Модулни конструкции

Модулните конструкции намират широко приложение в ниското строителство, в изграждането на офис помещения, домове, търговски обекти. Последните години обаче се наблюдава тенденцията с модулни конструкции да се изграждат все по-високи сгради, дори многоетажни. В статията ще разкажем за конструктивните особености на модулните конструкции, ще направим обзор на развитието им през годините, ще се спрем на предимствата, произтичащи от строителството с модули, и ще разгледаме някои интересни примери от наши дни.

Текст: списание Строители

Модулното строителство е често прилаган строителен процес, при който голяма част от строителните елементи се изграждат извън строителната площадка, в производствена база, впоследствие биват транспортирани и сглобени на строителния обект. Отделните сглобяеми единици могат да бъдат както по-малки строителни елементи, така и по-големи, като стени, подове, фасадни елементи и цял обемен модул - стая. Тоест, когато говорим за модулни конструкции, е добре да ги разглеждаме в два аспекта. В единия случай са модулни конструкции на база на отделни конструктивни елементи, изготвени в заводски условия. Конструктивни елементи като рамки, колони, греди, подови и стенни панели. В другия случай става въпрос за модулни конструкции на база 3D елементи - конструктивни блокове, снабдени с необходимите инсталации. В статията ще наблегнем на втория вид, тъй като първият вид модулни конструкции по-скоро се доближава до технологията на сглобяемите конструкции.

Важно е да се подчертае, че модулното строителство не отстъпва по здравина и устойчивост на конвенционалните строителни методи, като монолитното строителство например. При изработването на строителните модули се използват същите материали, както и при традиционните строителни технологии. Конструкциите се проектират да отговарят на действащите стандарти. По принцип сглобяемите елементи могат да бъдат персонализирани за конкретния проект. Но най-честата практика е модулната конструкция да е от са стандартизирани (типови) модули. Тук трябва да направим уточнението, че модулната конструкция е различна от сглобяемата, макар и при двата процеса конструктивните елементи да се изготвят в заводски условия. Сглобяемата конструкция се състои от от отделни елементи, произведени в завод преди изграждането на терен, където се сглобяват в проектната конструкция.

Модулната конструкция се състои от някакъв вид рамка или структура, съставена от по-малки единици - модули, изработени извън строителната площадка. Модулите варират по размер и сложност, като може един модул да е една стая от жилище или дори един модел да е цял апартамент. Терминът модул в този контекст не се отнася до отделни елементи, като единични стени, врати или прозорци, а по-скоро до самостоятелно затворени жилищни помещения. Модулните конструкции могат да бъдат систематизирани и според възможностите за последващо разглобяване и преместване. Най-общо те могат да бъдат преместваеми модулни конструкции и постоянни модулни конструкции.

Преместваемите сгради са проектирани така, че да се използват повторно или да се преустройват многократно и да се транспортират до различни строителни площадки. Те се използват за училища, офиси на строителни площадки, медицински сгради, търговски центрове и във всяко приложение, където преместваемата сграда може да задоволи временна нужда от пространство за някаква дейност. Тези сгради са от съществено значение в случаите, когато са необходими бързина, временно пространство и възможност за преместване.

Особености и развитие на модулното строителство

Докато сглобяемите конструкции имат дълга история, то модулната архитектура е сравнително по-ново явление. За първите модулни жилищни схеми се определя експериментът на Buckminster Fuller, чийто къщи, наречени Dymaxion House, се предлагат през 20-те и 30-те години на миналия век с усъвършенствани модули. Едно от най-съществените предимства на строителството с модули е бързината на изграждане на конструкцията на строителната площадка.за баня. Подобни модули на Фулър са били използвани през Втората световна война от американската армия, но така или иначе идеята му не претърпява развитие през годините поради липса на финансиране.

Първата успешна конструкция от модули се реализира едва през 1933 г. - Winslow Ames House.  В тази иновативна къща е използван и нов вид довършителен материал, наречен camesto. Представлява панелна плоскост, изработена частично от захарна тръстика и патентована от John B. Pierce Foundation. Къщата Winslow Ames се състои от няколко модула, всеки от които е отделно помещение, прикрепени към сервизно ядро, към което са включени всички сградни системи за водоподаване към банята, кухнята и отоплителната система. След войната концепцията за модулно строителство набира популярност, в отговор на нарастващото търсене на жилища от завърналите се от фронта. Има нужда от бързо изграждане на нови домове, за да се настанят разширяващите се семейства. За пореден път модулната конструкция обслужва тези нужди поради своята ефективност, намалени разходи и бърза конструкция.

Днес много от тези жилища все още се използват. През 50-те години на миналия век модулната концепция има своето развитие благодарение на работата на дизайнера Джордж Нелсън, който представя иновативен експериментален проект на модулна къща. Характерно за неговата работа е, че той оставя видими модулите, без да се стреми да прикрива модулната конструкция. Концепцията за модулност достига завидно ниво на сложност през 1964 г. с Plug In City - мегамащабна модулна концепция от британския експериментален архитектурен колектив Archigram. Въпреки че никога не е бил построен, Plug-In-City поставя изключително иновтивен за времето си увлекателен нов подход към урбанизма, обърнал традиционното схващане за ролята на инфраструктурата в града.

Може би най-голямото постижение на този период на модулното експериментиране е сглобяемата модулна мегаструктура от Моше Сафди, Хабитат 67, построена за изложението през 1967 г. в Монреал. Хабитат 67 e 12 етажна постройка, състояща се от 354 еднакви сглобяеми бетонни апартамента, подредени в различни комбинации. Проектът се фокусира върху интегрирането на светлина, чист въздух и открито пространство в контекста на прототип на гъста градска общност. Подобни модулни концепции имат своите привърженици и последователи и в Япония, откъдето е следващият пример - кулата Nagakin Capsule на Киша Курокава, от 1972 г.

Кулата се състои от 140 самостоятелни сглобяеми капсули, снабдени с бани и най-необходимо оборудване за живеене. Малките капсули, проектирани да бъдат сменяеми, са с размери само 7,5 х 6,9 х 12 фута - предшественик на днешните все по-популярни микро апартаменти. През 80-те години в Америка се наблюдава тенденция към повишаване на модулното строителство, но проектантите се стремят да разчупят стереотипа, наложен от типизираните и повтаряеми модулни елементи, проектирайки модулни конструкции, които да се доближават до внушението на дома, изграден с конвенционални методи на строителство.

Големият напредък на технологиите през 90-те и 2000-те години вдъхнови ново поколение архитекти да се върнат към концепцията за експериментално модулно жилище. Дигиталните технологии доведоха до иновативни производствени концепции като Klip House, чиито компютърно проектирани модули могат да се свържат заедно като LEGO. През годините модулното строителство демонстрира своя потенциал за положително въздействие върху строителни проекти. Днес сглобяемите модулни конструкции се използват при изграждането на хотели, жилищни сгради, офиси, болници и училища.

Предимства на модулното строителство

Едно от най-съществените предимства на строителството с модули е бързината на изграждане на конструкцията на строителната площадка. Изграждането на модулни сгради става едновременно с работата на обекта, което позволява проектите да бъдат завършени за половината от времето на традиционното строителство. 60 - 90% от строителството е завършено в производственото предприятие, което намалява риска от забавяне на строителството поради влошаване на метеороличната обстановка и забавяне работата на терен. Заради по-бързото строителството сградите започват да се екплоатират по-рано, което е предпоставка за по-бърза възвращаемост на инвестицията. Повишава се ефективността на строителния процес. Модулното строителство е екологично. Фабрично контролираният процес генерира по-малко отпадъци. Същото важи и за процесите по монтаж на строителната площадка. Тъй като модулната структура е завършена по същество във фабрично контролирана среда, използвайки сухи материали, се елиминира потенциалът за задържане на високи нива на влага в новата конструкция.

Още едно предимство, произлизащо от това, че голяма част от процеса се извършва в контролирана заводска среда, е по-малко грешки, които се допускат по време на строителство, както и по-високата степен на безопасност и контрол по време на работа. Модулното строителство е по-леко от монолитното. Натоварването, предавано върху основите, също е по-малко. Да не забравяме и предимството, което имат по-леките конструкции при сеизмични въздействия.

Отделните модули могат да бъдат проектирани така, че да се вписват в околната среда и да пасват на съседните конструкции. А след сглобяването на модулните единици се получава конструкция, която по нищо не се различава от тези изградени на място. Има възможност за бъдещи промени и разширения поради разглобяемия характер и възможността за добавяне на нови модули. Модулното строителство набира световна популярност, като все повече строители и предприемачи признават неговата полезност, производителност и икономическа ефективност.

Конструктивни особености и материали

Модулите, които се използват за изграждане на модулни конструкции, може да са четиристенни, частично отворени (тристенни), ъглови модули, модул-рамка, подови касети, стълбищни и асансьорни модули. В контекста на модула, като клетка и самостоятелно оформено помещение, най-разпространени са четиристенните модули. Те се конструират така, че да могат да пренасят натоварването от стоящите над тях структури. Първо се изгражда подовата касета, след което към нея се прикрепят стените и тавана. Стените предават вертикални товари, затова се проектират да „стъпват“ върху стените на долния модул. За изграждането на ефективна модулна конструкция може да се използват различни материали, като най-често срещаните модулни строителни материали са дърво, стомана и бетон.

Все по-често може да се видят модулни сгради от дърво и за разлика от минали години, когато дървените модулни сгради са били предимно малки едноетажни конструкции, в днешно време могат да бъдат проектирани и конструирани така, че да достигнат няколко етажа. Допълнителните предимства на строителството с дърво включват добрите изолационни качества на дървото и високата енергийна ефективност на тези конструкции; структурна здравина и устойчивост; малко конструктивно тегло; екологичност; възможност за рециклиране; повишаване на комфорта и здравословния микроклимат.

Модулните конструкциии от стомана и бетон са едно по-ново допълнение към пазара на модулни конструкции. Сградите обикновено се изграждат със стоманена рамка, за пода се използва стомана и бетон, за стените най-често сандвич панели. Предимствата на тези конструкции включват висока здравина и устойчивост; до около 80% рециклируемост на използваните материали; постигане на висока етажност; възможност за по-големи светли отвори, постигнати със стоманена носеща рамка.

Примери

В историческия обзор разгледахме няколко примера от миналото, сега ще проследим и някои иновативни примери от съвремието. Apex House е най-високата модулна сграда в Европа, която се намира в Лондон и има 29 етажа. Сградата се състои от 679 модула, има над 580 стаи, които са жилища на местните студенти. Модулите са сглобени в завод на 60 мили в Бедфорд и преди да бъдат транспортирани до обекта са монтирани инсталациите, както и мебелировката. 90 метровата сграда е издигната на терен само за 13 седмици. Отличава се с висока енергийна ефективност, редица енергоспестяващи мерки и системи, заради които има и BREEAM сертификат.

В Китай модулното строителство е средството, което отговаря на бързото разрастване на градската инфраструктура. Оттам е и примерът за модулна 57-етажна сграда. Небостъргачът е със смесено предназначение, включва 800 апартамента, офиси и търговски части и се състои от 2736 конструктивни модула, конструирани и сглобени в рамките на 4 месеца. My Micro NY е първата многоетажна жилищна сграда, изградена от модули, в Манхатън, Ню Йорк. Девет етажната постройка е построена с 55 модулни единици от стоманени рамки и бетонни подове. Всеки един модул е фабрично изготвен и представлява завършен апартамент, снабден с необходимите сградни инсталации. Сградата разполага с фитнес зала и градина на покрива.