The Trends in Prefabricated High­Rise Housing Construction: World and Domestic Experience

To reduce the time of civil construction, modern industrial technologies of high­rise housing construction are considered. Construction based on precast reinforced concrete has a competitive advantage over in­situ housing construction in their mass production. Based on the analysis of world experience in high­rise prefabricated housing construction shows the possibilities of using prefabrication construction for buildings with a height of more than 200 m. In Russia, the experience of high­rise prefabricated housing construction is practically absent. At present, the PIK company is implementing the first 33­storey residential large­panel houses of the PIK platform. The article discusses the analysis of foreign and domestic experience in the implementation of high­rise structural buildings. The issues of design, scientific research, production, installation, quality control and monitoring of the state of structures during the life cycle of a high­rise large­panel building are outlined. The successful application of industrial building technologies based on prefabricated reinforced concrete makes it possible to ensure the quality of large­panel housing construction, increase the rate of construction of building structures by 2–3 times and reduce its time compared to in­situ buildings.

E.V. RUMYANTSEV, Head of the Design Department (This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.)

LLC “PIK­Management” (19/1, Barrikadnaya Street, Moscow, 123242, Russian Federation)

1. Singhal S., Chourasia A., Chellappa S., Parashar J. Precast reinforced concrete shear walls: State of the art review. Structural Concrete. 2019. Vol. 20. Iss. 3.DOI: https://doi.org/10.1002/suco.201800129
2. Михеев Д.В., Гурьев В.В., Дмитриев А.Н., Бачурина С.С., Яхкинд С.И. Развитие индустриального гражданского строительства и типового проектирования на современном этапе // Жилищное строительство. 2022. № 7. С. 41–52. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2022-7-41-52
2. Mikheev D.V., Guryev V.V., Dmitriev A.N., Bachurina S.S., Yakhkind S.I. Development of Industrial Civil Engineering and Standard Design at the Present Stage. Zhilishchnoe Stroitel’stvo [Housing Construction]. 2022. No. 7, pp. 41–52. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2022-7-41-52
3. Alfred A. Yee, Hon. D. Structural and economic benefits of precast/prestressed concrete construction. PCI Journal. 2001. Vol. 46. No. 4, pp. 34–42.
4. Boafo F.E., Kim J.H., Kim J.T. Performance of modular prefabricated architecture: case study-based review and future pathways. Sustainability. 2016. Vol. 558. No. 8 (6), pp. 1–16. DOI: https://doi.org/10.3390/su8060558
5. Chiang Y.-H., Edwin H.-W.C., Lok L.K.-L. Prefabrication and barriers to entry – a case study of public housing and institutional buildings in Hong Kong. Habitat International. 2006. No. 30, pp. 482–499. DOI: doi:10.1016/j.habitatint.2004.12.004
6. Smith R.E.S. Prefab architecture: a guide to modular design and construction. The USA. John Wiley & Sons Inc., 402 p.
7. Николаев С.В., Шрейбер А.К., Этенко В.П. Панельно-каркасное домостроение – новый этап развития КПД // Жилищное строительство. 2015. № 2. C. 3–7.
7. Nikolaev S.V., Schreiber A.K., Etenko V.P. Panel-frame housing construction – a new stage in the development of large-panel construction. Zhilishchnoe Stroitel’stvo [Housing Construction]. 2015. No. 2. C. 3–7. (In Russian).
8. Дубынин Н.В. От крупнопанельного домостроения ХХ в. к системе панельно-каркасного домостроения ХХI в. // Жилищное строительство. 2015. № 10. C. 12–19.
8. Dubynin N.V. From large-panel housing construction of the twentieth century. to the system of panel-frame housing construction of the XXI century // Zhilishchnoe Stroitel’stvo [Housing Construction]. 2015. No. 10, pp. 12–19. (In Russian).
9. Сапачева Л.В. Модернизация крупнопанельного домостроения – локомотив строительства жилья экономического класса // Жилищное строительство. 2011. № 6. C. 2–6.
9. Sapacheva L.V. Modernization of large-panel housing construction – the locomotive of economy class housing construction. Zhilishchnoe Stroitel’stvo [Housing Construction]. 2011. No. 6, pp. 2–6. (In Russian).
10. Bester N. Concrete for high-rise buildings: performance requirements, mix design and construction consideration. Structural Concrete Properties and Practice. 2013, pp. 1–4.
11. Aoyama H. Design of modern highrise reinforced concrete structures. London: Imperial College Press. 2001. 442 p.
12. Clark G. Challenges for concrete in tall buildings. Structural Concrete. 2014. Vol. 15. Iss. 4, pp. 448–453. DOI: https://doi.org/10.1002/suco.201400011
13. Каприелов С.С., Травуш В.И., Карпенко Н.И., Шейнфельд А.В., Кардумян Г.С., Киселева Ю.А., Пригоженко О.В. Модифицированные бетоны нового поколения в сооружениях ММДЦ «Москва-Сити» // Строительные материалы. 2006. № 10 (622). C. 13–17.
13. Kaprielov S.S., Travush V.I., Karpenko N.I., Sheinfeld A.V., Kardumyan G.S., Kiseleva Yu.A., Prigozhenko O.V. Modified concretes of a new generation in the structures of MIBC «Moscow-City». Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2006. No. 10 (622), pp. 13–17. (In Russian).
14. Терехов И.Г., Могучева Т.А., Латыпова А.А., Самофеев Н.С. Методологические аспекты оптимизации качества формирования данных при выборе способа стандартизации требований к бетонным смесям и бетонных работ для высотных объектов // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ». 2017. Т. 9. № 6. https://naukovedenie.ru/PDF/94TVN617.pdf
14. Terekhov I.G., Mogucheva T.A., Latypova A.A., Samofeev N.S. Methodological aspects of optimizing the quality of data generation when choosing a method for standardizing the requirements for concrete mixtures and concrete work for high-rise objects. Internet journal «NAUKOVEDENIE». 2017. Vol. 9. No. 6. https://naukovedenie.ru/PDF/94TVN617.pdf
15. Peiretti H.C, Navarro M.G. Concrete in high-rise buildings: practical experiences in Madrid. Structural Concrete. 2010. Vol. 11. Iss. 2, pp. 83–92. DOI: 10.1680/stco.2010.11.2.83
16. Vambersky J.N.J.A High-rise buildings in the Netherlands: hybrid structure and precast concrete. CTBUH 2004. October 10–13, Seoul, Korea, pp. 136–143.
17. Фаликман В.Р. Бетоны заданной функциональности – «Умные бетоны». Материалы конференции ICCX Россия. 3–6 декабря 2019. СПб., Россия. С. 52–63.
17. Falikman V.R. Concrete of a given functionality – «Smart concrete». Materials of the conference ICCX Russia. December 3–6, 2019. St. Petersburg. Russia, pp. 52–63.
18. Румянцев Е.В., Байбурин А.Х. Особенности применения самоуплотняющихся мелкозернистых бетонных смесей при зимнем бетонировании стыков // Строительные материалы. 2022. № 6. С. 51–57. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-803-6-51-57
18. Rumyantsev E.V., Bayburin A.Kh. The features of using self-compacting fine-grained fresh concrete during winter concreting of joints. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2022. No. 6, pp. 51–57. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-803-6-51-57
19. Parker D., Wood A. The tall buildings reference book. New York: Routledge, 2013. 496 p.
20. Oldfield F., The Sustainable Tall Buildings. New York: Routledge, 2019. 281 p.
21. Trabucco D., Wood A., Vassart O., Popa N., Davis D. Life cycle assessment of tall building structural systems. Chicago: Council on Tall Buildings and Urban Habitat (CTBUH). 2015. 188 p.
22. FIB, bulletin No. 73. Tall buildings. Structural design of concrete buildings up to 300 m tall. International Federation for Structural Concrete (fib) and MPA The Concrete Centre. 2014. 158 p.
23. PCI Design Handbook and Prestressed Concrete. Chicago, Illinois, Precast/Prestressed Concrete Institute. 2010, 828 p.
24. CPCI Technical Information Bulletin: Total Precast Concrete High-Rise Construction and Provincial Building Codes. Ottawa Ontario, Canadian Precast/Prestressed Concrete Institute. 2020, 10 p.
25. FIB, bulletin No. 101. Precast Concrete in Tall Buildings. State-of-the-art Report. Task Group 6.7. International Federation for Structural Concrete (fib). 2021. 234 p.
26. Hummelen J.С. Precast Concrete in Framed Tube High-Rise Structures. Master thesis, Delft University of Teсhnology. June 2015, 137 p.
27. Gomez S.S., Metrikine A.V. Observation and interpretation of closely spaced fundamental modes of a high-rise building. Buildings. 2020. Vol. 1. Iss. 132, pp. 1–17. DOI: http://dx.doi.org/10.3390/buildings10070132
28. Jones G. Precast Concrete in Tall Buildings. CDC Ltd. 2019. 102 p. https://www.cimentoitambe.com.br/wp-content/uploads/pdf/GEORGE_JONES.pdf
29. FIRST Rotterdam. – de Architekten Cie. https://daf9627eib4jq.cloudfront.net/app/uploads/2017/01/attachment-chitektencie_first-rotterdam.pdf
30. Dahl K.K.B. Bella Sky Hotel – taking precast concrete to the limit. Structural Concrete. 2014. Vol. 15. Iss. 4, pp. 83–92. DOI: 10.1002/suco.201400017
31. Moere A.V., Wouters N. The role of context in media architecture. PerDis ‘12: Proceedings of the 2012 International Symposium on Pervasive Displays. June 2012, Article No. 12, pp. 1–6. DOI: https://doi.org/10.1145/2307798.2307810
32. Englekirk R.E. Design-construction of the paramount – A 39-Story precast prestressed concrete apartment building. PCI Journal. 2002. Vol. 47. Iss. 4, pp. 56–71. DOI: https://doi.org/10.15554/pcij.07012002.56.71
33. Ohno Y., Sumi A., Seo T. High-rise reinforced concrete building in Japan. CTBUH 2004 Seoul Conference. October 10–13, Seoul, Korea, pp. 286–289.
34. Ishikawa Y. Advanced pre-cast concrete system and innovative steel fibre reinforced concrete structural system in Japan. Proceedings of IWAMISSE 2018 the International Workshop on Advanced Materials and Innovative Systems in Structural Engineering: Seismic Practices. Istanbul, Turkey, 16 November, 2018, pp. 31–40.
35. Dick van K. 165 m of precast concrete. The Breaker: tallest fully prefabricated building in the world. Cement. 2016, pp. 18–25 [In Dutch].
36. Hagen S.J. Prefab concrete in high-rise. U Profiel. 2013, pp. 8–11 [In Dutch].
37. Hagen S.J. The Zalmhaven tower, an investigation on the feasibility of precast concrete in a high-rise building in the Netherlands. Research report. Delft: TU Delft. 2012, p. 289.
38. The Norra Tornen project. https://www.oma.com/projects/norra-tornen
39. Meuser P. Prefabricated Housing. Constructional and Design Manual. Berlin, Dom publishers, 2020. 432 p.
40. Дыховичный Ю.А., Максименко В.А. Сборный железобетонный унифицированный каркас: Опыт московского строительства. Проектирование, исследование, изготовление, монтаж, перспективы развития. М.: Стройиздат, 1985. 296 с.
40. Dykhovichny Yu.A., Maksimenko V.A. Prefabricated reinforced concrete unified frame: Experience of Moscow construction. Design, research, manufacture, installation, development prospects. Moscow: Stroyizdat. 1985. 296 p.
41. Николаев С.В. Возрождение крупнопанельного домостроения в России // Жилищное строительство. 2012. № 4. С. 2–8.
41. Nikolaev S.V. Revival of large-panel housing construction in Russia // Zhilishchnoe Stroitel’stvo [Housing Construction]. 2012. No. 4, pp. 2–8.
42. Афанасьев П.Г. Решение проблемы доступного жилья эконом-класса с помощью модернизации индустриального КПД // Жилищное строительство. 2012. № 4. С. 26–28.
42. Afanasiev P.G. Solving the problem of affordable economy-class housing by modernizing industrial efficiency. Zhilishchnoe Stroitel’stvo [Housing Construction]. 2012. No. 4, pp. 26–28. (In Russian).
43. Пилипенко В.М., Потерщук В.А., Пецольд Т.М. Перспективы развития индустриального домостроения в Республике Беларусь. Современные проблемы внедрения европейских стандартов в области строительства: Сборник международных научно-технических статей. Минск, 2015. С. 8–14.
43. Pilipenko V.M., Poterschuk V.A., Petsold T.M. Prospects for the development of industrial housing construction in the Republic of Belarus. Modern problems of the implementation of European standards in the field of construction: Collection of international scientific and technical articles. Minsk. 2015, pp. 8–14. (In Russian).
44. Вахмистров А.И., Гобеев Э.К. Индустриальное домостроение. СПб.: Славутич, 2019. 260 с.
44. Vakhmistrov A.I., Gobeyev E.K. Industrial’noye domostroyeniye [Industrial building]. Sankt-Peterburg: Slavutich. 2019. 260 p.
45. Шембаков В.А. Инновационная индустриальная технология сборно-монолитного каркаса, разработанная ГК «Рекон-СМК» и используемая 20 лет на рынке РФ и СНГ // Жилищное строительство. 2019. № 3. С. 33–38. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-3-33-38
45. Shembakov V.A. Innovation industrial technology of precast-monolithic frame developed by GC “Rekon-SMK” and used 20 years at the RF market. Zhilishchnoe Stroitel’stvo [Housing Construction]. 2019. No. 3, pp. 33–38. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-3-33-38 (In Russian).
46. FIB: bulletin No. 43. Structural connections for precast concrete buildings. – International Federation for Structural Concrete (fib). Lausanne: Switzerland. 2008. 360 p.
47. FIB: bulletin No. 74. Planning and design handbook on precast building structures. Manual/Textbook. The International Federation for Structural Concrete (fib). Lausanne: Switzerland, 2014. 313 p.
48. Tolsma K.V. Precast concrete cores in high-rise buildings: Structural behavior of precast corner connections. Master’s Thesis Final Report. Delft: TU Delft, 2010. 81 p.
49. Алиев Г., Эйюбов Д. Новый принцип конструирования вертикальных стыков панелей // Жилищное строительство. 1965. № 1. С. 18–19.
49. Aliyev G., Eyyubov D. New principle of designing vertical joints of panels Zhilishchnoe Stroitel’stvo [Housing Construction]. 1965. No. 1, pp. 18–19. (In Russian).
50. Николаев С.В. Инновационная замена КПД на панельно-монолитное домостроение (ПМД) // Жилищное строительство. 2019. № 3. С. 3–10. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-3-3-10
50. Nikolaev S.V. Innovative replacement of large-panel housing construction by panel-monolithic housing construction (PMHC). Zhilishchnoe Stroitel’stvo [Housing Construction]. 2019. No. 3, pp. 3–10. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-3-3-10 (In Russian).
51. Киреева Э.И. Крупнопанельные здания с петлевыми соединениями конструкций // Жилищное строительство. 2013. № 9. С. 47–51.
51. Kireeva E.I. Large-panel buildings with loop connections of structures. Zhilishchnoe Stroitel’stvo [Housing Construction]. 2013. No. 9, pp. 47–51. (In Russian).
52. Данель В.В. Совершенствование петлевых стыков стеновых панелей // Жилищное строительство. 2014. № 1–2. С. 11–15.
52. Danel V.V. Improvement of loop joints of wall panels. Zhilishchnoe Stroitel’stvo [Housing Construction]. 2014. No. 1–2, pp. 11–15. (In Russian).
53. Суур-Аскола П. Технологически усовершенствованный продукт от компании Peikko – тросовая петля PVL // Жилищное строительство. 2013. № 3. С. 21–23.
53. Suur-Askola P. Technologically improved product from the company Peikko – PVL cable loop. Zhilishchnoe Stroitel’stvo [Housing Construction]. 2013. No. 3, pp. 21–23. (In Russian).
54. Зенин С.А. Проектирование жилых крупнопанельных домов с применением бессварных стыков на тросовых петлях // Жилищное строительство. 2013. № 7. С. 14–15.
54. Zenin S.A. Designing residential large-panel houses using non-welded joints on cable loops. Zhilishchnoe Stroitel’stvo [Housing Construction]. 2013. No. 7, pp. 14–15. (In Russian).
55. PVL Connecting Loop. Technical Manual. Peikko Group. 2019, 30 p.
56. Зенин С.А., Шарипов Р.Ш., Кудинов О.В. Исследование работы штепсельных стыков в крупнопанельных конструктивных системах зданий // Бетон и железобетон. 2021. № 5–6 (607–608). С. 60–66.
56. Zenin S.A., Sharipov R.Sh., Kudinov O.V. Research of plug connections in large-panel structural systems of buildings. Beton i Zhelezobeton [Concrete and Reinforced Concrete]. 2021. No. 5–6 (607–608), pp. 60–66. (In Russian).
57. Provost-Smith D.J. Investigation of grouted dowel connection for precast concrete wall construction. Electronic Thesis and Dissertation Repository. 2016. 4298 https://ir.lib.uwo.ca/etd/4298 (Date of access 28.09.22).
58. Nehdy M., Elsayed M., Provost-Smith D. J. Investigation of grouted precast concrete wall connections at subfreezing conditions: Material of Conference “Resilient infrastructure”. London, GB. 2016, pp. 1–10. https://www.researchgate.net/publication/304115263_INVESTIGATION_OF_GROUTED_PRECAST_CONCRETE_WALL_CONNECTIONS_AT_SUBFREEZING_CONDITIONS#fullTextFileContent (Date of access 28.09.2022).
59. Румянцев Е.В., Байбурин А.Х., Соловьев В.Г., Ахмедьянов Р.М., Бессонов С.В. Технологические параметры качества самоуплотняющихся мелкозернистых бетонных смесей для зимнего бетонирования стыков // Строительные материалы. 2021. № 5. С. 46–14. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-791-5-4-14
59. Rumyantsev E.V., Bayburin A.Kh., Solov’ev V.G., Ahmed’yanov R.M., Bessonov S.V. Technological parameters of the quality of self-compacting fine-grained fresh concrete for winter concreting. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2021. No. 5, pp. 4–14. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-791-5-4-14
60. Румянцев Е.В., Байбурин А.Х., Соловьев В.Г., Ахмедьянов Р.М., Бессонов С.В. Динамика набора прочности самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов при зимнем бетонировании стыков // Строительные материалы. 2021. № 10. С. 12–20. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-796-10
60. Rumyantsev E.V., Bayburin A.Kh., Solov’ev V.G., Ahmed’yanov R.M., Bessonov S.V. Technological parameters of the quality of self-compacting fine-grained fresh concrete for winter concreting. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2021. No. 5, pp. 4–14. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-791-5-4-14
61. Румянцев Е.В., Видякин А.А., Байбурин А.Х. Температурный мониторинг монолитных стыков крупнопанельных зданий при зимнем бетонировании // Бетон и железобетон. 2020. № 1 (601). С. 42–48.
61. Rumyantsev E.V., Vidyakin A.A., Bayburin A.Kh. Temperature monitoring of monolithic joints of large-panel buildings during winter concreting. Beton i Zhelezobeton [Concrete and Reinforced Concrete]. 2020. No. 1 (601), pp. 42–48. (In Russian).
62. Румянцев Е.В., Швецова В.А. Разработка системы контроля твердения стыков сборного железобетона при отрицательных температурах // Техника и технология силикатов. 2022. Т. 29. № 1. C. 4–15.
62. Rumyantsev E.V., Shvetsova V.A. Development of a system for monitoring the hardening of prefabricated reinforced concrete joints at negative temperatures. Tekhnika i tekhnologiya silikatov. 2022. Vol. 29. No. 1, pp. 4–15. (In Russian).