Technologie prefabrykacji w budynkach wielorodzinnych. Dlaczego warto je stosować?
Prefabrykacja betonowa szczególnie dobrze wpisuje się w kierunki wyznaczane przez zrównoważony rozwój. Umożliwia optymalizację nakładów na materiały i robociznę, przy jednoczesnym zapewnieniu wysokiej jakości budynku, zwiększenie trwałości elementów, a tym samym wydłużenie czasu bezawaryjnego użytkowania. Znaczenie prefabrykacji jako technologii budowy może być zatem szczególnie uzasadnione w budownictwie mieszkaniowym. Dlaczego warto je stosować? Przeczytaj poradnik!
Spis treści
- Współczesne technologie w budownictwie betonowym
- Ograniczenia i korzyści technologii realizacji betonowych obiektów budowlanych
- Rodzaje prefabrykatów w budownictwie wielorodzinnym
- Jakie kryteria powinny spełniać połączenia między prefabrykatami?
- Korzyści ze stosowania prefabrykatów w budynkach mieszkalnych
Współczesne technologie w budownictwie betonowym
We współczesnym budownictwie dla rozwoju technologii budowy dominujące znaczenie mają w szczególności cyfryzacja i globalizacja, jednak należy również zwrócić uwagę na długoterminowe zmiany związane ekologią i demografią. Powodują one, że strategia branży budowlanej musi być adaptowana do bieżących potrzeb społeczeństwa oraz regulacji prawnych, a także do trudnych do prognozowania zjawisk związanych z dynamiką cen oraz ciągłością łańcuchów dostaw.
Roczna produkcja betonu przekracza 14 mld ton w skali światowej i ma duży udział w zużyciu energii i emisji dwutlenku węgla w sektorze budowlanym. Z kolei idea zrównoważonego rozwoju w budownictwie zmusza do ograniczania negatywnego oddziaływania produkcji wyrobów i realizacji obiektów budowlanych na środowisko w całym cyklu życia, m.in. przez stosowanie recyklingu odpadów, świadome kształtowanie oddziaływania wyrobów w całym cyklu ich życia, a także przez zwiększenie ich trwałości przy jednoczesnym ograniczeniu pracochłonności procesu budowy.
Prefabrykacja betonowa szczególnie dobrze wpisuje się w kierunki wyznaczane przez zrównoważony rozwój. Umożliwia optymalizację nakładów na materiały i robociznę, przy jednoczesnym zapewnieniu wysokiej jakości budynku, zwiększenie trwałości elementów, a tym samym wydłużenie czasu bezawaryjnego użytkowania, a także pozwala ograniczyć uciążliwość procesów budowlanych dla otoczenia. Znaczenie prefabrykacji jako technologii budowy może być zatem szczególnie korzystne i uzasadnione w budownictwie mieszkaniowym, w tym w szczególności wielorodzinnym.
Prefabrykacja betonowa jest stosowana we wszystkich gałęziach współczesnego budownictwa, m.in. przy wznoszeniu obiektów użyteczności publicznej, takich jak np. stadiony, parkingi lub kościoły. W budownictwie przemysłowym prefabrykaty służą do wznoszenia hal fabrycznych i magazynowych, zbiorników czy też kontenerów wielofunkcyjnych, zaś w infrastrukturalnym obejmują drogi i mosty, tunele, infrastrukturę energetyczną i sanitarną.
Budownictwo mieszkaniowe również wykorzystuje prefabrykaty, umożliwiając wykonywanie kompletnej konstrukcji budynków jedno- lub wielorodzinnych. Zastosowanie technologii druku 3D do wznoszenia obiektów z betonu jest w fazie rozwoju, jednak zapowiada się obiecująco z uwagi na możliwość praktycznie pełnej automatyzacji oraz niemal nieograniczoną dowolność kształtowania formy.
Ograniczenia i korzyści technologii realizacji betonowych obiektów budowlanych
Technologia monolityczna
Główne ograniczenia:
- uzależnienie od warunków pogodowych,
- znaczne uzależnienie od dostępności siły roboczej,
- podatność na błędy wykonawcze podczas realizacji.
Główne korzyści:
- powszechnie znana forma prowadzenia prac budowlanych oraz projektowania,
- doraźne oszczędności w przypadku niskich kosztów robocizny,
- łatwiejsze wprowadzanie zmian na etapie realizacji,
- łatwiejsze wykonywanie konstrukcji o nietypowym kształcie.
Technologia w pełni prefabrykowana
Główne ograniczenia:
- wymagana dostępność specjalistycznego zakładu produkcyjnego dostarczającego elementy,
- wymagany wysoki poziom techniczny personelu podczas produkcji i montażu, a także uwzględnienie specyfiki technologii na etapie projektowym,
- koszt i logistyka transportu elementów,
- wyższe początkowe koszty jednostkowe, szczególnie w przypadku złożonych kształtów elementów,
- niechęć do technologii wynikająca z doświadczeń lat 70/80.
Główne korzyści:
- skrócenie czasu realizacji,
- znaczne ograniczenie liczby personelu na budowie,
- znaczne uniezależnienie od warunków atmosferycznych,
- wysoka jakość elementów konstrukcji,
- łatwość uzyskania efektów architektonicznych elewacji i wnętrz,
- ograniczenie do minimum terenu budowy,
- łatwiejsze wdrażanie innowacji materiałowych i technologicznych w kontrolowanych warunkach produkcyjnych.
Technologia mieszana – częściowe wykorzystanie prefabrykatów
Główne ograniczenia:
- konieczna dostępność specjalistycznych akcesoriów do realizacji połączeń w styku monolit–prefabrykat,
- zależność monolitycznej części prac od warunków pogodowych,
- koszt transportu i logistyki elementów prefabrykowanych.
Główne korzyści:
- uproszczenie prac z uwagi na możliwość wykorzystania prefabrykowanych elementów trudnych do wykonania w technologii tradycyjnej sprzyja skróceniu czasu realizacji,
- wykorzystanie zalet prefabrykacji oraz technologii tradycyjnej.
Technologia druk 3D
Główne ograniczenia:
- mało znana technologia prowadzenia robót, w szczególności w zakresie materiałów i zamaszynowania,
- ograniczenia techniczne (np. rozpiętości) i formalne realizacji.
Główne korzyści:
- perspektywicznie duży potencjał technologii z uwagi na maksymalne ograniczenie personelu,
- znaczna dowolność kształtowania formy elementów.
Rodzaje prefabrykatów w budownictwie wielorodzinnym
W budownictwie wielorodzinnym trzeba zwrócić uwagę szczególnie na możliwości, jakie daje pełna prefabrykacja oraz technologia mieszana – łącząca zalety technologii tradycyjnej (monolitycznej) oraz elementy technologii prefabrykowanej.
Obiekty budownictwa mieszkaniowego bardzo często cechuje ścianowy układ konstrukcyjny. W obiektach wielorodzinnych, niezależnie od ich konstrukcji, ściany międzymieszkaniowe i oddzielające komunikację (klatki schodowe, szachty windowe, korytarze) od mieszkań pełnią funkcję oddzielenia akustycznego, pożarowego i przeciwwłamaniowego.
Oznacza to, że grubość ściany żelbetowej musi wynosić minimum 16 cm – wówczas może z powodzeniem być ona ścianą nośną, a liczba ścian i ich rozmieszczenie jest przy przeciętnej wielkości mieszkań wystarczająca dla oparcia stropów i usztywnienia budynku. Umożliwia to wybór technologii wykonania ścian wewnętrznych na podstawie analizy ekonomicznej. Prefabrykacja żelbetowa konstrukcyjnych ścian wewnętrznych połączona z prefabrykacją stropów i elementów komunikacyjnych (schody, szyby windowe) pozwala na wznoszenie konstrukcji w tempie niemożliwym do osiągnięcia w innych rozwiązaniach materiałowych.
Obecnie w wariancie realizowanym w pełnej prefabrykacji najczęściej stosowane są następujące rodzaje prefabrykatów: wielootworowe sprężone płyty kanałowe oraz stropy typu filigran, ściany jednowarstwowe i wielowarstwowe typu sandwich, cokoły, biegi i stopnie schodowe, balkony i galerie, a także szachty windowe.
W przypadku technologii mieszanej inwestorzy najczęściej decydują się na zastosowanie płyt stropowych typu filigran, biegów schodowych oraz płyt balkonowych. Spotyka się również prefabrykowane moduły łazienkowe z wykończeniem obejmującym nawet tzw. biały montaż – w zależności od zamówień inwestora.
Przeczytaj również: Rodzaje prefabrykatów stosowanych w budownictwie sportowym
Jakie kryteria powinny spełniać połączenia między prefabrykatami?
Połączenia między elementami są newralgiczne dla efektywności montażu oraz bezpieczeństwa, niezawodności i trwałości konstrukcji. Muszą przenosić pomiędzy elementami siły wynikające z charakteru pracy konstrukcji obiektu. We współczesnej konstrukcji prefabrykowanej połączenia powinny spełniać następujące kryteria:
- niezawodność pracy i trwałość – maksymalnie dokładne odwzorowanie zadanego charakteru pracy konstrukcji oraz zachowanie niezawodności pracy ustroju konstrukcyjnego w okresie „życia” obiektu,
- prostota realizacji węzła – mająca zasadniczy wpływ na prawidłowość i nakład pracy na jego wykonanie,
- koszt wykonania – rozumiany jako koszt materiałowy, koszt wbudowania w konstrukcję oraz ewentualny koszt utrzymania w przyszłości,
- estetyka – konstrukcja żelbetowa w coraz większym stopniu spełnia również funkcję architektoniczną, a same węzły połączeń pozostają widoczne dla użytkownika.
Obecnie nie wykonuje się dość skomplikowanych do realizacji połączeń spawanych z użyciem zakotwionych w betonie marek stalowych lub łączenia zbrojenia stykających się elementów konstrukcyjnych i monolityzowania węzła na budowie. Jest to uciążliwe i wymaga zapewnienia korzystnych warunków atmosferycznych.
Większość współczesnych połączeń opiera się na wykorzystaniu prostych złączy skręcanych (przy zapewnieniu stosunkowo dużej tolerancji montażowej) lub prostych złączy wtykanych. Coraz powszechniej stosowane są dyskretne połączenia o podwyższonej estetyce oraz takie, które sprzyjają poprawie charakterystyki energetycznej obiektu (np. wkładki izolacyjne w systemowych łącznikach balkonowych). Połączenia systemowe stanowią ważny element w przypadku łączenia różnych materiałów i elementów w szczególności, np. w stykach prefabrykat–beton monolityczny.
Korzyści ze stosowania prefabrykatów w budynkach mieszkalnych
Technologia prefabrykacji niesie za sobą korzyści, które w obecnej sytuacji rynkowej stają się jeszcze bardziej widoczne niż dotychczas. Znaczne uniezależnienie się od warunków pogodowych jest powszechnie znanym atutem prefabrykacji. Jednak szczególnego znaczenia nabiera obecnie możliwość zaangażowania mniejszej liczby pracowników zarówno do produkcji prefabrykatów (dzięki przygotowywaniu elementów w dużym stopniu zautomatyzowanych warunkach fabrycznych), jak i przy późniejszym montażu elementów na budowie.
Warto także podkreślić możliwość wcześniejszego wykonania elementów, co ogranicza ryzyko związane z dynamiką wzrostu cen materiałów. W czasach, kiedy jakość inwestycji jest równie ważna, co termin jej realizacji, na tradycyjnie prowadzonych budowach warto wykorzystywać zalety prefabrykacji, przynajmniej w przypadku newralgicznych i najbardziej pracochłonnych elementów budowy, jakimi są m.in. biegi schodowe i płyty balkonowe.
Stosowanie prefabrykowanych lub częściowo prefabrykowanych stropów (płyty typu filigran) pozwala też ograniczyć roboty związane z wykonaniem deskowań i przyspieszyć postęp prac na kolejnych kondygnacjach budynków.
Nowoczesne połączenia systemowe stanowią ważny element w przypadku łączenia materiałów i elementów, w szczególności np. prefabrykatu i betonu monolitycznego.
