В настоящее время принятая всеми организациями классификация существующих инвентарных зданий1, применяемых в строительстве, по проектно-конструктивным особенностям [58] выделяет три основных типа таких зданий: сборно-разборные, контейнерные и передвижные. Данная классификация верна только для существующих на практике типов инвентарных зданий.

Рис. 3. Классификация мобильных зданий и возможные комбинации их типов
Рис. 3. Классификация мобильных зданий и возможные комбинации их типов
Отечественный и зарубежный опыт проектирования, создания и эксплуатации мобильных жилищ в различных областях народного хозяйства и человеческой деятельности позволяет выявить их новые типы. В связи с этим, развивая и дополняя существующую классификацию, представилось возможным классифицировать мобильные здания в зависимости от конструктивно-технологических решений: здания из сборно-разборных (1), из объемных пространственных (2) и из трансформирующихся конструктивных элементов (3).

Полученная классификация была бы неполной, если не учесть комбинаций основных типов мобильных зданий, обладающих свойствами как одного, так и другого типа (рис. 3): 1-2 — сочетание объемных и сборно-разборных элементов, 1-3 — сочетание сборно-разборных и трансформирующихся элементов; 2-3 — объемных и трансформирующихся элементов.

Сборно-разборные мобильные здания

Для расселения людей, работающих в труднодоступных районах, в последнее время получили широкое распространение сборно-разборные здания, которые решены, изготовлены, перевозятся и монтируются из отдельных конструктивных элементов, не являющихся самостоятельной объемно-планировочной единицей [58].

Конструкции сборно-разборных зданий должны удовлетворять следующим требованиям: иметь минимальную стоимость, при заданных теплотехнических характеристиках иметь наименьшую массу, удовлетворять требованиям транспортабельности (возможность удобной плотной упаковки и перевозки конструкций с наименьшими повреждениями), иметь простое устройство стыковых соединений, обеспечивающих быстроту и надежность сборки, герметичность стыков и сведение количества швов к минимуму, возможность быстрой разборки конструкций без их повреждения с повторным использованием как основных деталей, так и соединительных устройств, иметь размеры отдельных сборных деталей, не превышающие 3 м, а массу 50—60 кг и др.

В зависимости от способа решения несущих конструкций сборно-разборные здания разделяют на каркасно-панельные, панельные (бескаркасные) и смешанной конструкции.

Рис. 4. Каркасно-панельные мобильные здания
Рис. 4. Каркасно-панельные мобильные здания
Каркасно-панельные здания (рис. 4), наиболее распространенные и характерные по структуре, применяемым материалам и методам изготовления, так же как и другие сборно-разборные здания, должны быть надежными и простыми в изготовлении, иметь минимальное количество элементов. В качестве каркаса таких зданий применяют металл или дерево. Металлический каркас имеет круглое (трубы), квадратное (сварные уголки или швеллеры) или двутавровое сечение, а деревянные — прямоугольное сечение из целого бруса или составное из досок и редко клеефанерное. Каркасы из дерева легки, но используются, как правило, при малых пролетах, имеют сложные и трудоемкие решения и требуют применения круглого леса большого диаметра для изготовления рам.

Ограждающие элементы решаются в виде навесных или самонесущих стеновых или кровельных панелей, которые в зависимости от назначения здания делаются холодными или теплыми, причем утеплитель является либо одним из конструктивных слоев панели, либо самостоятельным листом. Материалы, применяемые в качестве утеплителя, должны быть легкими, иметь хорошие теплофизические свойства, быть влагонепроницаемыми (влагостойкими) и огнестойкими, дешевыми и не стареть. В данном случае используют минеральный войлок на фенольной связке, мннераловатные плиты, мягкие древесноволокнистые плиты, а также эффективные заполнители (пенополиуретановые). Для изготовления панелей применяют чаще всего дерево, металл и асбестоцемент, а в последнее время — стеклопластики.

Деревянные панели (каркас и обшивка) малорентабельны вследствие неустойчивости их к амтосферным условиям, поддаются деформации при перевозке, монтаже и демонтаже и требуют частого большого ремонта.

Асбестоцементные панели с деревянным, а особенно с металлическим каркасом неэкономичны вследствие разрушения плоских асбестовых листов при динамической ударной нагрузке во время перевозки и монтажа.

Более эффективными являются панели с металлическим каркасом, обшитым с наружной стороны жесткой водостойкой плитой, покрашенной водостойкой краской, и с эффективным утеплителем. Эти панели дороже в изготовлении, но их стоимость с учетом повышенной до 7 раз оборачиваемости не превышает стоимости деревянных.

В целях учета недостатков указанных выше материалов, сокращения сроков и стоимости строительства, увеличения оборачиваемости (многократности использования), улучшения транспортабельности здания в последнее время разработаны и созданы панели из эффективных строительных материалов: пенопласта ПС-4, пенополистирола и поливинилхлоридного пенопласта ПХВ. Для устойчивости при воздействии боковых усилий на стены и вертикальных усилий на перекрытия панели облицовываются с наружной и внутренней сторон слоями стеклопластика толщиной 3—5 мм, внутрь панели вклеиваются поперечные ребра жесткости из стеклопластика для придания необходимой прочности при перевозке, монтаже и демонтаже.


Толщина панелей зависит от назначения помещения и определяется теплотехническим расчетом на прочность. Крепление панелей к каркасу имеет большое количество вариантов в зависимости от конструктивного решения здания. От типа соединений зависят пространственная жесткость, трудоемкость монтажа и сроки возведения. Каркасно-панельная система сборноразборных зданий дает возможность менять при необходимости материал обшивок или утеплителя на другой, сохраняя без существенных изменений конструкцию здания и технологию изготовления его деталей.

Рис. 5. Панельное мобильное здание для Севера (Англия)
Рис. 5. Панельное мобильное здание для Севера (Англия)
Панельные сборно-разборные здания (рис. 5) отличаются от каркасно-панельных тем, что стеновые панели в них являются не только ограждающими, но и несущими, что вызывает необходимость довольно значительно увеличивать жесткость и прочность ограждающих конструкций.

Стеновые панели плоской формы, состоящие, как правило, из деревянного каркаса, обшитого досками или фанерой с прокладкой утеплителя, соединяются металлическими хомутами на шурупах. Наличие сложных силовых стыков в бескаркасном варианте обусловливает использование возможно более крупных элементов ограждения, что находится в противоречии с тенденцией облегчения монтажных единиц. Недостатком этого типа конструкций и зданий из них являются небольшие размеры планировочной ячейки, которые в известной мере компенсируются возможностью многовариантных компоновок.

Материалы, используемые при изготовлении панельных сборно-разборных зданий, те же, что и при каркасно-панельном способе: дерево, металл, утеплитель и др. В зарубежной практике большое распространение для изготовления передвижных сооружений получили ограждающие панели типа «сэндвич», которые применяются для обшивки каркасных конструкций и в небольших зданиях бескаркасного типа. Такие панели состоят из наружной и внутренней обшивки из металлических, асбестоцементных или фанерных листов и закрепленого между ними слоя утеплителя из пенополиуретана, пенополистирола или бумажного сотопласта с минеральным легким заполнителем, а иногда из стековолокна в виде матов или плит.

Рис. 6. Мобильные здания из панелей пространственной формы
Рис. 6. Мобильные здания из панелей пространственной формы
В последнее время появилось большое количество проектов сборно-разборных домов из оболочек пространственной формы (рис. 6). В качестве строительных материалов используют пластмассы (полиэфирные смолы, армированные стекловолокном) . Конструктивные решения проектов сборно-разборных домов из пластмассовых оболочек пространственной формы имеют следующие преимущества: возможность индустриального производства, т. е. полного заводского изготовления и монтажа на площадке с минимальными затратами, незначительное количество типоразмеров панелей ограждения, простоту транспортировки как в разобранном, так и в собранном виде, легкость монтажа, не требующую специального оборудования, в некоторых случаях возможность изготовления из панелей домов различных габаритов за счет набирания большего или меньшего числа типовых элементов и др. Пространственная форма ограждающих конструкций позволяет уменьшить сечение элементов конструкции и соответственно уменьшить ее массу, а применение легких эффективных материалов с малой теплопроводностью в конструкциях наружных ограждений — значительно уменьшить их толщину.

Применение сборно-разборных зданий взамен засыпных и бревенчатых уменьшает стоимость строительства, сокращает время и трудозатраты на возведение здания, а многовариантность блокировки и компоновки элементов предоставляет возможность создания из сборно-разборных элементов разных объемно-пространственных решений. Многократность использования (оборачиваемость) повышает эффективность здания такого типа, болтовые соединения упрощают сборку и монтаж.

Однако практика строительства и эксплуатации показала, что сборно-разборные здания обладают рядом существенных недостатков, к которым относятся: продуваемость в стыках, наличие большого количества сборных и крепежных деталей, что увеличивает затраты времени и труда при монтаже и демонтаже, значительные трудности при перевозке в сохранении комплектности домов, что уменьшает оборачиваемость здания и создает большие объемы работ по его привязке на месте, и др. Кроме того, недостатком сборно-разборных зданий в конструктивном отношении является необходимость стягивания болтами блоков в поперечном направлении и секций в продольном (при больших габаритах здания).

Ввиду большого количества типоразмеров с незначительным отличием друг от друга организация поточного изготовления сборно-разборных элементов вызывает значительные трудности, а сам тип конструкции и метод возведения зданий не допускают возможности полной заводской готовности, так как требуется значительный объем работ по окончательной их отделке. Сантехническое и электротехническое оборудование завозится отдельно и устанавливается в уже смонтированных здания на месте. К тому же при монтаже сборно-разборных зданий необходимо устройство жестких фундаментов.

Мобильные здания из объемных пространственных элементов

В настоящее время как в нашей стране, так и за рубежом в качестве временного мобильного жилища стали широко применяться здания из объемных пространственных элементов. В зависимости от способа передвижения эти здания разделяются на контейнеры и трайлеры (передвижные).

Рис. 7. Контейнерные мобильные одноблочные здания
Рис. 7. Контейнерные мобильные одноблочные здания
Контейнеры — здания из объемно-пространственных элементов, представляющих собой самостоятельную объемно-планировочную единицу (помещение) или целое здание. В зависимости от возможности и средств блокировки контейнеры классифицируются на одиночные (готовые к эксплуатации после доставки их на место эксплуатации, не допускающие блокировку — одноблочные) и блокируемые — многоблочные, имеющие различные элементы, обеспечивающие при блокировке получение объединенного пространства, свободного от конструкций. Существуют также контейнеры, которые могут быть как одиночными, так и блокируемыми.

Рис. 8. Объемные блоки на воде
Рис. 8. Объемные блоки на воде
Одноблочные контейнеры имеют небольшой размер и массу, поэтому их можно легко перемещать с одного места эксплуатации на другое, что является большим преимуществом (рис. 7, 8). При монтаже одноблочные здания укладываются обычно на лежни и монтируются на металлических рамах или полозьях. Конструктивно такие здания решаются, как правило, в виде объемного цельносварного каркаса из угловой стали на несущей раме из швеллеров. Облицовка и кровля каркаса выполняются из листовой стали толщиной 0,8 мм или строганых Досок снаружи, а с внутренней стороны — древесностружечными плитами или клеевой фанерой.

В последнее время в связи с применением эффективных материалов появилось большое количество объемных одиночных элементов из пластмассы. Такие здания собираются из пластмассовых панелей или отливаются целиком в форме трубы или стакана.

Рис. 9. Контейнерные мобильные блокируемые здания
Рис. 9. Контейнерные мобильные блокируемые здания
Многоблочные здания в зависимости от принципа соединения делятся иа два типа. К первому типу относятся такие, в которых блоки соединяются непосредственно друг с другом (рис. 9, a-в), ко второму — здания, которые соединяются через дополнительный пространственный элемент (тамбур, панели пола или кровли и т. п.) (рис. 9, г). По конструктивному решению многоблочные здания мало чем отличаются от одноблочных. В зависимости от расчетно-конструктивной схемы и связанного с ней способа изготовления контейнеры разделяются на каркасные, панельные, бескаркасные и смешанной конструкции.

Каркасные контейнеры представляют собой несущий каркас с ограждающими конструкциями, выполняемыми двумя способами: в виде обшивки либо в виде навесных панелей, что утяжеляет конструкцию и сокращает полезную площадь. Контейнеры панельного типа представляют собой систему, состоящую из отдельно изготовленных панелей, соединенных жестко друг с другом в единую пространственную структуру. Панели стеновых ограждений выполняют функции несущих и ограждающих конструкций.

Панельные контейнеры более экономичны по расходу материалов, так как позволяют организовать поточно-конвейерное изготовление с применением автоматических технологических линий. Контейнеры смешанной конструкции имеют различное решение: частично каркасное, частично панельное, иногда цельнообъемное из пластмассы.

Рис. 10. Передвижные здания
Рис. 10. Передвижные здания
Трайлеры (передвижные) в зависимости от вида транспорта, на основе которого они изготовлены, разделяются на вагоны-дома, специально запроектированные для различных нужд строительства (со стационарной ходовой частью и инвентарной в виде подкат-ной тележки) и на фургоны, изготовленные на автомобильном прицепе (одно- и двуосные) (рис. 10).

Кузов вагонов-домов обычно цельносварной или деревянный, облицованный снаружи листовой сталью, а внутри специальными отделочными материалами. Собирают дома-вагоны из панелей стен, пола и готовой крыши. Масса вагона без инженерного оборудования примерно 4,3 т. Транспортируют такие здания на стационарных или инвентарных подкатных тележках на резиновом ходу. Срок службы вагонов-домов 15 лет и используются они в основном для строительных площадок и жилых поселков в начальный период строительства (до 6 месяцев), а также при ремонтно-восстановительных работах на железной Дороге. Применяемые виды материалов и конструктивная структура позволяют эксплуатировать их в районах с наружной температурой —40°С.

Фургоны на автомобильном прицепе бывают одноосные и двухосные на резиновом ходу. Чаще всего применяют одноосные Фургоны с кузовом брусково-каркасной конструкции, установленным на металлической раме. В качестве облицовки используют листовую сталь или шпунтованные строганые доски, кровля — из листовой стали и рубероида. В последнее время для изготовления трайлеров используют более эффективные материалы: алюминий и стеклопластики в качестве обшивки и различные утеплители из синтетических материалов.

Здания фургонного типа имеют самое различное назначение и применяются в различных условиях эксплуатации.

В качестве жилья из объемных пространственных элементов наибольшее распространение нашли одноблочные объемные контейнеры как самые экономичные.

Дома из пространственных объемных элементов устраняют Ряд недостатков сборно-разборных зданий. Они обеспечивают полную заводскую готовность, ввод в эксплуатацию в минимальные сроки, уменьшение массы, высокий уровень комфорта и большую оборачиваемость. Минимальные затраты труда и времени на возведение и привязку зданий из объемных элементов, стационарно вмонтированное оборудование и мебель дают возможность ввода их в эксплуатацию практически сразу же после прибытия на место. Однако применение объемных контейнеров в труднодоступных районах строительства ограничено из-за необходимости использования крана при погрузке и разгрузке, а также специальных средств для перевозки различными видами транспорта.

Передвижные дома имеют относительно высокую стоимость 1 м2 площади по сравнению с контейнерами, дома на колесном ходу не оправдывают себя в районах бездорожья, а вагоны-дома не имеют возможности блокировки и т. д. Одним из главных недостатков контейнерных и передвижных домов является неэффективное соотношение (1:1) их объемов в транспортном и эксплуатационном состояниях. Это приводит к неполному использованию грузоподъемной мощности транспорта, ограничению габаритов объемных элементов требованиями транспортировки.

При сравнении сборно-разборных и объемных инвентарных зданий оказывается, что стоимость 1 м2 полезной площади сборно-разборных жилых зданий (43 руб.) меньше, чем контейнеров, вагонов-домов и фургонов, у фургонов стоимость 1 м2 полезной площади самая высокая — примерно 300 руб. (табл. 1). Это является одной из причин более широкого применения сборно-разборных зданий при организации мобильного жилища.

Рис. 11. Складные трансформирующиеся мобильные здания из жестких элементов
Рис. 11. Складные трансформирующиеся мобильные здания из жестких элементов
Важнейшим фактором, который способствует достижению большой подвижности трансформирующихся зданий, является возможность изменения объема и габаритов здания (как в процессе монтажа, так и в процессе эксплуатации). Эффективное соотношение транспортных и эксплуатационных объемов и в то же время высокая заводская готовность элементов создают трансформирующимся зданиям большие преимущества.

В практике строительства трансформирующиеся здания еще не нашли широкого применения из-за сложности изготовления и слабой разработанности. Однако в проектных решениях многих архитекторов и проектных организаций, специализирующихся на производстве домов для строительства в экстремальных условиях, есть много оригинальных и интересных предложений трансформирующихся конструкций или зданий из них.

Рис. 12. Складные трансформирующиеся мобильные здания из мягких элементов
Рис. 12. Складные трансформирующиеся мобильные здания из мягких элементов
В зависимости от способов количественного увеличения перевозимого объема, ограниченного транспортными габаритами, выявились два типа мобильных трансформирующихся зданий. Один из них — здания из складных конструкций, созданных по принципу «самоупаковки» (рис. 11). Причем в зависимости от вида применяемых конструкций и материалов они могут быть жесткими — из плоских или пространственных жестких элементов, складывающихся посредством шарнирных или скользящих соединений, и мягкими — из эластичных материалов, позволяющих укладывать их в компактный объем (рис. 12).

Рис. 13. Сочетание складных мобильных зданий из жестких и мягких элементов
Рис. 13. Сочетание складных мобильных зданий из жестких и мягких элементов
Применение принципа складывания при изготовлении мобильных зданий дает большие преимущества перед сборно-разборными и объемными зданиями на стадиях транспортировки и эксплуатации, но в процессе монтажа и демонтажа возникают дополнительные трудности при решении стыков панелей и внутреннего оборудования. Эти трудности разрешимы при применении мягких складных конструкций, например пневматического типа, и сочетаний их с жесткими (рис. 13).

Рис. 14. Раздвижные трансформирующиеся мобильные здания
Рис. 14. Раздвижные трансформирующиеся мобильные здания
Другой принцип, применение которого дает возможность увеличить перевозимый объем здания в процессе его эксплуатации,— применение раздвижных типов конструкций и зданий из них. Как правило, такие конструкции работают по принципу телескопических элементов (рис. 14). Эти типы конструкций и зданий устраняют недостатки складных жестких конструкций, но по сравнению с ними имеют несколько больший объем при транспортировке.

При изготовлении трансформирующихся зданий применение традиционных методов и материалов нецелесообразно, здесь нужны индустриальные методы изготовления и использование высокоэффективных материалов. Современный уровень науки и техники доказывает возможность создания таких конструкций и зданий из них в наше время (или в ближайшем будущем), тем более что экономические показатели таких зданий высокие (табл. 3).



Сравнение конструктивных решений основных типов мобильных зданий с позиций представленных выше критериев оценки и по данным существующих исследований [9, 23, 40] позволяет выявить некоторые их особенности.

Сложность и стоимость изготовления возрастает от сборно-разборных к объемным и к трансформирующимся, так как в настоящее время вследствие еще малой разработанности трансформирующихся зданий их изготовление представляет большие трудности (по сравнению со сборно-разборными и объемными).

Требованиям транспортабельности в наибольшей степени Удовлетворяют сборно-разборные и трансформирующиеся мобильные здания, а объемные (передвижные) — в наименьшей, что является их недостатком. Этот недостаток компенсируется при сравнении основных типов мобильных зданий на стадиях монтажа и демонтажа, где объемные мобильные здания имеют самую высокую готовность к эксплуатации и к транспортировке, меньшую имеют трансформирующиеся здания, а наименьшую — сборно-разборные.

Когда возникает необходимость изменения пространства обитания в процессе эксплуатации мобильного здания, применение зданий из трансформирующихся конструктивных элементов позволяет наиболее полно удовлетворить этим требованиям. Возможность изменения размеров и внутренней планировки возрастает от объемных мобильных зданий к сборно-разборным и к трансформирующимся.

Основные типы мобильных зданий не противопоставляются один другому, так как являются следствием поисков целесообразных форм пространственной организации мобильных зданий в различных условиях их. применения. Проведенное приближенное сравнение основных типов мобильных зданий позволяет предположить, что их применение при решении проблемы освоения труднодоступных районов должно рассматриваться дифференцированно для различных условий.

Для условий долгосрочного пребывания мобильных поселений на постоянном месте, где нет необходимости часто демонтировать здания, возможно строительство сборно-разборных мобильных зданий как наиболее экономичных. При этом целесообразны также объемные здания (контейнеры) как имеющие наибольшую готовность к эксплуатации.

Для часто перемещаемых мобильных поселений рационально применение трайлеров, обладающих высокой готовностью к эксплуатации и транспортировке, и трансформирующихся зданий. Использование объемных блоков (контейнеров) и трансформирующихся зданий (складных жестких) может быть допущено только при наличии монтажных кранов и специальных транспортных средств, т. е. при транспортной доступности к месту возведения. В условиях трудной транспортной доступности и отсутствия монтажных средств целесообразно применение сборно-разборных мобильных зданий или трансформирующихся (складных мягких).

Размеры мобильных зданий из объемных элементов ограничены транспортными габаритами и поэтому такие типы здания возможно применять для жилья, в то время как для общественных зданий, в связи с необходимостью организации больших пространств, целесообразно использовать сборно-разборные и трансформирующиеся здания или их комбинации с объемными.

С архитектурно-планировочной точки зрения компоновка мобильного жилища из сборно-разборных и трансформирующихся зданий обладает большей вариабельностью, чем из объемных блоков. Компоновочные схемы жилых комплексов из блоков могут быть объединены в три основные группы: сплошные, П-образные, периметральные, причем в основном прямоугольной формы. Применение сборно-разборных и трансформирующихся зданий позволяет создавать комплексы непрямоугольных форм и, кроме того, многовариантную внутреннюю планировку.

Конструктивные особенности мобильных зданий влияют не только на выбор архитектурно-планировочной организации мобильного экспедиционного жилища, но и на пространственные габариты и пропорции его помещений, в связи с чем возникает необходимость стандартизации размеров типовых элементов с целью определения единого планировочного модуля для всех или основных групп помещений. Это позволит создавать различные архитектурно-планировочные решения в одном модуле.

При применении объемных блоков эта задача в некоторых случаях близка к решению, так как модульным размером может явиться их ширина,. обусловленная ограничениями транспортировки (максимальная ширина при железнодорожной перевозке может составлять 3,2 м при высоте помещений 2,5 м). Обычно ширина блоков равна 2,7 м. При такой ширине создание комфортных жилых ячеек представляет определенные трудности (слишком зауженные пропорции помещений). Блокировка объемных блоков снимает указанные недостатки, но только при создании жилых, а также санитарных и кухонных ячеек.

При организации помещений культурно-бытового обслуживания возникает необходимость создания больших целых пространств, причем более высоких, чем жилых. В этих случаях целесообразнее применять сборно-разборные и трансформирующиеся здания или же их комбинации с объемными зданиями. Иногда возможны комбинации объемных блоков с доборными элементами, увеличивающими высоту помещений. В соответствии с требованиями эксплуатации мобильного экспедиционного жилища (относительно короткие сроки существования на одном месте, необходимость периодического перемещения и др.) мобильные здания должны обладать максимальной заводской готовностью (как элементы зданий, так и их оборудование). Наиболее приемлемым является применение объемных блоков в сочетании со сборно-разборными или трансформирующимися элементами.

Изложенные показатели характеризуют в основном конструктивное решение мобильного жилища. При оценке типов жилища часто используют эти показатели как критерии качества жилища, в то время как комплексный подход к оценке мобильного жилища предполагает образ жизни определенной социальной группы людей определяющим фактором. В связи с этим оценка функционально-пространственной организации мобильного жилища должна определяться целевой функцией жилища — обеспечение условий для осуществления определенного набора процессов жизнедеятельности социальной группы людей. Это положение характеризует необходимость создания комфортабельного мобильного жилища (жизнедеятельной среды для оптимального удовлетворения потребностей людей) как необходимое условие для стабилизации населения в районах нового освоения.

Примечания

1. В зависимости от инвентарности (оборачиваемости), т. е. многократности использования, временные здания делятся: на разбираемые неинвентарные — однократно используемые, в основном из местных материалов, не допускающих демонтажа, и на инвентарные — многократно используемые в пределах строительной площадки или на разных стройках [6].