Легкие стальные тонкостенные конструкции: производство и перспективы применения
Легкие стальные тонкостенные конструкции: производство и перспективы применения
За последние 10–12 лет в России сформировалась новая отрасль строительной индустрии — производство легких стальных тонкостенных конструкций из холодногнутых профилей и внедрение их в промышленном и гражданском строительстве.
Материал профилей — рулонная оцинкованная сталь толщиной от 0,6 до4 ммс пределом текучести от 250 до 350 МПа. Основная область применения ЛСТК — быстровозводимые несущие и ограждающие конструкции зданий и сооружений различного назначения.
Нетрадиционные легкие стальные тонкостенные конструкции (ЛСТК)
В России освоена новая система ЛСТК для быстровозводимых зданий типа Ноnkо, заимствованная из Канады. Система включает гофрированные листы из оцинкованной стали толщиной около2 мм, образующие покрытие и бескаркасные стены. Примечательно, что на стенках гофров высотой около170 ммвыполнены мелкие продольно расположенные гофры, повышающие жесткость профилированных листов.
Покрытие здания пролетом до90 мобразует конструкция с дугообразным верхним и горизонтальным нижним поясами из гофрированных листов. Верхний и нижний пояса покрытия соединяет перекрестная решетка из гнутых уголков. Все пространственные соединения в конструкции крепятся на болтах. Между поясами образован неотапливаемый чердак, по торцам которого расположены проемы, позволяющие его проветривать. Благодаря этому пожарная безопасность здания значительно повышается, тем более, что утеплитель располагается на внутренней поверхности стен и покрытия. В настоящее время проводятся дополнительные натурные испытания конструкции с целью проверки ее местной и общей устойчивости при расчетных нагрузках, а также несущей способности.
Фермы из ЛСТК
Фермы традиционного очертания треугольной и трапециевидной формы, а также с параллельными поясами из ЛСТК на 15–20% легче, чем фермы аналогичной формы и пролета из прокатных уголков. Кроме того, фермы из ЛСТК не требуют окрашивания, т. к. выполнены из оцинкованных гнутых профилей. При организации производства необходимой номенклатуры гнутых профилей высотой до400 ммиз оцинкованной стали толщиной до4 ммможно развивать изготовление ферм пролетом до48 м. Многие считают, что фермы трудоемки в изготовлении, но экономия стали это оправдывает. Фермы пролетом до20 миз гнутых профилей толщиной не более2 ммможно изготовлять с соединениями на самонарезающих винтах вместо болтов, что позволит снизить трудозатраты и стоимость ферм. Расчет ферм следует выполнять с учетом особенностей работы профилей при сжатии с изгибом и их соединений (например, не стоит забывать о проверке болтовых соединений на смятие).
Интересно отметить, что в ЦНИИПСК им. Мельникова были разработаны фермы подобного масштаба пролетом42 миз гнутых профилей толщиной3 мм, которые изготовлены для спортивных сооружений в Татарии. Но они, к сожалению, не были применены, т. к. местные проектировщики, к сожалению, не знали Еврокода и не смогли оценить расчетную несущую способность ферм необычной конструкции.
Реконструкция кровель с помощью ЛСТК
Профилированные листы из оцинкованной стали толщиной 0,6–0,8 мм с продольными соединениями между собой в «двойной фальц» позволяют выполнять экономически эффективные металлические кровли вместо «мягких», например, из многослойного рубероида (недолговечных). Ремонт кровли всегда связан с материальными и социальными издержками. Их можно избежать, заменяя рубероидные кровли на металлические из оцинкованных профилей простейшей формы, соединенных «двойным фальцем» с помощью закаточной машинки. Думается, можно найти производственные мощности и заинтересованные организации для внедрения этой технологии.
ЛСТК в вентилируемых фасадах
Возможно применение ЛСТК при сооружении вентилируемых фасадов жилых и общественных зданий. И это обеспечивает им интересные архитектурные формы. В России вентфасады с использованием ЛСТК широко применяют также для дополнительного утепления стен жилых многоэтажных зданий. Но для этого используют, как правило, ЛСТК из дорогих импортных материалов, хотя наша производственная база позволяет выполнять отечественные ЛСТК для вентфасадов, конкурентоспособные по стоимости и качеству с зарубежными аналогами.
ЛСТК в мансардном строительстве
В России одно- и двухэтажные мансарды с каркасом из ЛСТК стали строить в конце 90-х годов в рамках реализации программы «Доступное жилье — гражданам РФ», а также по программе конверсии военнослужащих. Применение ЛСТК в данном случае дает большие преимущества перед традиционными деревянными конструкциями и стальными прокатными профилями, т. к. позволяет значительно сократить сроки работ и их стоимость и, кроме того, исключить необходимость отселения людей из жилых зданий на период строительства.
ЛСТК в индивидуальном и малоэтажном строительстве
В России объем применения ЛСТК в малоэтажном жилищном строительстве с каждым годом увеличивается на 10–12%, хотя составляет не более 5% от общего объема вводимых площадей жилья.
Каркас зданий высотой до трех этажей собирается из гнутых оцинкованных профилей толщиной от 0,7 до1,5 мм, как правило с помощью самонарезающих винтов (сварка применяется редко, т. к. требует защиты от коррозии). В зданиях с каркасом из ЛСТК обычно используется негорючий утеплитель в виде плит на базальтовой основе или эковта. Наружная облицовка выполняется из кирпича, сайдинга или водостойких панелей, внутренняя — из гипсокартона.
Достаточно перспективна технология строительства домов из блоков полной заводской готовности с каркасом из ЛСТК. Такие блоки размерами 3x12 м конкурентоспособны по стоимости с деревянными блоками, которые могут быть пожароопасными и подверженными гниению. Например, в Швеции распространена технология строительства жилых домов до 6-ти этажей с колоннами из стальных прокатных труб, на которые навешиваются блоки с каркасом из ЛСТК. Для России такая конструкция представляется тоже перспективной.
Здания с каркасом ЛСТК отвечают требованиям, предъявляемым к доступному и комфортабельному жилью, просты по конструктивным решениям и долговечны. Примером тому индивидуальные и многоквартирные дома с каркасом из ЛСТК, построенные за 2–3 месяца в Московской области, Архангельске, Липецке, Ленинградской, Ростовской и других областях, а также в Сибири. Они свидетельствуют о надежности и экономичности применения ЛСТК в этой области строительства.
После пожаров прошлого года в России, уничтоживших огромное количество жилых домов, руководство страны и регионов наконец-то обратило внимание на технологию малоэтажного строительства из ЛСТК, отличающегося своей скоростью. Например, в одной области из 400 сгоревших домов только 60 было восстановлено за 3 месяца с применением ЛСТК, остальные возводились по деревянно-щитовой технологии. Стоимость 1 м2таких новых домов «под ключ» со всеми инженерными сетями не превышала 1000 у. е. Через 2 месяца после сдачи деревянных домов в них появился конденсат, что неудивительно, учитывая сжатые сроки строительства, не позволившие просушить и обработать дерево как положено.
Очевидно, по аналогичным причинам дерево потеряло свою привлекательность для массового строительства в Канаде и на севере США. В Торонто и Детройте построены миллионы квадратных метров малоэтажного (до 5-ти этажей) жилья из ЛСТК, но без «термопрофилей». Каркас ЛСТК из гнутых профилей высотой150 ммиз стали толщиной не более2 ммиспользован также для нескольких шестиэтажных отелей «Хилтон» в Канаде.
ЛСТК в производственных и сельскохозяйственных зданиях
В качестве традиционной схемы для каркасов этих зданий принята система из портальных параллельно расположенных рам, прогонов покрытия, ригелей стен, фахверка и связей, изготовленных из гнутых профилей с-образного, швеллерного, сигма-образного или Z-образного сечения.
Рамы пролетом не более18 мвыполняются, как правило, сплошностенчатыми, в которых ригели и колонны выполняют из спаренных гнутых профилей с-образного или сигма-образного сечения, обращенных друг к другу стенками, образуя двутавровые сечения, и соединяемых между собой болтами через планки.
Рамы пролетом более18 мрекомендуется выполнять решетчатыми с двускатным ригелем постоянной высоты и колоннами переменного сечения по высоте здания.
Для рам пролетом 18–24 м предлагается использовать промежуточное конструктивное решение со сплошностенчатым ригелем и решетчатыми колоннами. Этот вариант назван «рамой Москалева» (по имени замечательного инженера и ученого Николая Сергеевича Москалева, предложившего этот вариант рамы). Такое решение позволяет уменьшить расчетный пролет ригеля, повысить долю опорного момента ригеля и снизить момент в его пролетной части. Такой подход не только открывает большие возможности для снижения массы ригеля и высоты его сечения, но и позволяет увеличить пролет рамы при меньшей трудоемкости ее изготовления. Высота рам независимо от их конструкции принимается обычно не более7,2 м.
Рамная конструкция может быть образована с использованием однопролетных балочных ферм пролетом до36 мс параллельными поясами трапециевидного или треугольного очертания, установленными на стальные колонны каркаса, раскрепленные вертикальными связями. Фермы изготавливаются из гнутых профилей высотой до350 ммиз оцинкованной стали толщиной не более3 мм.
В зданиях со слабо- и среднеагрессивной средой стальной каркас рекомендуются располагать за пределами помещения с агрессивной средой. Стальные конструкции каркаса отделяются от агрессивной среды помещения подвесным потолком и стеновым ограждением, прикрепленным к внутренним граням металлоконструкций. Ригели покрытия размещаются между подвесным потолком и кровлей в полости, которая может активно вентилироваться через проемы по торцам здания.
Бескаркасные арочные здания из ЛСТК
В последнее время уникальная технология изготовления и монтажа бескаркасных арочных покрытий нашла широкое применение в России и странах СНГ. Разработана она была в США.
Этот вид покрытий относится к легким стальным тонкостенным конструкциям (ЛСТК), которые по своей работе при статических и динамических нагрузках существенно отличаются от традиционных.
Бескаркасные арочные покрытия из холодногнутых тонкостенных стальных профилей изготавливаются из рулонной стали непосредственно на строительной площадке при помощи мобильного оборудования.
В России и странах СНГ используют два типа профилей: П-110 и П-180 высотой 110 и180 мм, применяемых для покрытий пролетом до 24 и32 мсоответственно.
Применение трехслойных покрытий позволяет не только производить их утепление, располагая утеплитель между верхним и нижним слоями арочных профилей, но и увеличить пролет здания, включая в работу оба свода.
ЛСТК в инвестиционных проектах
Первым реализованным инвестиционным проектом с использованием ЛСТК является высокая железнодорожная платформа длиной270 мна станции «Сколково» (бывшая «Востряково») Киевской железной дороги Московской области. Рамную конструкцию из гнутых оцинкованных профилей толщиной 2–3 мм собрали на болтах всего за 2 месяца и всего четыре монтажника. Конструкция подвижных опор каркаса платформы позволяет поддерживать ее горизонтальный уровень на стадии эксплуатации. Платформа в плане криволинейная и повторяет очертание дорожного полотна. Несмотря на то, что металлоемкость конструкции выше, чем у железобетонных платформ, ее стоимость «в деле» ниже в связи со снижением сроков строительства в 3–3,5 раза и отсутствием подъемных механизмов (кранов). И еще один важный социально-экономический фактор: в отличие от железобетонной платформы, когда одна или две колеи во время строительства не функционируют, при монтаже платформы из ЛСТК движение поездов не прекращалось ни на минуту.
Практика проектирования и строительства зданий и сооружений с применением стальных конструкций в России показала целесообразность и эффективность применения гнутых тонкостенных профилей из оцинкованной стали для несущих и ограждающих конструкций производственных, торговых, сельскохозяйственных и спортивных зданий пролетом до36 мвследствие их легкости, транспортабельности и высокой степени индустриальности.
Э. Л. Айрумян, к. т. н.,
Н. И. Каменщиков.
ЦНИИ ПСК им. Мельникова
| Автор: Э. Л. Айрумян, Дата: 20.09.2012 Журнал Стройпрофиль 100 Рубрика: металлические конструкции Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |