Budownictwo prefabrykowane, czyli wznoszenie domów z gotowych modułów, kojarzy się z modnym niegdyś budowaniem domów z wielkiej płyty. Teraz wraca ono do łask. W Skandynawii nawet 8 na 10 domów mieszkalnych powstaje właśnie z gotowych elementów. Ten rodzaj budownictwa zyskuje popularność także m.in. w Niemczech i Wielkiej Brytanii, dlatego coraz więcej firm zajmuje się w tych krajach produkcją prefabrykatów niezbędnych do budowy tego typu obiektów. Domy budowane z prefabrykatów pojawiają się też w Polsce.

Przewagą tego rodzaju budownictwa jest większa dokładność, ale także szybki czas realizacji. Przygotowanie prefabrykatów odbywa się niezależnie od warunków pogodowych, dzięki czemu termin powstania elementów, a w dalszej kolejności - całego domu, nie jest uwarunkowany porą roku.

Moduły często składają się wyłącznie z surowych elementów. Zdarza się jednak, że na plac budowy dostarczane są gotowe pomieszczenia o określonym przeznaczeniu. Przygotowane tą metodą boksy mają już wszystkie niezbędne otwory oraz kanały technologiczne służące do rozprowadzania instalacji elektrycznej, centralnego ogrzewania, a także instalacji wodnej czy kanalizacyjnej, dzięki czemu czas niezbędny na wykonanie prac wykończeniowych wewnątrz domu jest znacznie krótszy. Ba, jeśli życzą sobie tego inwestorzy, moduły mogą zostać dostarczone nawet z przymocowaną już wykładziną podłogową.

Absolwenci uczelni w cenie

Pracami badawczymi dotyczącymi budownictwa z prefabrykatów zajmują się także naukowcy z Politechniki Koszalińskiej. Badania realizują wspólnie z firmą WascoVilla z Kanina pod Sławnem, która od 30 lat zajmuje się budownictwem, a od blisko 20 lat specjalizuje się w projektowaniu i montażu konstrukcji drewnianych w różnych obiektach.

Współpraca uczelni z tą firmą nie jest przypadkowa. Absolwenci Politechniki Koszalińskiej niemal od początku istnienia spółki znajdują w niej zatrudnienie. Nadzorują place budowy, zajmują się pracami projektowo-konstrukcyjnymi.

– Bez inżynierów po waszej uczelni trudno byłoby nam sprostać wymaganiom rynku – zaprojektować, nadzorować budowę i wykonać gotowy obiekt – podkreśla Dariusz Wasylew, prezes firmy WascoVilla. Od kilkunastu lat spółka przygotowuje domy z gotowych modułów, do tej pory były to jednak głównie obiekty jednokondygnacyjne. - Przygotowanie gotowych elementów jest tańsze, pozwala na zachowanie większej precyzji, bo wszystko odbywa się w hali produkcyjnej pod okiem doświadczonych technologów i przy pomocy nowoczesnego sprzętu – wyjaśnia Dariusz Wasylew. – W budownictwie brakuje pracowników. A produkcja prefabrykatów jest w dużym stopniu zautomatyzowana. Braki kadrowe stają się dzięki temu mniej odczuwalne.

Pojawił się więc projekt badawczo-rozwojowy, w którym przewidziano zaprojektowanie i zbadanie systemu rozwiązań umożliwiających wznoszenie w tej technologii wielorodzinnych budynków mieszkalnych. Idea jest taka, by moduły przyszłych domów powstawały w zakładzie prefabrykacji. Na placu budowy odbywałoby się tylko łączenie tych elementów i odpowiednie przygotowanie wnętrza.

Firma przygotowuje moduły, wykorzystując drewno jako główny materiał konstrukcyjny (wypełnienie stanowi wełna mineralna).

– Drewno jest od wieków znanym materiałem budowlanym. Świetnie sprawdza się jako izolator – dodaje prezes firmy WascoVilla. – Jest bardzo popularne w Skandynawii. U nas też zaczyna zdobywać uznanie.

Okazało się, że jest jeden kłopot. Na rynku brakuje gotowych łączników budowlanych gwarantujących trwałe i bezpieczne łączenie modułów wielokondygnacyjnych budowli. W jaki więc sposób połączyć te elementy? Rozwiązanie tego dylematu to właśnie zadanie specjalistów z Politechniki Koszalińskiej. Badaniami kieruje dr hab. inż. Jacek Domski, prof. PK, kierownik Katedry Budownictwa i Materiałów Budowlanych na Wydziale Inżynierii Lądowej, Środowiska i Geodezji naszej uczelni.

Nowo zaprojektowany system połączeń powinien być szybki i wygodny w montażu, a także odporny na oddziaływanie sił zewnętrznych. I, oczywiście - powinien mieć rozsądną cenę. Prace nad przygotowaniem technologii produkcji modułów służących do budowy domów wielorodzinnych oraz sposobu ich łączenia trwają od ubiegłego roku.

Projekt uzyskał dofinansowanie w ramach Działania 1.1 Projekty badawczo -rozwojowe przedsiębiorstw, Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Zachodniopomorskiego 2014-2020, współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego i jest realizowany pod nazwą „Prace B+R prowadzone przez firmę Wascovilla s.c. i Politechnikę Koszalińską nad stworzeniem kompleksu rozwiązań systemowych do budowy budynków mieszkalnych wielorodzinnych w systemie modułów mieszkalnych konstrukcji drewnianej łączonych na wysokość i długość budynku”.

Testy wytrzymałościowo-odkształceniowe połączeń

W pierwszym etapie prac naukowcy z naszej uczelni zaprojektowali trzy rodzaje łączników, wstępnie je przetestowali i przeprowadzili analizę numeryczną. Łączniki to odpowiednio ukształtowane płaskowniki z blachy stalowej przymocowane wkrętami do drewnianej konstrukcji.

– O trwałość stalowych łączników byliśmy spokojni, one mają wystarczającą nośność – wyjaśnia prof. Jacek Domski. – Więcej obaw budziła wytrzymałość miejsca łączeń z elementami drewnianymi. Uznaliśmy, że jest to najsłabszy element w całej konstrukcji.

Właśnie dlatego przeprowadzono badania towarzyszące, obejmujące sprawdzenie cech wytrzymałościowo-odkształceniowych wybranych węzłów konstrukcyjnych oraz badanie parametrów mechanicznych i termicznych zastosowanych materiałów. Na tej podstawie wybrano jeden system połączeń, który najbardziej odpowiada stawianym oczekiwaniom.

W kolejnym etapie wykonano laboratoryjny model badawczy w skali rzeczywistej, stosując wytypowany system połączeń. Model został częściowo wykonany w zakładzie prefabrykacji zaś ostatecznie złożono go w laboratorium uczelni. Tu zostanie on poddany wszechstronnym testom. Po pierwsze, wykonane zostaną badania tłumienia dźwięku. – W trosce o komfort przyszłych użytkowników budynku, sprawdzimy jaki poziom dźwięków przenika do wnętrza modelu – tłumaczy prof. Jacek Domski.

Drugi rodzaj testów dotyczyć będzie odporności na obciążenia dynamiczne (wyjątkowe). Laboratoryjny obiekt badawczy zostanie poddany drganiom wymuszonym. W ten sposób będzie można sprawdzić, czy ulega odkształceniom pod wpływem tego rodzaju sił. Wszystko to pozwoli sprawdzić, jak silne są łączenia modułów. Dzięki nim można też będzie ocenić sztywność ścian budynku.

Będzie linia do produkcji domów

W końcowym etapie realizacji projektu, w warunkach rzeczywistych – na terenie firmy WascoVilla – powstanie pełnowymiarowy budynek składający się z 27 modułów mieszkalnych oraz 9 dachowych. Obiekt zostanie poddany wszechstronnym obserwacjom. Chodzi o to, by sprawdzić, czy pod wpływem zmieniających się warunków atmosferycznych obiekt ulega deformacji (przemieszczenia, odkształcenia). Pomiary pozwolą sprawdzić wpływy termiczno-wilgotnościowe wynikające ze zmieniających się pór roku, na odkształcenia budynku. Planowana jest także analiza akustyczna gotowego obiektu.

Firma WascoVilla przygotowuje się do uruchomienia linii produkcyjnej i opracowania procesów umożliwiających wytwarzanie na szerszą skalę modułów budynków wielokondygnacyjnych.

Realizacja projektu potrwa do końca 2023 roku. Wtedy też powstaną pierwsze domy w nowej technologii.

Na zdjęciach: (u góry): dr hab. inż. Jacek Domski, prof. PK (po prawej) i Dariusz Wasylew, prezes firmy WascoVilla, w trakcie przygotowań do testów w Laboratorium Konstrukcji i Materiałów Budowlanych Wydziału Inżynierii Lądowej, Środowiska i Geodezji;

(na dole): prace przy montażu modelu badawczego w uczelnianym laboratorium.

Zdjęcia: Adam Paczkowski/Politechnika Koszalińska