1 стр. из 1

Эффективность применения для малоэтажного гражданского строительства

За последние 8–10 лет в нашей стране сформировалась новая отрасль строительной индустрии — производство гнутых профилей из оцинкованной стали. Учитывая актуальность развития этого направления, в России создана Национальная ассоциация производителей стальных гнутых профилей (NAMSCS), объединяющая более 30 фирм, изготовляющих в год около 1 млн. т гнутых профилей из оцинкованной стали. Область массового применения этих профилей включает легкие несущие и ограждающие конструкции зданий и сооружений различного назначения во всех регионах России, в т. ч. Крайний Север и сейсмо-опасные районы.

В гражданском строительстве наиболее эффективно применение конструкций из оцинкованных гнутых профилей в сейсмических районах, малоэтажных коттеджах комплектной поставки и при реконструкции зданий: надстройке мансардных этажей, создании вентилируемых фасадов и замене плоских рулонных кровель на малоуклонные металлические с герметичными стыками.

Применение этих конструкций вместо традиционных — из железобетона, кирпича, дерева или стального проката — дает значительный экономический эффект в вышеприведенной области строительства благодаря снижению нагрузок от собственного веса и сейсмических нагрузок, уменьшению транспортных расходов и трудозатрат на монтаже, сокращению сроков строительства без применения строительных машин.

Ниже приводится несколько примеров успешной реализации преимуществ конструкций из оцинкованных гнутых профилей при возведении и реконструкции ряда зданий гражданского назначения.

Каркасные здания

Для изготовления каркасов зданий используют номенклатуру стандартных гнутых профилей трех типов поперечного сечения — швеллерные, с-образные и z-образные (рис. 1). Высота профилей — от 100 до 350 мм.

Рис. 1. Типы холодногнутых стальных профилей: а — с плоской стенкой; b — со стенкой повышенной жесткости; с — с перфорированной стенкой

Для повышения жесткости профилей при местной нагрузке и кручении их стенке придают ступенчатую У-образную форму при профилировании.

Профили изготовляют из рулонной оцинкованной стали толщиной от 0,7 до 2,0 ммс пределом текучести от 250 до 350 МПаи относительным удлинением не менее 18%. Суммарная масса цинка на двух поверхностях рулонной стали должна составлять не менее 275 г на кв. м, что обеспечивает коррозионную стойкость профилей в течение не менее 25 лет при эксплуатации каркаса в условиях неагрессивной или слабоагрессивной среды. Для повышения коррозионной стойкости элементов каркаса профили могут выполняться из оцинкованной стали с полимерным или лакокрасочным покрытием.

Для снижения теплопроводности гнутых профилей, используемых в ограждающих конструкциях, на их стенках в процессе прокатки выполняют перфорацию в виде продольных просечек. Теплопроводность перфорированных профилей (или термопрофилей) сопоставима с деревянными элементами аналогичной площади сечения.

Для малоэтажных зданий разработаны две системы наружных стен:
 -  несущие стены с каркасом из термопрофилей;
 -  самонесущие стены полистовой сборки или из панелей.
В состав несущих наружных стен входят:
 -  перфорированные профили из оцинкованной стали толщиной 0,7–1,5 мм, образующие вертикальные стойки и горизонтальные ригели, соединенные между собой на винтах-саморезах (рис. 2);
 -  эффективный негорючий утеплитель (минераловатные базальтовые или стекловолокнистые плиты), плотно уложенный между стойками:
 -  пароизоляция из пленки типа «Ютафол»;
 -  обшивка из гипсокартонных листов;
 -  диффузионная пленка типа TYVEK;
 -  наружная облицовка из кирпича, сайдинга, деревянных панелей, расположенная с воздушным зазором от поверхности утеплителя [4].

Рис. 2. Двухэтажный коттедж:  а — монтаж каркаса из холодногнутых профилей;   б — общий вид готового здания
 
Толщина стены колеблется от 150 до 250 ммпри приведенном сопротивлении теплопередаче от 3,2 до 5,1 кв. м·°С/Вт.

Внутренний каркас здания выполняется из спаренных сплошностенчатых профилей, образующих стойки двутаврового или коробчатого сечения.

Балки междуэтажных перекрытий выполняются из одиночных или спаренных профилей с-образного сечения высотой 150–300 мм, соединенных с колоннами на болтах.

По балкам укладывается профилированный стальной настил, который обеспечивает устойчивость верхних поясов балок из плоскости и выполняет функцию диафрагмы жесткости, заменяющей горизонтальные связи. Настил должен крепиться на опорах самонарезающими винтами в каждой волне.

Чердачное перекрытие включает стальной каркас, диагональные связи, подшивной потолок и теплоизоляцию из минераловатных плит. Каркас этого перекрытия выполняется из термопрофилей, расположенных с шагом 600 мм, и обрешетки для подшивного потолка, на который укладывается утеплитель.

Несущие конструкции покрытия состоят из стропильных ферм или балок, изготовленных из оцинкованных гнутых профилей. Стропильные системы пролетом от 6 до 15 м применяются в следующем виде:
 -  одно- и двухскатные треугольные фермы;
 -  фермы с параллельными поясами;
 -  двускатные балки с затяжками.
 
Элементы стропильных ферм и балок выполняются из гнутых профилей швеллерного, с-образного или z-образного сечения. Фермы выполняются симметричного сечения относительно вертикальной плоскости с прикреплением элементов решетки к поясам. Пояса ферм выполняются как правило из одиночных профилей, элементы решетки — из одиночных или спаренных профилей с-образного сечения.

При расчете ферм элементы оптимизируются по форме и площади сечения, чтобы минимизировать их общий вес. В связи с тем, что в узлах ферм имеются эксцентриситеты, пояса и элементы решетки рассчитываются с учетом изгибающих моментов. При внеузловой нагрузке пояса рассчитываются на совместное действие продольных усилий и изгибающих моментов [2].

Соединения элементов стропильных конструкций выполняются на самонарезающих винтах или болтах, количество которых определяется расчетом. В случае недостаточного размера полок и стенок профилей для расположения требуемого количества винтов или болтов в отдельных узлах конструкции предусматриваются фасонки или накладки толщиной от 2 до 6 мм.

Узлы опирания стропильных конструкций на стойки каркаса могут решаться как шарнирные или жесткие.

Бескаркасные арочные покрытия

Уникальная технология изготовления и монтажа бескаркасных арочных зданий из стальных холодногнутых профилей хорошо известна. Она постоянно совершенствуется и широко используется в России. За последние 5–6 лет около 60 зданий пролетом 12–24 м (крытые рынки, вокзалы, физкультурно-оздоровительные комплексы, гаражи и склады) были построены с использованием этой технологии.

По расходу стали и срокам строительства такие здания значительно более экономичны, чем их аналоги (зарубежные и отечественные) из стальных конструкций каркасного типа.

Холодногнутые профили, выполняющие несущие и ограждающие функции в бескаркасных зданиях, изготовляются из рулонной оцинкованной стали толщиной 0,8–1,2 мм непосредственно на стройплощадке с помощью двух передвижных профилегибочных машин. Одна из машин формирует прямолинейный профиль п-образного сечения высотой 300 мм и полкой шириной 110 мм, другая вальцует его по заданному радиусу (не менее 2 м).Длина готового профиля практически не лимитирована и для арочного покрытия как правило соответствует длине дуги его поперечного сечения. Поэтому арочные профили полностью перекрывают пролет здания без поперечных стыков. Профили соединяются между собой вдоль продольных краев без метизов крепления с помощью фальцегибочной машинки. Стены и перегородки в здании с покрытием данной конструкции выполняются из прямолинейных холодногнутых профилей, которые изготавливаются и соединяются между собой с использованием описанной выше технологией.

Область применения таких зданий зависит от их размеров, расчетных нагрузок, температурно-влажностных условий, степени агрессивности среды и требований пожарной безопасности. Прочность, надежность и эффективность такой конструкции во многом зависит от того, насколько точно в расчете учитываются особенности ее работы, связанные с тонкостенно-стью профилей, волнистостью поверхности их граней, образовавшейся после вальцовки, конечной жесткостью фальцевых соединений, повышенной деформативностью арочного покрытия (особенно при несимметричной нагрузке).

В ЦНИИПСК им. Мельникова разработана программа «БИПЛАН», которая позволяет с достаточной степенью точности оценить деформативность и несущую способности арочных покрытий описанной конструкции с учетом особенностей их нелинейной работы при различных сочетаниях расчетных нагрузок, включая снеговую, ветровую и сейсмическую нагрузки. В основу расчета положен метод конечных элементов, учитывающий геометрическую нелинейность конструкции, начальные несовершенства ее формы (например, гофрированность граней арочных профилей), влияние торцевых стен и других факторов на работу оболочки покрытия. С помощью этой программы установлены области рационального применения арочных покрытий данного типа в зависимости от расчетных нагрузок и соотношений пролета, радиуса кривизны, толщины металла, расстояния между поперечными стенами или несущими перегородками.

Рис. 3. Здания с бескаркасным арочным покрытием:  а — спортивный комплекс пролетом 25 м;  б — торговый центр пролетом 20 м

Рекомендации по проектированию бескаркасных арочных зданий, разработанные в ЦНИИПСК им. Мельникова, были использованы в строительной практике (рис. 3).

Реконструкция зданий

Одной из важных задач реконструкции существующих зданий является дополнительное утепление наружных стен и покрытий, не отвечающих повышенным требованиям к энергосбережению.

Для решения этой задачи с применением тонкостенных гнутых профилей может использоваться система, известная под названием «вентилируемый фасад» (рис. 4).

Рис. 4. Монтаж конструкций вентилируемого фасада 9-этажного жилого дома

Реконструкция покрытия включает замену рулонной или другой поврежденной кровли на металлическую малоуклонную.

Монтаж металлической кровли проводится без нарушения существующего рулонного ковра за исключением мест установки несущих стоек кровли. Стойки выполняются из одиночных или спаренных гнутых профилей с-образного сечения высотой 100–150 мм и устанавливаются с шагом 2,5–3,0 м. Базы стоек изготовляются из прокатных уголков, которые крепятся к бетонному слою или плитам существующего перекрытия последнего этажа с помощью анкерных болтов длиной до 150–200 мм.

Высота стоек принимается в зависимости от требуемой толщины дополнительного утеплителя и зазора 30–50 мм, предусмотренного для естественной вентиляции пространства между кровлей и поверхностью утеплителя.

По стойкам крепятся тетивы из спаренных гнутых профилей швеллерного сечения высотой 100 мм из стали толщиной 0,8–1,0 мм, которые располагаются вдоль ската кровли с шагом 1,0–1,5 м.

По тетивам крепят элементы обрешетки из гнутых профилей п-образного сечения высотой 40 мм с шагом 300–500 мм, кроме участков шириной 1,0 м по периметру кровли, где шаг снижали до 0,25 м, т. к. на этих участках расчетная нагрузка от ветрового отсоса удваивается в соответствии с нормами.

Для изготовления кровли используют листовые гнутые профили кассетного типа из оцинкованной рулонной стали толщиной 0,55–0,6 мм с лакокрасочным покрытием наружной поверхности и грунтовкой на внутренней. Листовые профили укладываются на обрешетку из гнутых профилей, расположенных с шагом 300–600 мм в зависимости от снеговой нагрузки, и крепятсяс помощью кляммеров из оцинкованной стали толщиной не более 1,0 мм.

Кровельные листы соединяются между собой по продольным краям с помощью фальцегибочной машинки, образующей двойной фальц в стыке, одновременно закрепляя в нем кляммеры.

Испытания показали, что такой стык обеспечивает полную водонепроницаемость соединения листов без герметизирующего материала при уклоне кровли не менее 7%. При меньших уклонах в продольные стыки листов вводятся герметики в виде паст или мастики.

При значительной длине ската кровли (более 12 м) для исключения поперечных стыков листов кровельные картины изготавливаются непосредственно на строительной площадке, их длина принимается не менее длины ската.

Для этого профилегибочный стан массой около 7 т устанавливается непосредственно на перекрытии последнего этажа или на наклонной платформе на расстоянии 15–20 м от реконструируемого здания. Кровельный лист прокатывают в непрерывном режиме и направляют на транспортерную галерею, снабженную рольгангами. Прокатываемый кассетный профиль подается, как лента, на направляющие ролики, расположенные вдоль ската кровли. Когда длина ленты профиля достигнет ширины здания, его прокатку временно приостанавливают и лист на кровле разрезают по коньку и у карниза. Отрезанные части листа укладываются вдоль скатов кровли, соединяются между собой по продольным краям и одновременно крепятся к элементам обрешетки с помощью стальных кляммеров.

В строительной практике известны примеры, когда длина скатов кровли, выполненных из профилированных листов по этой технологии без поперечных стыков, достигала 108 м.

Строительство мансард в России особенно актуально, т. к. около 20% жилых зданий, которые эксплуатировались более 40 лет, требуют реконструкции.

Возведение новых одно- и двухэтажных мансард позволит не только придать этим зданиям современный архитектурный облик, но и даст возможность получить дополнительные квартиры и пентхаусы.

Оригинальная конструктивная схема несущих конструкций мансард с рамным каркасом позволяет собирать их из оцинкованных гнутых профилей на строительной площадке и монтировать укрупненными секциями без применения тяжелой грузоподъемной техники. Все соединения в этих конструкциях выполняются с применением самонарезающих винтов, комбинированных заклепок (рор-rivets) или болтов. Сварка элементов таких конструкций не допускается. Такой способ монтажа позволяет проводить реконструкцию зданий в короткие сроки без отселения людей с нижних этажей.

Производство и использование гнутых профилей из оцинкованной стали в массовом гражданском строительстве становится одним из приоритетных направлений стройиндустрии и благодаря своим очевидным достоинствам пользуется повышенным спросом в России.

Литература
1. Eurocode 3. Desigu of Steel Structuras. Part 1.3 Suppiementary rules fof cold-formed thin gauge member and sheets. ENV, 1996.
2. aisi  Standard. North American Specification ror the Desigu of Cold-formed Steel Structural Mevbers. Washington, 2001.
3. E. Airumyan, E. Yemelin. Analysis and Tests of frameless roof shells of cold-formed sec-tions. Procudings of International Congress ICCS-98, p. 410–417/ Moskow, Russia, 1998.
4. С. В. Камынин, Н. И. Каменщиков. Новая технология строительства малоэтажных зданий с применением стальных тонкостенных гнутых профилей. // «Монтажные и специальные работы в строительстве», № 9, с.4–9, 2004.

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!