Каркас решаемых задач на рынке легких металлоконструкций

Сторонники и противники зданий из легких металлических конструкций давно прошли стадию «выяснения отношений», когда перспективные методики были вынуждены конкурировать с тяжелыми железобетонными решениями и идеей о возврате к деревянному строительству. Сегодня каждый продукт обрел свою сбытовую нишу, что в очередной раз доказали белорусские и зарубежные участники недавней конференции «Здания и сооружения из ЛМК: конструктивные решения, материалы и технологии».

Дискуссия уже с первых выступлений была направлена в пред метное и конкретное русло. Так, московские гости – ведущий инженер отдела ЛСТК Оксана Ошкампе и заведующий отделом ЛСТК Эдуард Айрумян, представили сравнительный анализ металлоемкости каркаса из ЛСТК для одноэтажных зданий производственного назначения.

Расчетная оценка металлоемкости каркаса из тонкостенных оцинкованных профилей выполняется для одноэтажных однопролетных зданий с поперечными рамами четырех типов:

• сплошные рамы с двускатным ригелем;
• сплошные рамы с односкатным ригелем;
• рамы с решетчатым двускатным ригелем и сплошными колоннами;
• рамы с решетчатым односкатным ригелем и сплошными колоннами.

Каркас здания, включающий рамы, прогоны и связи, выполняется с применением гнутых оцинкованных профилей по СТО 12447545–0012–2012 «Профили гнутые из оцинкованной стали толщиной от 1,5 до 3,0 мм для строительства». Марка стали элементов рам и прогонов 350 по ГОСТ Р 52246.

Расчет односкатных рам и двускатных рам пролетом 6, 9 и 12 м с элементами сплошного сечения выполнялся при шаге рам 6, 4,5 и 3 м.

Расчет односкатных рам и двускатных рам с решетчатым ригелем выполнялся при шаге рам 6; 4,5 и 3 м, причем пролет односкатных рам принимался равным 12 и 15 м, двускатных – 12, 15 и 18 м.

Ригели рам рассчитывались при заданном наибольшем шаге рам, который понижался от 6 до 3 м, если несущая способность ригеля из принятых профилей была недостаточной при расчетных нагрузках. Если при шаге 3 м расчетная несущая способность ригеля не была обеспечена, расчетная нагрузка на раму снижалась.

В качестве расчетных нагрузок принято несколько сочетаний снеговых и ветровых нагрузок в I–V районах по СП 20.133 30.2011 и постоянная нагрузка от веса кровельных и стеновых сэндвич-панелей 33 кг/м² и собственного веса конструкций каркаса.

Если по расчету несущая способность или устойчивость колонн из гнутых профилей по ТУ не могла быть обеспечена при заданных нагрузках, колонны принимались из широкополочных двутавров с требуемыми характеристиками по ГОСТ 26020–83.

Высота колонн принималась от базы до карнизного узла равной 5,4 или 7,2 м. В односкатных рамах высота колонн более низкого ряда принималась равной 5,4 или 7,2 м.

Высота колонн высокого ряда в этих рамах определялась в зависимости от их пролета и заданного уклона ригелей, равного 15^o.

Неразрезные прогоны выполнялись из одиночных гнутых профилей зетобразного сечения пролетом от 3 до 6 м в зависимости от шага рам и располагались с нахлестом 500 мм в каждую сторону от промежуточных опор. Шаг прогонов принят равным 1,5 м. В местах нахлеста на опорах прогоны соединяются болтами М16 с шагом не более 200 мм.

Ригель и колонны выполняются из спаренных С‑образных профилей, соединенных между собой прокладками из листового проката толщиной в 6 мм через 500 мм. Прокладки крепятся к профилям с помощью двух болтов М12.

 

Соединения ригеля и колонн в карнизных, коньковых и базовых узлах сплошных рам, а также узловые соединения элементов решетки с поясами в сквозных ригелях выполняются через фасонки толщиной 6 мм с помощью болтов М16 в два ряда, количество которых определялось по расчету. Элементы сварной базы колонн выполнялись из листовой стали толщиной от 6 до 10 мм.

В сплошных рамах с двускатным ригелем предусмотрена затяжка, закрепленная к фасонкам карнизных узлов с помощью болтов М16.

Сосредоточенные нагрузки от прогонов на ригели рам заменены в расчете на эквивалентные равномерно распределенные нагрузки для I–V снегового и II–V ветрового районов.

Рамы рассчитывались по программе СКАД с учетом заданных расчетных схем, сочетания расчетных нагрузок и СП 16.13330.

Расчетная схема сплошных рам принята в виде П‑образной рамы с жесткими узлами. В расчетной схеме рамы с двускатным решетчатым ригелем принято жесткое закрепление колонн в базах и свободное опирание ригеля на колонны.

Прогоны пролетом 3, 4,5 и 6 м рассчитывались по неразрезной схеме с количеством пролетов не менее пяти с учетом прочности и допустимого прогиба.

Общее количество вариантов расчета рам составляло 96 для каждой заданной высоты колонн, принятой равной 5,4 или 7,2 м. Местное смятие прогонов на опорах не учитывалось.

Условное обозначение расчетного варианта рам включает пролет рамы (от 6 до 18 м через 3 м), снеговой район (с I по V), ветровой район (с I по V) и шаг рам (3,0; 4,5 и 6,0 м). Например, вариант расчета рамы пролетом 12 м, в III снеговой и V ветровом районе при шаге рам 4,5 м обозначается в виде: 12‑III–V‑4,5.

Количество болтов в узлах рамы определялось в зависимости от значений нормального усилия и момента. Моменты в узлах решетчатых ригелей не учитывались.

Результаты расчета металлоемкости основных элементов каркаса зданий четырех типов, принятых к техническом задании, приводятся на графиках (рис. 3 и 4).

На этих графиках приводится общий расход оцинкованной стали для профилей в каркасе и черной стали для сопутствующих деталей и конструкций каркаса в кг на 1 м2 здания.

Из оцинкованной стали выполняются ригели рам, колонн (если они отвечают расчетным требованиям по несущей способности), прогоны и связи.

Из черного проката выполняются базы колонн, узловые фасонки, прокладки, соединяющие спаренные профили элементов каркаса, и затяжки. Если колонны не могут быть выполнены из оцинкованных стандартных профилей по результатам расчета, колонны принимались из одиночного стандартного широкополочного двутавра, и их масса учитывалась в табличных значениях металлоемкости проката.

По результатам расчета неразрезных прогонов пролетом 3,0; 4,5 и 6,0 м приняты их марки и собственный вес по СТО, который учитывался при определении общего расхода оцинкованной стали.

Особенности применения ЛСТК в ограждающихся конструкциях многоэтажных зданий различного назначения с железобетонным или стальным несущим каркасом представил главный инженер проекта отдела ЛСТК Николай Каменщиков.

Наружные стены многоэтажных зданий выполняются по стальному каркасу из «термопрофилей», с заполнением теплоизоляционным материалом.

Наружная облицовка выполняется по дополнительной обрешетке, которая образует воздушный зазор между стеной и наружной облицовкой. Наружная облицовка выполняется из фасадных систем, имеющих техническое свидетельство применения в системе с воздушным зазором. Способы крепления фасадных систем определяются компанией-производителем.

Внутренняя облицовка может выполняться из гипсокартонных или гипсоволокнистых листов. Для устройства стального каркаса ограждающих конструкций наружных стен рекомендуется применять стальные оцинкованные холодногнутые профили, изготовленные из оцинкованной стали (масса одного квадратного метра слоя цинкового покрытия, нанесенного с двух сторон, не менее 275 г/м2).

Для тепло- и звукоизоляции наружных каркасно-обшивных стен применяются негорючие (НГ) минераловатные плиты плотностью 30–60 кг/м3.

Каркасно-обшивные наружные стены включают стальной каркас, наружную облицовку из различных фасадных материалов, внутреннюю облицовку из гипсокартонных (гипсоволокнистых) листов, закрепленную к каркасу на самонарезающих винтах. Воздушная полость между облицовками заполнена теплозвукоизоляционным материалом. С наружной стороны под фасадной облицовкой устраивается гидроветрозащитный слой, а с внутренней – пароизоляционный. Между гидроветрозащитным слоем и наружной облицовкой создается воздушный зазор.

Каркас ограждающей конструкции состоит из стальных оцинкованных холодногнутых «термопрофилей», изготовленных из оцинкованной стали. Сечения стальных профилей, необходимые для обеспечения несущей способности стен, зависят от высоты этажа, от районов, которые определяют ветровую нагрузку. Расчет каркаса и его элементов, соединений производится по СТО. Сечения элементов каркаса стены назначаются исходя из минимальной толщины теплозвукоизоляционного материала, обеспечивающего требуемое по нормам проектирования термическое сопротивление и звукоизоляцию стены. Расчет каркаса ведется с учетом, что изнутри каркас обшит гипсокартонными (гипсоволокнистыми) листами, а снаружи – элементами фасадной системы. Вертикальные стойки каркаса стен устанавливаются на опоре в нижней направляющей и закрывается сверху верхней направляющей.

Крепление нижней направляющей к бетонному фундаменту и железобетонной плите перекрытия или к ригелям стального несущего каркаса осуществляется через уплотнительную ленту из пенополиэтилена стальными распорными анкер-болтами или болтовыми соединениями. Анкера устанавливаются у углов стеновой панели и у стоек каркаса с шагом 600 мм на расстоянии 50 мм от ближайшей стойки. Соединение стальных элементов каркаса ограждающей конструкции осуществляется самонарезающими самосверлящими винтами. Стойки каркаса ограждающей конструкции наружной стены располагаются с шагом 600 мм. Оконные и дверные проемы принимаются исходя из проектных решений.

Для обеспечения устойчивости элементов стального каркаса стены в плоскости стены на наружной плоскости каркаса на его глухих участках (шириной 1,8 м) устанавливаются связи из стальных оцинкованных полос размером 0,7 х 40 мм, которые закрепляются ко всем стойкам связуемого участка каркаса самосверлящими винтами.

Жесткость материалов, применяемых в качестве облицовки, столь высока, что при достаточном качестве крепления исключается потеря устойчивости холодногнутых профилей в плоскости стен, а также потеря общей устойчивости при продольном изгибе и кручении. Одновременно каркас стены используется для восприятия локальных вертикальных нагрузок на стены и придания наружному ограждению устойчивости при воздействии внешних нагрузок, возникающих под воздействием ветра. Определяющую роль при обеспечении устойчивости имеют вид, толщина облицовки и конструкция каркаса ограждающей конструкции. Нагрузка от каркаса стены передается на диски перекрытий. Поэтому в конструктивном плане необходим точный расчет анкерного крепления направляющих профилей каркаса стены, что обеспечит как передачу усилий на плиты перекрытий и несущий каркас здания.

Минимальная толщина утепляющего слоя должна определяться расчетом исходя из требуемого расчетного сопротивления теплопередаче в зависимости от расчетных характеристик отопительного периода (средняя температура и продолжительность) района строительства. При расчете требуемых характеристик теплоизоляционного слоя следует учитывать расчетные значения показателей теплопроводности материалов внутренней и наружной облицовки. Обеспечение пароизоляции осуществляется путем установки рулонных материалов с низкой паропроницаемостью под внутреннюю облицовку и должно предотвращать накопление конденсата внутри стены. Дополнительным условием сохранения свойств утепляющего слоя является обязательное обеспечение гидроветрозащиты.

 

Как показывают расчеты каркасно-обшивных стен, толщина стен, принимаемых по требованиям к звукоизоляции наружного ограждения, намного меньше, чем толщина каркасно-обшивных стен, выполненных исходя из требований по тепло-физическим характеристикам. В связи с этим звукоизолирующие свойства стен можно не учитывать при расчете проникающих уровней транспортного шума, так как шум в помещении будет определяться только звукоизоляционными свойствами окон.

Класс пожарной опасности наружных ненесущих стен определяется со стороны помещения по ГОСТ 30403 «Конструкции строительные. Методы определения пожарной опасности». В зависимости от конструктивных решений и номенклатуры применяемых материалов класс пожарной опасности этой конструкции по ГОСТ 30403 не менее К0 (45).