Montované objekty z prostorových jednotek

Abstract

Diplomová práce se zabývá návrhem modulárního systému pro výstavbu montovaných objektů z prostorových jednotek. Ve stručném obecném úvodu do problematiky modulární výstavby jsou nejprve představeny základní principy a možná konstrukční řešení prostorové prefabrikace. Poté je představen koncept vlastního návrhu modulárního konstrukčního systému. Jednotlivé fáze návrhu jsou detailně rozebrány a doplněny o grafickou prezentaci zvoleného řešení, jehož volba je zdůvodněna. První část práce je věnována konstrukčnímu návrhu jednotlivých modulů. V druhé části práce je konstrukční řešení aplikováno při návrhu kompletního nízkopodlažního nízkoenergetického objektu. Třetí část práce tvoří doplnění architektonicko-stavební části o koncepci systémů technického zařízení budov a vyhodnocení provozní fáze životního cyklu budovy z pohledu energetické náročnosti a dopadu na životní prostředí. Cílem práce je představení vlastního optimalizovaného systému pro návrh pasivních a nízkoenergetických budov se zdravým vnitřním prostředím, ekonomickým provozem a nízkým environmentálním dopadem při zachování výhod modulární architektury. Dílčími fázemi konstrukčního návrhu montovaných objektů z prostorových jednotek je návrh primární a sekundární nosné konstrukce, návrh vnějších obalových konstrukcí včetně řešení osazení výplní otvorů, návrh vnitřních dělících konstrukcí a koncepce výrobního procesu. Představen je také koncept architektonického návrhu objektů a tvorby projektové dokumentace prostřednictvím BIM modelování. Návrh typového objektu se zabývá architektonickým návrhem vnějšího vzhledu, vnitřních dispozic a koncepcí systémů technického zařízení budov pro dosažení maximálního komfortu užívání při minimalizaci negativního vlivu na vnější prostředí. Součástí návrhu je analýza energetické náročnosti objektu. Pro návrh byla zvolena lehká hybridní ocelo-dřevěná nosná konstrukce otevřených modulů, které lze vzájemně propojovat a vytvářet tak variabilní skladbu výsledné budovy. Prostorový rám je navržen ve více tvarových variantách umožňujících prostorovou prefabrikaci i podkrovních částí objektu. Komplexním přístupem návrhu bylo dosaženo celkově optimalizovaného konstrukčního a technologického řešení. Prefabrikace budovy spočívá ve výrobě plně vybavených modulů ve výrobní hale mimo staveniště, které jsou následně dopraveny na staveniště, kde jsou propojeny ve výsledný objekt. Vnější opláštění budovy je prováděno dodatečně na staveništi. Vhodně zvolenými konstrukčními prvky a jejich vzájemnou interakcí bylo dosaženo tepelně technických parametrů obálky budovy na úrovni pasivního domu. Navržený systém byl aplikován pro návrh typového objektu rodinného domu, jehož prostřednictvím došlo k ověření použitelnosti systémového řešení pro návrh nízkopodlažních objektů malého rozsahu. Konstrukční návrh byl doplněn o koncepci systémů vytápění, větrání, přípravy teplé vody a využití obnovitelných zdrojů energie, což umožnilo vyhodnocení energetické náročnosti objektu. Navržený rodinný dům je v hlavních sledovaných ukazatelích klasifikován energetickou třídou A značící mimořádně úspornou budovu. Koncepční řešení vlastního návrhu modulárního systému určeného pro zvýšení udržitelnosti výstavby má potenciální možnost uplatnění v praxi za předpokladu provedení detailní statické analýzy nosné konstrukce a ekonomického rozboru včetně rizikové analýzy celého projektu.

The diploma thesis deals with design of a modular system for construction of prefabricated buildings from volumetric units. In a brief general introduction to the problems of modular construction, basic principles and possible structural solutions of the prefabrication are presented. Afterwards, concept of the custom design of modular construction system is introduced. The individual phases of the design are analysed in detail and accompanied by graphical presentation of the chosen solution, the choice of which is justified. The first part of the thesis is devoted to the design of individual modules. In the second part of the thesis, the design solution is applied when designing a complete low-floor low-energy building. The third part of the thesis is a completion of the architectural and construction part by concept of systems of building equipment and evaluation of the life cycle assessment of the building, which has been done in terms of energy consumption and impact on the environment. The aim of the thesis is to introduce an optimized system for the design of passive and low-energy buildings with a healthy indoor environment, economic operation and low environmental impact while preserving the advantages of modular architecture. The partial phases of the design of the prefabricated buildings from the volumetric units are design of the primary and secondary supporting structure, design of the outer packaging structures including solution of the openings, design of the internal dividing structures and concept of the manufacturing process. Concept of architectural design of buildings and creation of project documentation by means of BIM modelling is also presented. The design of the building deals with architectural design of the external appearance, interior layout and concept of the technical building equipment in order to achieve the maximum comfort of use while minimizing negative impact on the external environment. Analysis of the energy consumption of the building constitutes part of the design. A lightweight hybrid steel-wood load-bearing structure of open modules was chosen for the design. It may be interconnected to create a variable composition of the building. The space frame is designed in several shape variants allowing volumetric prefabrication of loft-rooms. Overall optimized design and technological solution was achieved by the comprehensive approach of the design. The prefabrication of the building consists in manufacture of fully equipped modules in the manufacture hall off-site, which are then transported to the site where they are interconnected into the final building. The outer cladding of the building is done additionally on the building site. Appropriately chosen structural elements and their interaction have achieved the thermal-technical parameters of the building envelope at the level of a passive house. The system design was applied to the design of a family house to verify the usability of the system design solution for small-scale low-floor buildings. The design was complemented by the concept of heating, ventilation, hot water preparation and use of renewable energy resources, which enabled to evaluate the energy consumption of the building. The designed family house is in the main monitored indicators classified as energy class A, which indicates an extraordinarily energy-effective building. The conceptual solution of the custom modular system design intended for increasing sustainability of the construction has the potential to be put into practice, provided that a detailed static analysis of the load-bearing structure and economic analysis including risk analysis of the whole project will be carried out.