Модульное строительство и укрупнение строительных конструкций заводской готовности
Строительство в высоких широтах
Если посмотреть на карту Российской Федерации на наши северные пространства, то они необозримы! Арктическая зона Российской Федерации имеет площадь около 9 млн км2, здесь проживает 2,5 млн человек, что составляет менее 2% населения страны и около 40% населения всей Арктики Земного шара. В Эвенкии и на Таймыре показатель населенности составляет всего лишь 1–2 чел. на 30 км2. И все же эта суровая земля, крайне далекий Север (на полуострове Таймыр расположена самая северная точка евразийского континента) сегодня успешно осваивается человеком: в Арктической Зоне создается 15% ВВП страны, обеспечивается около четверти экспорта России.
Для Арктической зоны характерны экстремальные природные условия: низкие в течение всего года температуры, длительная полярная ночь и длительный полярный день, частые магнитные бури, сильные ветры и метели, плотные туманы, однообразные арктические пустыни и тундры, вечная мерзлота; высокая, значительно опережающую среднемировую, динамика изменений климата в последние десятилетия. Природная экстремальность усиливается негативным действием социально-экономических факторов – транспортной недоступностью, высокими производственными издержками и стоимостью жизни, неразвитостью экономики
Строить дом на ледяном панцире, который постоянно меняет свою структуру, очень сложно. Рыхлые грунты – песчаники, галечники и глины в условиях вечной мерзлоты ведут себя самым непредсказуемым образом. Возведенные на них сооружения нагревают грунт, и он теряет монолитность, начинает подтаивать и смещаться. Известны случаи разрушения неправильно построенных домов в Чите, «плывут» некоторые участки БАМа. А в Канаде, например, жителям пришлось покинуть целых два небольших города, построенных в годы войны: их дома вечная мерзлота буквально вывернула из земли. Так что строить основания зданий на мерзлоте можно, только приняв специальные меры для поддержания постоянной температуры грунта.
Существуют два принципа, на которых базируется использование вечномерзлых грунтов в качестве основания зданий: либо стремятся к тому, чтобы сохранить вечномерзлый грунт в его естественном состоянии (наиболее популярное и недорогое решение), либо проектировать здание с расчетом, что основание дома будет находиться в оттаивающем (оттаянном) состоянии. Конкретный выбор делается при сопоставлении технико-экономических расчетов и эффективности рассматриваемых решений.
Первый принцип – сохраняется мерзлое состояние грунта.
В соответствии с этим принципом вечномерзлое основание стремятся сохранить в первоначальном состоянии не только в процессе возведения постройки, но и при его дальнейшей эксплуатации. Данный принцип применяется в тех ситуациях, когда сохранение замерзшего грунта в его исходном состоянии экономически целесообразно. Проще всего строить фундамент на песчаном грунте, который не относится к категории пластично-мерзлых. Для последних случаев дополнительно предусматривают мероприятия по уменьшению температуры основания до расчетных значений, а также в расчетах фундамента учитывают возможные пластические деформации основания под нагрузкой.
Следуя первому принципу преимущественно устраивают свайный или столбчатый фундамент. Но могут быть и другие решения, например, ленточный фундамент. Единственное условие – не дать верхнему слою грунта изменить свои свойства под воздействием тепла от эксплуатируемого сооружения. Для этого подполье делают холодным, вентилируемым через продухи в забирке или цокольной части дома.
При устройстве фундаментов на вечномерзлом грунте важно правильно определить глубину его заложения. Для разных типов конструкций ее величина назначается отдельно:
1. Для свайных фундаментов глубина заложения должна быть не менее чем на 2 м больше толщины слоя грунта, который сезонно оттаивает и промерзает. Расчет делается на то, что пласт вечномерзлой почвы обеспечит требуемое значение сопротивления на сжатие.
2. Для всех остальных типов фундаментов глубину их заложения устанавливают больше толщины сезонно оттаивающего грунта на 1 м.
3. Если проектируется возведение здания на насыпном материале с установленными характеристиками, то значение глубины закладки подошвы не нормируется и определяется исходя из условий строительства
Второй принцип проектирования фундаментов – допускается последующее оттаивание грунта.
Этот способ используют реже и, как правило, при условии, что грунт на строительной площадке не является пучинистым или просадочным, при изменении температурных условий которого деформации не превышают предельно допустимых значений. В этом случае его либо оттаивают перед возведением фундамента, либо проводят все необходимые расчеты и допускают, что основание будет оттаивать во время эксплуатации постройки.
Строительство основы зданий по второму принципу подразумевает расчет глубины заложения подошвы фундамента при комплексной оценке толщины сезонно промерзающего грунта, уровня грунтовых вод – все с привязкой к зоне оттаивания, которая будет образовываться при последующей эксплуатации сооружения.
Сильные ветры
Сильные ветры и частые метели – это еще одна особенность северного климата, с которой сталкиваются проектировщики и строители. На Таймыре, в Норильске крайне тяжелые погодные условия. Скорость ветра в 1 м/с, по ощущениям человека, понижает температуру воздуха на два градуса. Например, когда температура –400С и дует ветер в 18 м/с, мороз получается на уровне –800С! Местный климат по жесткости уступает только антарктическому.+
Для борьбы с ветром кварталы арктических городов строят замкнутым контуром, с минимальным числом площадей и узкими разрывами между домами, компактно. Благодаря этому получается снижать скорость ветра. Фасады и крыши заполярных домов отличаются ровными линиями и простыми профилями — это служит профилактике снежных заносов.
Модульное строительство и укрупнение строительных конструкций заводской готовности
В соответствии с принятой Стратегией развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 г. в Арктической зоне планируется построить 6 военных городков, 13 аэродромов, наземный авиационный полигон, 10 технических позиций для радиолокационных станций и пунктов наведения авиации.
Однако строительство в условиях Арктики осложняется огромной удаленностью от мест производства большинства строительных материалов и конструкций. Зачастую строительство ведется на островах и для возведения объектов абсолютно все строительные материалы завозятся с материка. Для доставки стройматериалов используются три типа транспортировки генеральных грузов и инертных материалов: автомобильный, железнодорожный и водный. При этом доставка возможна только во время летней навигации – всего за 4–5 месяцев в году
Достаточно назвать две основных технологии сегодняшнего строительства – монолитный и традиционный сборный железобетон, либо каменная кладка. Строить здания по этим технологиям в условиях Крайнего Севера – анахронизм.
Поэтому все более востребованными становятся модульные здания. В чем их преимущество и для чего они предназначены? Быстровозводимые или модульные здания – это некое подобие «конструктора»
У модульных зданий есть множество достоинств:
· максимально ускоренные сроки строительства;
· минимальные материало-, трудо- и энергоемкость;
минимальный вес строительных материалов для перевозки;
· повышенная конструктивная безопасность, устойчивость зданий и сооружений с фундаментами на многолетних мерзлых грунтах;
· обеспечение экологической и пожаробезопасности, долговечности зданий и сооружений;
· повышенная комфортность и применение современных архитектурных решений;
· энергосбережение при эксплуатации зданий и сооружений;
минимизация стоимости строительства.