Série de sistemas técnicos de construção modular de Guangzhou — o sistema de construção modular em pórticos da China Construction Fourth Engineering Bureau

Fonte: China Construction Fourth Engineering Bureau (CSCEC 4th Bureau); GICIBA; Associação Municipal de Guangzhou de Construção Inteligente e Edifícios Industrializados

Compilado pela Prefabricated Building Network

Para promover o desenvolvimento de alta qualidade da indústria de construção inteligente e edifícios industrializados do nosso município, liderando a implementação prática da construção modular, sob a orientação do Bureau Municipal de Habitação e Construção, e mediante a avaliação conjunta de especialistas de renome organizada pela Associação Municipal de Construção Inteligente e Edifícios Industrializados em parceria com a Associação Municipal de Investigação e Projeto, com verificação experimental multidimensional e validação em obras reais, o sistema tecnológico de edifícios modulares com estrutura de pórtico da CSCEC 4th Bureau foi certificado e lançado com sucesso. Voltado ao segmento de edifícios de baixa e média altura, o sistema tem como núcleo a "pré-fabricação integrada em fábrica e montagem rápida em obra", abrangendo tecnologias-chave como projeto modular padronizado, conexões de nós confiáveis e gestão digitalizada de todo o processo. Sua segurança estrutural, eficiência construtiva e desempenho verde e de baixo carbono foram plenamente comprovados em obras reais, oferecendo soluções maduras e aplicáveis de construção industrializada para tipos de edifícios como escolas, dormitórios, edifícios de escritórios e residências civis.

Prefácio

Para responder ativamente ao chamado nacional de promoção da construção de "boas moradias" e apoiar o desenvolvimento integrado da industrialização da construção e da construção inteligente, a China Construction Fourth Engineering Bureau Co., Ltd. (doravante designada "CSCEC 4th Bureau") desenvolveu de forma independente o "Sistema de Edifícios Modulares com Estrutura de Pórtico". Destinado a edifícios de baixa e média altura, como escolas, dormitórios, hotéis, apartamentos, edifícios de escritórios e residências civis, o sistema oferece uma nova solução de construção industrializada. Seu núcleo consiste em dividir o edifício em unidades modulares padronizadas de pórtico de concreto, completando na fábrica a pré-fabricação integrada da estrutura, do envoltório, das instalações e dos acabamentos internos, transportando-as em seguida para o canteiro, onde são rapidamente montadas por meio de técnicas confiáveis de conexão seca ou parcialmente úmida, formando o edifício completo. Essa abordagem concretiza a industrialização da produção e a montagem da construção, elevando significativamente a eficiência construtiva e a qualidade da obra. Atualmente, o sistema já foi aplicado com sucesso em projetos como o edifício da delegacia de polícia do empreendimento "Chuntianli", no distrito de Huadu, em Guangzhou, tendo passado pela avaliação de especialistas organizada pelo Bureau Municipal de Habitação e Desenvolvimento Urbano-Rural de Guangzhou. Essa iniciativa oferece um caminho tecnológico replicável e promovível, além de um modelo prático, para o desenvolvimento da nova industrialização da construção em Guangzhou, apresentando um significado demonstrativo positivo para o setor.

▲Empreendimento Chuntianli

1. Contexto tecnológico

Atualmente, o processo de urbanização do nosso país continua a se acelerar e a indústria da construção encontra-se em uma fase crucial de transformação e atualização. Os métodos tradicionais de construção enfrentam desafios práticos comuns, como ciclos de obra longos, elevada poluição ambiental e alto consumo de recursos.

Nesse contexto, o sistema de edifícios modulares com estrutura de pórtico desenvolvido pela CSCEC 4th Bureau não apenas responde à orientação política nacional de promoção de edifícios verdes e construção inteligente, mas também, graças às suas múltiplas vantagens de eficiência, proteção ambiental e qualidade controlável, oferece uma solução industrializada totalmente nova para diversos tipos de edifícios de baixa e média altura. A divulgação e aplicação deste sistema elevará efetivamente o nível geral de industrialização do setor, impulsionando a indústria da construção em direção a um desenvolvimento mais sustentável e eficiente.

2. Conteúdo tecnológico

O sistema de edifícios modulares com estrutura de pórtico da CSCEC 4th Bureau tem como componente principal o módulo de pórtico de concreto, apresentando a característica tecnológica marcante de "dispensar escoramento". Cada unidade modular padronizada inclui pilares estruturais, vigas de pórtico, lajes compostas, placas de fundo pré-fabricadas e divisórias internas em ALC. Todos os componentes são pré-fabricados na fábrica e integram acabamentos, instalações e esquadrias, formando unidades modulares que podem ser transportadas como um todo.

Orientado pela otimização de custos, o sistema integra um sistema padronizado de nós de conexão tecnicamente confiável, permitindo operações sem escoramento no canteiro de obras, reduzindo significativamente o ciclo de construção local e diminuindo o custo de construção global.

O núcleo deste sistema consiste em dividir o edifício em módulos espaciais tridimensionais independentes em forma de "caixa", conforme os ambientes funcionais (escritórios, dormitórios, banheiros etc.). Cada módulo é pré-fabricado e integrado em uma fábrica inteligente, de forma semelhante à fabricação de automóveis, contemplando a estrutura de pórtico de concreto (pilares, vigas, lajes de piso), painéis de parede internos e externos, portas e janelas, instalações (água e esgoto, elétrica, HVAC), acabamentos internos (paredes, pisos, tetos) e até mobiliário fixo e louças sanitárias, com grau de integração global superior a 90%. Assim, a construção no canteiro é significativamente simplificada, consistindo principalmente no içamento integral dos módulos, no posicionamento preciso e em conexões confiáveis, reduzindo consideravelmente os trabalhos úmidos no local, a emissão de resíduos de construção e a dependência de grande quantidade de mão de obra.

(1) Unidade modular de pórtico de concreto

Atua como principal unidade espacial funcional. Pré-fabricada de forma integrada na fábrica, inclui componentes estruturais como pilares de pórtico, vigas de pórtico e lajes de piso, além de componentes não estruturais e elementos como paredes externas, divisórias internas, instalações e acabamentos internos, com altíssimo grau de integração. É adequada para escritórios, salas de prontidão, salas de reunião etc.

▲Integração das instalações do módulo

▲Integração de água, esgoto e HVAC do módulo

▲Integração dos acabamentos do módulo

Integração da unidade modular de pórtico de concreto

(2) Módulo integrado de laje de piso e sistemas de instalações (módulo MiMEP)

Em áreas comuns, como corredores, o sistema adota de forma inovadora a tecnologia de pré-fabricação integrada de tubulações, realizando na fábrica a pré-fabricação integrada da estrutura da laje de piso com os sistemas de instalações, como leitos de cabos de alta tensão, leitos de cabos de baixa tensão, iluminação de emergência e alarme de incêndio.

▲Esquema do módulo MiMEP de corredor

3. Pontos-chave tecnológicos

3.1 Nós de conexão

A confiabilidade dos nós de conexão é a chave do sistema, dividindo-se principalmente em conexões verticais e horizontais:

(1) A conexão vertical entre módulos é realizada principalmente por meio de processos confiáveis como luvas de graute e ancoragem por graute, garantindo a continuidade das armaduras dos pilares pré-fabricados entre os pavimentos superior e inferior. Durante a construção, antes do içamento, é aplicada uma camada de argamassa de assentamento nas paredes inferiores e no topo dos pilares, para assegurar transferência uniforme de cargas e conexão firme e estável.

(2) Pontos-chave:

① Os pilares dos módulos são normalmente configurados com 4 barras de armadura de canto de grande diâmetro como principais armaduras para a conexão vertical.

② Antes do içamento, são colocadas placas de assentamento e argamassa de assentamento no topo dos pilares do módulo inferior, garantindo superfície de contato compacta e transmissão uniforme das forças.

③ Este método de conexão apresenta desempenho mecânico confiável, alcançando comportamento estrutural equivalente ao de estruturas moldadas in loco, sendo adequado para regiões com intensidade sísmica de projeto de grau 8 ou inferior.

▲Nó de conexão vertical entre módulos (principal)

(3) A conexão horizontal entre módulos é realizada por meio de vigas de concreto moldadas in loco, garantindo uma conexão confiável entre os pilares pré-fabricados adjacentes à esquerda e à direita; no modelo de cálculo estrutural, essa conexão pode ser considerada como barra rígida. O sistema de piso adota lajes compostas combinadas com vigas compostas; no cálculo global, a laje de piso pode ser considerada como laje rígida.

Pontos-chave:

① Na fase de pré-fabricação, os módulos já possuem armaduras de conexão embutidas nas faces laterais dos pilares adjacentes, incluindo armaduras positivas e negativas das vigas, preparando-se para as conexões horizontais subsequentes.

② Após o içamento e posicionamento no canteiro, são montadas fôrmas nos espaços reservados entre os módulos, amarradas armaduras adicionais e, em seguida, é lançado o concreto, formando uma conexão horizontal com boa integridade global.

③ O sistema de piso emprega a tecnologia de laje composta; os módulos já vêm com placa de topo pré-fabricada e, no canteiro, a camada composta moldada in loco é concretada em conjunto com as vigas dos módulos e as vigas de conexão moldadas in loco, formando um sistema de piso rígido.

▲Nó de conexão horizontal entre módulos (principal)

3.2 Integração de instalações e acabamentos internos

A integração das instalações e dos acabamentos internos do sistema segue os princípios de "separação entre instalações e estrutura" e "projeto integrado".

(1) Integração das instalações: tubulações de água e esgoto, elétricas e de HVAC são previamente embutidas nas paredes e lajes dos módulos na fábrica. As interfaces de conexão das tubulações são deixadas nas bordas dos módulos, de modo que no canteiro basta realizar o acoplamento entre os módulos. Por exemplo, os eletrodutos elétricos são conectados dentro da placa de topo por meio de caixas de passagem e conduítes embutidos; as tubulações de água e esgoto são conectadas no canteiro aos tubos de queda por meio de juntas de vedação e buchas embutidas.

(2) Divisórias internas (como painéis ALC), bases de parede, perfis de teto rebaixado e até parte dos materiais de revestimento (como pintura e bases de cerâmica) são executados na fábrica. No canteiro, são realizados principalmente o tratamento das juntas, o revestimento ou pintura final e o arremate das interfaces de acabamento entre módulos diferentes.

3.3 Cálculo de projeto e verificação por simulação

A simulação estrutural deste sistema adota um método que combina análise global e refinamento local. Primeiro, por meio do cálculo do modelo global, determinam-se a resposta estrutural global e a distribuição de esforços internos, identificando-se as posições locais com cargas mais desfavoráveis; em seguida, para essas áreas críticas, com base nos esforços internos do modelo global, realiza-se uma análise refinada por elementos finitos. Por fim, combinando os resultados globais e locais, é feita uma avaliação abrangente da segurança estrutural.

(1) Análise do modelo global: é estabelecido um modelo estrutural global que inclui todas as unidades modulares e os nós de conexão moldados in loco, adotando-se a hipótese de laje rígida e calculando-se a resposta global da estrutura sob ação do vento e de sismos, incluindo indicadores-chave como deslocamentos, períodos e esforços internos.

▲Modelo de cálculo estrutural

(2) Análise refinada por elementos finitos em áreas críticas: para áreas críticas como nós de vigas rígidas moldadas in loco, é realizada uma análise refinada por elementos finitos, verificando se a capacidade de carga, o desempenho de deformação e o controle de fissuras sob cargas de projeto atendem às exigências das normas pertinentes.

(3) Verificação das fases de içamento e construção: é realizada análise de simulação das condições mais desfavoráveis durante os processos de desmoldagem, transporte e içamento dos módulos, garantindo que as deformações e tensões geradas em cada fase permaneçam dentro de limites seguros e assegurando a segurança estrutural durante todo o processo construtivo.

▲Mapa de contorno de deformação estrutural do módulo

▲Mapa de contorno de tensão máxima da armadura estrutural do módulo

▲Análise da largura de fissuras

▲Mapa de contorno de tensão máxima de compressão do concreto da estrutura do módulo

Verificação do içamento e construção

4. Escopo de aplicação

Este sistema é aplicável a diversos tipos de edifícios de baixa e média altura, incluindo escolas, dormitórios, hotéis, apartamentos, edifícios de escritórios, residências civis e projetos de demolição e reconstrução no local (conforme tabela a seguir). O sistema é adequado para regiões com intensidade sísmica de projeto de grau 8 ou inferior; a altura do edifício não deve exceder 24 m, podendo, após avaliação específica, ser ampliada para até 40 m.

5. Verificação em obra

O Edifício n.º 13 da Delegacia de Polícia do empreendimento "Chuntianli", em Huadu, Guangzhou, é uma obra típica de aplicação bem-sucedida deste sistema; no projeto foram concluídos cálculos estruturais abrangentes e a obra passou com sucesso pela verificação de construção e pela avaliação de especialistas.

▲Divisão dos tipos de módulos do empreendimento

6.1 Planejamento do local de produção

Seguindo o princípio de "zonas funcionais e fluxo contínuo", são delimitadas 5 áreas principais, com área total de aproximadamente 2248 ㎡ (5 oficinas, linha de produção única):

▲Diagrama do sistema de planejamento do local de produção

6.2 Solução de fôrmas

É adotada uma solução de fôrma integral. A fôrma deve possuir capacidade de carga, rigidez e estabilidade suficientes, garantindo que durante a produção do MiC possa suportar com segurança o peso do concreto lançado, a pressão lateral e as cargas de trabalho. A fôrma deve ser de fácil montagem e desmontagem, além de facilitar a instalação das armaduras e o lançamento e a cura do concreto. As peças da fôrma devem estar firmemente conectadas entre si, e todos os elementos embutidos no MiC devem possuir medidas confiáveis de fixação.

▲Solução de fôrma do módulo

6.3 Fluxo de produção da estrutura do módulo

Fabricação da gaiola de armadura → Fechamento da fôrma externa → Colocação da gaiola de armadura do pilar na fôrma → Amarração da placa de fundo → Instalação de peças embutidas e reservadas → Inspeção oculta das instalações embutidas → Fechamento da fôrma interna → Inspeção da fiscalização antes da concretagem → Concretagem da placa de fundo → Instalação da laje composta do topo → Concretagem integral → Desmontagem da fôrma interna → Desmontagem da fôrma externa → Desmoldagem do módulo → Reparo do módulo.

▲Fluxo de produção da estrutura do módulo

6.4 Fluxo de produção dos acabamentos do módulo (com intercalação de instalações)

Reforço e instalação do módulo → Instalação dos painéis de parede ALC → Instalação dos eletrodutos elétricos → Primeira demão de massa corrida nas paredes → Acabamento do piso → Instalação dos batentes de portas e janelas → Segunda demão de massa corrida nas paredes → Acabamento das paredes externas → Instalação do teto rebaixado → Instalação de espelhos e luminárias → Instalação dos vidros das janelas → Instalação das folhas de porta → Proteção do produto acabado.

▲Fluxo de produção dos acabamentos do módulo

7. Construção por içamento dos módulos

O fluxo de içamento tem como núcleo: "preparação da obra → inspeção de recebimento dos módulos → tratamento da base e aplicação de argamassa de assentamento → içamento do módulo → ajuste de posicionamento no ar → posicionamento preciso do módulo → conexão dos nós (graute/concretagem posterior) → ciclo camada por camada".

Inspeção de recebimento dos módulos: verificação do certificado de conformidade e dos documentos de qualidade do módulo, inspeção da qualidade aparente, dos desvios dimensionais e das especificações e posições das peças embutidas e reservadas, além do registro no sistema de rastreabilidade de qualidade por meio de leitura de código.

▲Procedimento de inspeção

Tratamento da base e assentamento: sobre a base (placa de topo do módulo inferior ou laje moldada in loco) é aplicada a argamassa de assentamento, e nas posições correspondentes aos pés dos pilares do módulo são colocadas placas de nivelamento, para controlar a cota de instalação e garantir distribuição uniforme das forças.

Içamento e posicionamento do módulo: conectar firmemente o dispositivo de içamento específico aos olhais embutidos no topo do módulo, garantindo que o ângulo entre o cabo de içamento e a direção horizontal seja não inferior a 60°. O módulo é içado lentamente até 100–200 mm acima do solo, onde fica suspenso, verificando-se a carga nos dispositivos de içamento e o equilíbrio do módulo. Sob a orientação do sinaleiro, é transportado até acima da posição de instalação, com auxílio de cabos de vento para ajuste da direção, descendo lentamente. A 50–200 mm da superfície de instalação, é feito o alinhamento preciso e então concluído o posicionamento.

8. Características do sistema

(1) Alta integração, qualidade controlável: os módulos são produzidos em linha de montagem na fábrica, alcançando precisão de fabricação em nível milimétrico, com qualidade uniforme e estável, superando efetivamente desde a origem as flutuações de qualidade e os defeitos construtivos comuns na execução tradicional em canteiro de obras.

(2) Eficiente e rápido, verde e de baixo carbono: o sistema reduz o prazo de obra em mais de 50% em comparação aos métodos tradicionais, diminui os resíduos de construção em mais de 75% e reduz a mão de obra no canteiro em mais de 70%, atenuando significativamente o impacto sobre o entorno e refletindo a dupla vantagem da construção industrializada em termos de eficiência e sustentabilidade.

(3) Conexões confiáveis, desempenho mecânico equivalente ao moldado in loco: por meio de tecnologias confiáveis de conexão vertical e horizontal, garante-se conexão firme entre os módulos, fazendo com que o desempenho estrutural global atinja o padrão "equivalente ao moldado in loco", atendendo plenamente aos requisitos de projeto sísmico.

(4) Projeto padronizado, combinações diversificadas: o sistema segue o princípio de projeto de "poucas especificações, múltiplas combinações", alcançando a unidade entre padronização e diversidade. Tomando como exemplo o empreendimento Chuntianli, apenas três tamanhos padronizados de módulos foram utilizados para atender, por meio de combinações flexíveis, às diversas necessidades espaciais e funcionais do edifício da delegacia de polícia.

(5) Gestão digitalizada de todo o processo: com base na tecnologia BIM, o sistema alcança a gestão digitalizada de todo o processo, abrangendo projeto direto, simulação de produção e construção, e vinculando-se ao modelo BIM por meio de códigos QR, permitindo rastreabilidade de qualidade em todo o ciclo de vida, do projeto, produção, transporte e içamento até a O&M.

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