Nowoczesna prefabrykacja w budownictwie mieszkaniowym

Wytwarzanie wielkogabarytowych elementów konstrukcji poza terenem budowy znane jest od kilku tysięcy lat.

Produkcja żelbetowych elementów budowlanych poza placem budowy, zwana również prefabrykacją czy budownictwem modułowym, stabilnie rozwija się od lat m.in. w Europie Zachodniej, USA czy Azji, w Polsce jednak pozostawała przez ostatnie 30 lat w cieniu budownictwa tradycyjnego. Dopiero ostatnie dynamiczne wzrosty cen realizacji budownictwa mieszkaniowego wpłynęły w naszym kraju na znaczny wzrost zainteresowania budownictwem żelbetowym prefabrykowanym. Deweloperzy, projektanci i generalni wykonawcy poszukują rozwiązań ze względu na problemy z rosnącymi cenami materiałów, brakiem kadry, ostrzejszymi wymaganiami czasowymi i jakościowymi. Jakie są ich najczęstsze pytania?

Ile to będzie kosztowało i trwało?

Dzięki wyeliminowaniu lub obniżeniu wielu ryzyk występujących w technologii tradycyjnej oraz użyciu nowoczesnych technologii BIM budowa obiektów prefabrykowanych jest bardziej przewidywalna w zakresie terminów i kosztów.

Ogółem można przyjąć, że termin wykonywania konstrukcji budynku w stosunku do budownictwa tradycyjnego zmniejsza się o połowę, a oszczędność na realizacji całego przedsięwzięcia – o ok. 25-40%, w zależności od skali użycia prefabrykacji. Zmniejszenie czasu uzyskiwane jest przez częściową lub całkowitą eliminację prac murarskich czy żelbetowych monolitycznych, rusztowań, elewacji zewnętrznych oraz znacznie szybsze udostępnienie frontu robót dla instalacji, robót dekarskich, zagospodarowania terenu itp. Zwłaszcza w przypadku zastosowania bardziej złożonych elementów prefabrykowanych, np. ściany trójwarstwowe, które są dostarczane na budowę z oknami i parapetami, nie ma potrzeby wykonywania wielu czasochłonnych prac na budowie, jak: prace elewacyjne, tynkowanie, montaż stolarki okiennej i parapetów – zyskujemy dodatkowo w zależności od wielkości i złożoności obiektu od kilku do kilkunastu tygodni.

Cena projektu jest składową bardzo wielu zmiennych kosztowych i czasowych. Klasycznym błędem jest porównywanie
wprost ceny zakupu danego elementu prefabrykowanego do wykonanego w technologii tradycyjnej, bez uwzględnienia parametru czasowego, pozwalającego skrócić znacząco czas realizacji, czy jakościowego, pozwalającego z kolei na ograniczenie kadry technicznej nadzoru na budowie. Producenci prefabrykatów przedstawiają swoje oferty na dostawę i montaż elementów konstrukcji prefabrykowanych lub na pełen zakres generalnego wykonawstwa na podstawie konkretnej dokumentacji projektowej. Co ciekawe – unikalny detal architektoniczny paradoksalnie może zmniejszyć koszt realizacji w prefabrykacji, a kluczem do sukcesu jest powtarzalność elementów i modułów. To zdecydowana zaleta nie tylko w przypadku wieloetapowych osiedli mieszkaniowych, ale i innych budynków, takich jak biura, szkoły, przedszkola, hotele czy inne obiekty kubaturowe.

Czytaj też: Polskie obiekty mostowe z kompozytów polimerowych

Analizując ofertę obejmującą wykorzystanie prefabrykacji, należy uwzględnić m.in.:

• niższe koszty ogólne prowadzenia budowy (skrócenie czasu budowy, mniej liczny zespół nadzoru, szybsze przekazanie frontu dla kolejnych robót na ścieżce krytycznej, niższe koszty utrzymania ze względu na to, że element prefabrykowany przyjeżdża już gotowy i nie oddaje tak wilgoci jak monolit wykonywany na budowie, znacznie mniejsze zaplecze budowy);
• większą powierzchnię użytkową budynków, wynikającą z mniejszych grubości elementów (np. ściana międzylokalowa prefabrykowana o grubości 20 cm zamiast ściany murowanej obustronnie tynkowanej grubości np. 28 cm);
• mniejsze ryzyko inwestycyjne wynikające z ograniczenia czasu trwania i wpływu na inwestycję potencjalnych problemów z podwykonawcami oraz wygórowanymi cenami poszczególnych prac (np.: murarskich, monolitycznych, tynkarskich elewacyjnych, montaż stolarki okiennej);
• znacznie zmniejszony wpływ warunków atmosferycznych i pór roku na proces budowy;
• niższe koszty finansowania inwestycji (skrócenie czasu budowy).

Dzięki wyeliminowaniu lub obniżeniu ryzyk występujących w technologii tradycyjnej oraz użyciu nowoczesnych technologii budowa obiektów prefabrykowanych jest bardziej przewidywalna w zakresie terminów i kosztów

Jak wygląda proces projektowy?

Prefabrykację można wdrożyć w każdej fazie procesu projektowego, jednak zdecydowanie najkorzystniej projektować z uwzględnieniem wymogów prefabrykacji już od początku koncepcji, szczególnie że w przypadku decyzji o zmianie technologii z prefabrykowanej na monolityczną zmiana taka jest stosunkowo prosta, natomiast zmiana z technologii tradycyjnej na prefabrykowaną nie zawsze może skutkować pożądanym efektem ekonomicznym. Dzięki projektowaniu zgodnie ze specyfiką prefabrykacji od fazy koncepcji uzyskać można najlepsze parametry inwestycji. Kluczowymi obszarami wspomagającymi oszczędności są standaryzacja, powtarzalność elementów oraz ich gabaryty transportowe.

Na obecnym etapie rozwoju rynku producenci przyznają jednak, że najczęściej zapytania ofertowe od klientów dotyczą projektów z wydanym już pozwoleniem na budowę, a nawet z rozpoczętą sprzedażą mieszkań. Producent sporządza w takiej sytuacji projekt warsztatowy na podstawie istniejącej dokumentacji, jednak możliwości optymalizacyjne są ograniczone, chociażby ze względu na już podpisane umowy deweloperskie. Czy konieczny wówczas jest projekt budowlany zamienny, ze względu na konieczność wprowadzenia do niego zmian?

W zdecydowanej większości przypadków zmiany te nie powodują zmian istotnych, więc taka potrzeba nie zachodzi.

Rynek polski nie ma jeszcze doświadczenia w nowoczesnej prefabrykacji. Wymaga ona dobrego planowania procesu inwestycyjnego, w związku z tym inwestor lub generalny wykonawca powinien zarezerwować odpowiednio dłuższy czas na wybranie i ustalenie z producentem prefabrykatów szczegółów, m.in.:

• stolarki okiennej i drzwiowej (ustalenie wymaganych wymiarów w świetle otworów oraz sposobów montażu);
• instalacji elektrycznych (konieczność uwzględnienia na etapie projektowania tras kablowych, połączeń oraz rodzaju puszek elektrycznych);
• instalacji sanitarnych (podcięcia, otworowanie i przygotowanie konstrukcji np. pod systemy wentylacji czy instalacje wodno-kanalizacyjne);
• dróg technologicznych na budowie.

Przeczytaj także: Zmora nasiąkliwości

Z tego też powodu samo przygotowanie profesjonalnej oferty na prefabrykat trwa z reguły dłużej.

Po uzyskaniu wszystkich informacji od zamawiającego projektanci firmy produkcyjnej potrzebują (w zależności od skali przedsięwzięcia) ok. dwóch miesięcy na przekazanie pierwszych elementów do produkcji. Czas potrzebny na wyprodukowanie elementów od momentu przekazania dokumentacji na produkcję jest uzależniony m.in. od złożoności elementów oraz aktualnie dostępnych mocy produkcyjnych. Najkorzystniejszym ekonomicznie rozwiązaniem jest jak największa liczba powtarzalnych elementów w obrębie jednego obiektu, czyli standaryzacja. Aby to osiągnąć, wiele zależy od koordynacji i odpowiedniej współpracy między projektantami każdej z branż. Istotnym zagadnieniem są również gabaryty elementów. Prefabrykacja zwykle nie narzuca klientowi ograniczeń czy wymiarów poszczególnych modułów, ale należy pamiętać, że efekt ekonomiczny przy prefabrykacji uzyskuje się przez użycie standardowych rozwiązań przy zachowaniu jak najmniejszej różnorodności topologii, a także uwzględnienie na etapie projektowania dostępności i skrajni drogi dojazdowej, rodzaju środków transportowych i ciężaru
elementów. Nośność dźwigu już podczas tworzenia oferty przez producenta dobierana jest z uwzględnieniem lokalizacji budowy, możliwości zastosowania danego typu (np. żurawia wieżowego lub samochodowego) oraz dostępnego miejsca na budowie. Podział konstrukcji na moduły dobierany jest tak, aby zarówno koszt transportu, jak i montażu został zoptymalizowany.

Opracowane przez konstruktorów detale połączeń są objęte prawami autorskimi i zostają przekazane klientowi w momencie uzgadniania szczegółów danej inwestycji.

Co z instalacjami?

Aby ułatwić prowadzenie instalacji elektrycznych, już na etapie produkcji elementów prefabrykowanych w szalunkach umieszczane są odpowiednie peszle, rury, przewody i akcesoria (np. puszki elektroinstalacyjne). Po zmontowaniu konstrukcji instalatorzy wprowadzają okablowanie w przygotowane kanały oraz łączą całą instalację w rozdzielniach. Podczas procesu produkcji elementy są również odpowiednio przygotowane pod wykonanie instalacji sanitarnych. Najczęściej wykonane zostają wówczas otwory i lokalne wybrania w elementach służące do prowadzenia instalacji zarówno w pionach, jak i rozprowadzenia.

Prefabrykacja żelbetowa w żaden sposób nie ogranicza rodzajów wentylacji, instalacji sanitarnych czy elektrycznych zastosowanych w obiekcie. Szachty instalacyjne mogą być np. prefabrykowane, murowane lub wykonane z lekkiej zabudowy.

Jakie są dokładności produkcji i montażu elementów?

Kluczowym atutem prefabrykacji jest bardzo wysoka jakość, nieosiągalna dla robót wykonywanych bezpośrednio na budowie. Elementy są produkowane w halach, w kontrolowanych warunkach, niezależnych od warunków zewnętrznych. Odchyłki wykonawcze ścian są zgodne z zapisami normy PN-EN-13670. Powierzchnia wewnętrzna ścian na etapie produkcji zostaje zatarta na gładko. Standard takiej ściany jest na tyle wysoki, że wystarczy ją jedynie pomalować, natomiast ze względu na oczekiwania klientów można zastosować cienkowarstwowe szpachlowanie dające efekt gładzi. Zdecydowanie niepotrzebne jest pracochłonne tynkowanie, gdyż do uzyskania najwyższej jakości powierzchni wystarczy szpachlowanie natryskowe oraz malowanie.

Polecamy też: Prefabrykacja w XXI wieku

Prefabrykacja daje również klientom możliwość zamontowania gotowej elewacji wraz z konstrukcją. W przypadku prefabrykowanych ścian dwuwarstwowych powierzchnię zewnętrzną stanowi izolacja, natomiast w przypadku ścian trójwarstwowych – w zależności od wymagań klienta może to być powierzchnia: malowana, tynkowana (także tynk barwiony), fakturowana (np. system Reckli) lub z imitacją drewna. Dla dewelopera nie do przecenienia będzie fakt, że jego budynek będzie wyglądał z zewnątrz na gotowy (ze względu na gotową prefabrykowaną elewację) już kilka tygodni po zakończeniu stanu zero budynku, podczas gdy stosując technologię tradycyjną, efekt taki będzie do osiągnięcia zwykle dopiero kilka tygodni przed zakończeniem inwestycji

Jak przygotować plac budowy do montażu?

Przed rozpoczęciem montażu konstrukcji prefabrykowanej wykonawca powinien:

• zabezpieczyć drogi dojazdowe i właściwie przygotować drogi technologiczne na budowie oraz, w miarę potrzeby, place składowe;
• wezwać producenta prefabrykatów do odbioru robót przygotowawczych do montażu;
• przekazać front robót wraz z operatami dotyczącymi rzędnych fundamentów, wsporników, podbetonów, wieńców lub innej konstrukcji, na której mają być montowane prefabrykaty, oraz operatami dotyczącymi lokalizacji prętów łącznikowych („wytyków” lub „starterów”);
• nanieść przed montażem w trwały sposób osie na fundamentach lub innych elementach konstrukcyjnych, do których będzie montowana konstrukcja prefabrykowana.

Jakie są zalecenia względem użycia elementów konstrukcji?

Stropy

Do wykonania stropów budynków rekomendowane są standardowe płyty:

• kanałowe typu HC (150, 200, 230, 265);
• pełne typu HM (150, 200, 265, 230);
• pełne typu PS (200);
• typu filigran zbrojony.

Dobór płyt zależy od rozstawu ścian nośnych, typu łączników balkonowych, projektowanych obciążeń i grubości stropów oraz wymagań klienta. Wybór typu stropu zwykle nie powoduje zmiany układu konstrukcyjnego czy wysokości i pozwala na zastosowanie zakładanego przez zamawiającego typu łączników balkonowych.

Ważnym tematem w kontekście zastosowania prefabrykacji jest akustyka. W przypadku np. stropów z płyty HC150 bez warstw wykończeniowych uzyskiwane są następujące wskaźniki: wskaźnik izolacyjności akustycznej Ra1 (powietrze, bytowe) = 52 dB; wskaźnik tłumienia dźwięków uderzeniowych Lnw (uderzeniowe) = 68 dB. Z warstwami wykończeniowymi Lnw zmniejsza się do wartości 39 dB. Producenci wykonali analizy stropów dla płyty pełnej 150, 200, 230 mm oraz płyty kanałowej HC150, HC200, HC265. Izolacyjność akustyczna Ra1 (od dźwięków powietrznych) waha się dla nich 52-59 dB. Izolacyjność Lnw od dźwięków uderzeniowych waha się dla ww. przekrojów w granicach 36-68 dB. Zbadane wartości nie uwzględniają przenoszenia bocznego (K), ponieważ ten współczynnik można określić dopiero po zapoznaniu się z rozwiązaniami materiałowymi i detalami połączeń dla konkretnego projektu (zazwyczaj pogarsza on wskaźnik o kilka dB).

Zalety stosowania różnych typów stropów:

• Płyty kanałowe typu HC są najtańsze i najszybsze w produkcji. Termiczne systemowe łączniki balkonowe są możliwe do zastosowania po wykonaniu lokalnych uzupełnień monolitycznych;
• Płyty pełne typu HM są nieco droższe podczas zakupu, nadbeton wykonywany na budowie pozwala na montaż łączników balkonowych systemowych oraz monolityzację belek transferowych (istotne przy większych obciążeniach i w celu zmniejszenia wysokości np. garażu);
• Stropy z płyt typu filigran są porównywalne cenowo (w odniesieniu do stropów z płyt typu HM), jednak ich montaż jest droższy i bardziej czasochłonny. Wpływa na to większa ilość stali, betonu wylewanego na budowie i konieczność stosowania podpór montażowych na trzech kondygnacjach poniżej realizowanej, co opóźnia przekazanie frontu robót wewnątrz budynku.

Czytaj też: Zintegrowane obiekty mostowe z prefabrykatów żelbetowych

Ściany

Prefabrykowane mogą zostać wszystkie ściany budynku. Typy stosowanych ścian w danym projekcie i ich gabaryty projektowane są z uwzględnieniem wymagań klienta, możliwości logistycznych czy nośności dźwigu. W zależności od technologii wykonania i zastosowania ściany możemy podzielić na: jednowarstwowe (międzylokalowe, między drogami komunikacyjnymi i lokalami, klatek schodowych, szybu windowego, zewnętrzne – do dalszego wykończenia na budowie); dwuwarstwowe (zewnętrzne, między drogami komunikacyjnymi i lokalami); trójwarstwowe (zewnętrzne, między komunikacją i lokalami).

Zwykle ściany te mają następujące wymiary:

• długość: 6,0-8,0 m;
• wysokość: 2,80-3,00 m;
• grubość warstwy nośnej: 17-20 cm dla ścian wewnętrznych, 15 cm dla ścian zewnętrznych;
• grubość warstwy elewacyjnej ściany trójwarstwowej: 4-7 cm;
• minimalna szerokość filarków międzyokiennych: 30 cm;
• minimalna wysokość nadproży: 25 cm.

Dla ścian trójwarstwowych można zastosować dowolną izolację termiczną, dostosowaną do wymagań i specyfiki danego projektu, np.: wełnę mineralną, EPS, PIR, neopor. Ze względu na bardzo szerokie możliwości produkcyjne dostawców prefabrykatów w zasadzie nie ma ograniczeń co do wymiarów czy typów stosowanych ścian.

Przykłady

• Projekt: strop monolityczny grubości 20 cm.

Zmiana: zastosowanie płyty pełnej HM 125+75, w warstwie drugiej fazy 75 mm osadzone zostają łączniki balkonowe;

• Projekt: strop monolityczny grubości 18 cm.

Zmiana: zastosowanie płyty pełnej HM 100 + 80; w warstwie drugiej fazy 80 mm osadzone zostają łączniki balkonowe;

• Projekt: strop monolityczny grubości 20 cm.

Zmiana: zastosowanie płyt kanałowych HC 200; balkony zamontowane zostają na odciągach (rozwiązanie popularne w Skandynawii).

Mostki termiczne

Mostki termiczne są w miejscach połączeń między elementami niwelowane przez zastosowanie dodatkowej wełny mineralnej w miejscach spoin.

Warstwa konstrukcyjna między elementami wypełniana jest zaprawą niskoskurczową, a spoina warstwy elewacyjnej – sznurem dylatacyjnym i elastycznym materiałem uszczelniającym.

mgr inż. Marcin Kaśkosz

mgr inż. Łukasz Majchrzak

mgr inż. Maciej Putowski

mgr Ligia Szulc

mgr inż. Edward Więcek

Zdjęcia: Pekabex