, высота помещения – 3,0 м. В квартире 2 жилые комнаты и 3 подсобных помещения (рис. 14, табл. 1). Квартира рассчитана на проживание 3-4 человек.
Квартира 1 типа

Рисунок 13 - Квартира 1 типа

Квартира 1 типа

Рисунок 14 - Квартира 1 типа

Примечание: (а) – в плане, (б)  – в объеме

Таблица 1 - Объемно-планировочные показатели помещений первого этажа

№ помещения

Наименование

Площадь, м2

1

Прихожая

4,35

2

С/У

4,77

3/4

Совмещенные кухня и гостиная

21, 86

5

Спальня

9,45

6

Гардероб

3,53

2 вид квартиры имеет форму двух правильных шестиугольников, сращенных между собой (рис. 15). Размер в осях равен 15 500 мм. Высота этажа – 3,3 м, высота помещения – 3,0 м. В квартире 3 жилые комнаты и 6 подсобных помещения (рис. 16, табл. 2). Квартира рассчитана на проживание 5-6 человек.
Квартира 2 типа

Рисунок 15 - Квартира 2 типа

Квартира 2 типа

Рисунок 16 - Квартира 2 типа

Примечание: (а) – в плане, (б) – в объеме

Таблица 2 - Объемно-планировочные показатели помещений первого этажа

№ помещения

Наименование

Площадь, м2

1

Прихожая

11,16

2

Гостиная

22,66

3

Кухня

11,24

4

Коридор

5, 38

5

Туалет

1,71

6

Ванная комната

3,73

7

Спальня

19,48

8

Гардероб

3,02

9

Спальня

9,82

10

Гардероб

1,20

На основе проведенных исследований и выполнении предпроектных проработок спроектированы здания, объемные модели которых представлены на рисунках 17-22.

Объемная модель односекционного малоэтажного здания

Рисунок 17 - Объемная модель односекционного малоэтажного здания

Объемная модель односекционного здания средней этажности

Рисунок 18 - Объемная модель односекционного здания средней этажности

Объемная модель односекционного многоэтажного здания

Рисунок 19 - Объемная модель односекционного многоэтажного здания

Объемная модель двухсекционного малоэтажного здания

Рисунок 20 - Объемная модель двухсекционного малоэтажного здания

Объемная модель двухсекционного здания средней этажности

Рисунок 21 - Объемная модель двухсекционного здания средней этажности

Объемная модель многосекционного многоэтажного здания

Рисунок 22 - Объемная модель многосекционного многоэтажного здания

4. Заключение

В последнее время в строительстве получают распространения модульные здания как объекты, которые могут возводиться в местах, пострадавших от стихийных бедствий, в суровых климатических условиях (заполярного круга либо крайнего севера), благодаря возможности быстро собрать их на строительной площадке из готовых элементов.

Выполненный анализ приведенных территорий Российской Федерации показывает, что более 15% от общего количества жилья составляет доля ветхого и аварийного жилья. Кроме того, большинство регионов РФ  подвержены возникновению чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характеров.

Разработана типология унифицированных модулей для жилых зданий различной этажности и на их основе проработаны объемно-планировочные и конструктивные решения.

Выполненная работа может быть положена в основу разработки рабочих проектов предложенных зданий для регионов с особыми природными условиями и районов, пострадавших от стихийных бедствий.

Article metrics

Views:505
Downloads:10
Views
Total:
Views:505