Легкие, тонкостенные… и очень перспективные

Последние 10–12 лет в строительной отрасли формируется новое направление — производство и внедрение в промышленное и гражданское строительство легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК) из холодногнутых профилей. Основная область применения ЛСТК — быстровозводимые несущие и ограждающие конструкции зданий и сооружений различного назначения.

ЛСТК в производственных и сельскохозяйственных зданиях

В качестве традиционной схемы для каркасов этих зданий принята система из параллельных портальных рам, прогонов покрытия, ригелей стен, фахверка и связей, изготовленных из гнутых профилей швеллерного, С-, Z- или сигма-образного сечения.

Рамы пролетом не более 18 м выполняются, как правило, сплошностенчатыми. Ригели и колонны таких рам изготавливаются из спаренных гнутых профилей С- или сигма-образного сечения, обращенных друг к другу стенками и образующих двутавровые сечения. Профили соединяются между собой болтами.


Рамы из спаренных гнутых профилей. Фото: ЗАО «ЦНИИПСК им. Н. П. Мельникова»

Рамы пролетом более 18 м рекомендуется выполнять решетчатыми с двускатным ригелем постоянной высоты и колоннами переменного по высоте сечения.

Для рам пролетом 18–24 м предлагается использовать промежуточное конструктивное решение со сплошностенчатым ригелем и решетчатыми колоннами — раму Москалева (названа в честь выдающегося инженера и ученого Н. С. Москалева, предложившего этот вариант рамы). Такое решение позволяет уменьшить расчетный пролет ригеля, увеличить опорный момент и снизить момент в пролетной части ригеля. Этот подход дает возможность не только уменьшить массу ригеля и высоту его сечения, но и увеличить пролет рамы при меньшей трудоемкости изготовления. Высота рам независимо от их конструкции принимается обычно не более 7,2 м.

В качестве несущей конструкции могут выступать однопролетные балочные фермы пролетом до 36 м с параллельными поясами, трапециевидные или треугольные, установленные на стальные колонны каркаса и соединенные вертикальными связями. Для изготовления ферм используют гнутые профили высотой до 350 мм из оцинкованной стали толщиной не более 3 мм.

В зданиях со слабо- и среднеагрессивной средой стальной каркас рекомендуется располагать за пределами помещения с агрессивной средой. Стальные несущие конструкции отделяют 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 покрытия из ЛСТК

В последнее время уникальная технология изготовления и монтажа бескаркасных арочных покрытий нашла широкое применение в России и странах СНГ.


Арочное покрытие спортивного зала в Ростовской области. Фото: ЗАО «ЦНИИПСК им. Н. П. Мельникова»

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 и 180 мм, которые предназначены для покрытий пролетом до 24 и 32 м соответственно.

Применение трехслойных покрытий позволяет не только производить их утепление, располагая утеплитель между верхним и нижним слоями арочных профилей, но и увеличивать пролет здания, включая в работу оба свода.

 

Быстровозводимые здания типа Honko из ЛСТК

В настоящее время широко осваивается новая система ЛСТК для быстровозводимых зданий типа Ноnkо, заимствованная из Канады. Система включает гофрированные листы из оцинкованной стали толщиной около 2 мм, образующие покрытие и бескаркасные стены. Примечательно то, что на стенках гофров высотой около 170 мм выполнены мелкие продольно расположенные гофры, повышающие жесткость профилированных листов.


Складское здание пролетом 70 м на Новолипецком МК. Фото: ЗАО «ЦНИИПСК им. Н. П. Мельникова»

Покрытие здания пролетом до 90 м образует 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 выполнены 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 несущей способности, а также местной и общей устойчивости при расчетных нагрузках.

 

ЛСТК в индивидуальном и малоэтажном строительстве

Объем ЛСТК в малоэтажном жилищном строительстве с каждым годом увеличивается на 10–12 %, хотя составляет не более 5 % от общего объема вводимых площадей.

Каркас зданий высотой до трех этажей собирается из гнутых оцинкованных профилей толщиной от 0,7 до 1,5 мм при помощи самонарезающих винтов (сварка, как правило, применяется редко, так как требует защиты от коррозии). В зданиях с каркасом из ЛСТК обычно используется негорючий утеплитель — плиты на базальтовой основе или эковата. Наружная облицовка выполняется из кирпича, сайдинга или водостойких панелей, внутренняя облицовка — из гипсокартона.

Достаточно перспективна технология строительства домов из блоков полной заводской готовности с каркасом из ЛСТК. Такие блоки размером 3×12 м конкурентоспособны по стоимости с деревянными блоками, которые являются пожароопасными и подвержены гниению. Например, в Швеции распространена технология строительства жилых домов до шести этажей с колоннами из стальных прокатных труб, на которые навешиваются блоки с каркасом из ЛСТК. Для России такая конструкция представляется также перспективной.

Здания с каркасом из ЛСТК отвечают требованиям, предъявляемым к доступному и комфортабельному жилью, просты по конструктивным решениям и долговечны. Примеры тому — индивидуальные и многоквартирные дома с каркасом из ЛСТК, построенные за 2–3 месяца в различных областях России. Они свидетельствуют о надежности и экономичности применения ЛСТК в строительстве.


Трехэтажное здание в Йошкар-Оле. Фото: ЗАО «ЦНИИПСК им. Н. П. Мельникова»

 

ЛСТК в мансардном строительстве

Одно- и двухэтажные мансарды с каркасом из ЛСТК стали строить в России еще в конце 90-х гг. прошлого века в рамках реализации программы «Доступное жилье — гражданам РФ», а также по программе конверсии военного производства. Применение ЛСТК в данном случае дает большие преимущества по сравнению с традиционными деревянными конструкциями и стальными прокатными профилями, так как позволяет значительно сократить сроки работ и их стоимость и, кроме того, исключить необходимость отселения людей из жилых зданий на период строительства.

 

Фермы из ЛСТК 

Фермы с параллельными поясами, а также треугольные и трапециевидные фермы из ЛСТК на 15–20 % легче, чем фермы аналогичной формы и пролета из прокатных уголков. Кроме того, фермы из ЛСТК не требуют окрашивания, так как выполнены из оцинкованных гнутых профилей. При организации производства необходимой номенклатуры гнутых профилей высотой до 400 мм из оцинкованной стали толщиной до 4,0 мм возможен выпуск ферм пролетом до 48 м. Многие считают, что фермы трудоемки в изготовлении, но экономия стали это оправдывает. Фермы пролетом до 20 м из гнутых профилей толщиной не более 2,0 мм можно производить с соединениями на самонарезающих винтах вместо болтов, что позволит снизить трудозатраты и стоимость ферм. Расчет ферм следует выполнять с учетом особенностей их соединений и устойчивости профилей при сжатии с изгибом (например, не стоит забывать о проверке болтовых соединений на смятие).


Фермы пролетом 42 м из гнутых профилей

Следует отметить, что в ЦНИИПСК им. Мельникова для спортивных сооружений в Татарстане были разработаны и изготовлены фермы пролетом 42 м из гнутых профилей толщиной 3,0 мм. Но они, к сожалению, не были применены, так как местные проектировщики 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 продольным соединением между собой в «двойной фальц» позволяют обустраивать экономически эффективные металлические кровли вместо «мягких» и зачастую недолговечных — например, из многослойного рубероида. 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» при помощи 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 позволяет создавать 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 выпускать отечественные ЛСТК для вентфасадов, конкурентоспособные по стоимости и качеству с зарубежными аналогами.

 

ЛСТК в инвестиционных проектах

Первым реализованным инвестиционным проектом с использованием ЛСТК является высокая железнодорожная платформа длиной 270 м на станции «Сколково» (бывшая «Востряково») на Киевском направлении Московской железной дороги. Рамную конструкцию из гнутых оцинкованных профилей толщиной 2–3 мм собрали на болтах всего за два месяца и всего четыре монтажника.


Железнодорожная платформа «Сколково»

Конструкция подвижных опор каркаса платформы позволяет поддерживать ее горизонтальный уровень в процессе эксплуатации. Платформа в плане криволинейная и повторяет очертание дорожного полотна. Несмотря на то, что металлоемкость конструкции выше, чем у железобетонных платформ, ее стоимость 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 строительства железобетонной платформы, когда одна или две колеи не функционируют, при монтаже платформы из ЛСТК движение поездов не прекращалось ни на минуту.


Железнодорожная платформа «Морозки»

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 до 36 м вследствие их легкости, транспортабельности и высокой степени индустриальности.

Автор: Строительство.Ru