Строительство в Беларуси каркасных зданий на основе легких стальных тонкостенных конструкций
Снижение стоимости жилья, повышение качества строительных услуг, уменьшение затрат на эксплуатацию зданий являются в настоящее время наиболее актуальными задачами в Республике Беларусь. В связи со сложившейся ситуацией в нашей стране, государственные и частные организации ведут поиск новых эффективных конструктивных решений зданий и сооружений. Одним из решений задач является строительство каркасных зданий на основе легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК, Light Gauge Steel Framing).
История строительства зданий из ЛСТК в Европе, США и Канаде насчитывает уже более 50 лет. При этом за рубежом накоплен огромный опыт проектирования, финансирования, строительства и эксплуатации таких объектов. В настоящее время строительство с применением ЛСТК стремительно развивается в Европе (особенно в Скандинавских странах), Восточной Азии, США, Австралии.
За последние 10 лет новая отрасль строительной индустрии (производство гнутых профилей из оцинкованной стали) сформировалась и в России. Сегодня развитие этого направления особенно актуально, поэтому в России создана Национальная ассоциация производителей стальных гнутых профилей (NAMSCS), которая объединяет более 30 фирм, изготовляющих в год около 1 млн т гнутых профилей из оцинкованной стали.
Область массового применения этих профилей включает строительство легких несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений различного назначения во всех регионах, в том числе и сейсмически активных. В большинстве случаев ЛСТК используются как альтернатива деревянным каркасным конструкциям зданий.
В настоящее время на рынке строительных конструкций и систем Беларуси устойчивые позиции заняли зарубежные, в том числе и российские, производители.
Сегодня в нашей стране производство тонкостенных холодногнутых профилей из оцинкованной стали, а также строительных конструкций и элементов зданий на их основе осваивают отечественные организации, такие как «Синтез плюс», «Норд альфа», «Молодечненский ЗМК», «Гидроизолстрой» и др. Для того чтобы уменьшить долю импортной продукции, необходимо наладить отечественное производство тонкостенных холодногнутых профилей из рулонной листовой оцинкованной стали, а также ЛСТК на их основе.
По мнению заведующего научно-исследовательской лаборатории металлических конструкций и арматурных изделий в конструктивных системах зданий и сооружений А.В. Щербача и научного сотрудника Института БелНИИС В.Е. Новикова, первым сдерживающим фактором использования ЛСТК является частичное отсутствие адаптированной к условиям Республики Беларусь нормативно-технической правовой базы, регламентирующей проектирование (в том числе расчет), изготовление, возведение, эксплуатацию, ввоз, сертификацию (в том числе испытания) зданий на основе ЛСТК. Хотя на территории Беларуси уже введены в действие европейские нормы, в которых данные вопросы решены наиболее полно, но активного их использования в процессе проектирования (в частности ЛСТК) пока не наблюдается. Вторым сдерживающим фактором использования ЛСТК является отсутствие специалистов в этой области и некоторый консерватизм потенциальных потребителей.
Следует отметить две наиболее интересные технологии в области строительства быстровозводимых зданий и сооружений на основе ЛСТК.
Каркасные здания с применением рам сварного двутаврового сечения переменной высоты с тонкой гибкой стенкой
Все монтажные элементы рам свариваются из листовой неоцинкованной стали толщиной более 4 мм. Соединение монтажных элементов между собой выполняется на фланцах и высокопрочных болтах. Данные конструктивные решения широко известны и в странах СНГ, однако именно западным компаниям удалось автоматизировать, а затем и усовершенствовать данную технологию.
Технология позволяет в краткий срок запроектировать и изготовить каркасное здание. Сегодня в нашей стране в основном пользуются спросом каркасы для одноэтажных многопролетных общественных или производственных зданий, хотя технология позволяет изготовить и многоэтажные здания. При этом поставка может представлять собой полный комплект здания с кровлей, стеновыми ограждениями, системами вентиляции, лестницами и прочими элементами, за исключением, наверное, только железобетонных изделий. Каждый представитель имеет специальную компьютерную программу, которая позволяет буквально за день частично запроектировать здание в пространстве, согласовать проект с заказчиком и оценить его стоимость. При этом названная стоимость уже не изменится в процессе изготовления и поставки здания. Малые сроки изготовления и эффективность каркасов достигается, в частности, путем автоматизации процесса проектирования и изготовления.
В Беларуси данную технологию представляет компания Astron Buildings, принадлежащая группе компаний Lindab.
По данной технологии построены, например, все новые каркасы зданий супермаркета «Корона», а также здания цехов вагоностроительного завода.
Каркасные здания с применением тонкостенного холодногнутого оцинкованного профиля
Использование данной технологии также позволяет в краткий срок запроектировать и изготовить каркасное здание. Пока в Беларуси в основном пользуются спросом одноэтажные производственные здания или двух- и трехэтажные жилые здания (коттеджи), хотя технология позволяет изготовить и многоэтажные здания. Технология автоматизирована: обычно существует программный комплекс, позволяющий запроектировать здание в пространстве. Необходимая информация подается на станки, и с помощью программы генерируются сборочные чертежи каркасных панелей, балок и ферм и монтажные чертежи здания. Каркас любого здания по данной технологии состоит из набора простых конструктивных элементов: каркасных панелей, балок (в том числе и сквозных) и ферм. Все конструктивные элементы изготавливаются из тонкостенного холодногнутого оцинкованного профиля, детали которого соединяются в конструктивный элемент с помощью заклепок, болтов или самонарезающих винтов. Конструктивные элементы между собой соединяются болтами и самонарезающими винтами (саморезами). Следует отметить, что профиль также изготавливается из листовой оцинкованной стали толщиной до 2,5 мм. В некоторых случаях все производство мобильно: исходный материал – рулоны оцинкованной стали и оборудование можно привезти на строительную площадку и там же изготовить профиль, собрать конструктивные элементы и смонтировать здание.
Один из многочисленных представителей данной технологии – компания Scottsdale Ltd, которую в Беларуси представляет фирма «Норд альфа».
Применение 3D моделирования при проектировании
Проектирование зданий из ЛСТК сегодня уже трудно представить без использования 3D моделирования. Использование 3D моделирования особенно эффективно в случае, если разработку чертежей стадии КМ (конструкций металлических) и КМД (конструкций металлических деталировочных) выполняет один разработчик. Запроектировав каркас в пространстве с точностью до болта, можно автоматически получить все необходимые спецификации расхода материалов, а также сгенерировать чертежи, необходимые для изготовления конструкций и их монтажа на строительной площадке. Здание собирается быстро, без дополнительных проблем благодаря тому, что на стадии проектирования минимизируются ошибки геометрических построений, так как все эти построения выполняются компьютерной программой. Зачастую при сложной конструктивной форме здания запроектировать его «вручную на плоскости» без использования 3D моделирования невозможно. Поскольку все программы 3D моделирования поддерживают форматы обмена данными с металлообрабатывающими станками, то зачастую не требуется разработка чертежей КМД, содержащих необходимую информацию для возможности изготовления стальной конструкции, – информация об изготовлении конструкции передается на станки напрямую из программы 3D моделирования.
Одним из преимуществ 3D моделирования является возможность параметризации: создав 3D модель параметрического здания (прототип), можно довольно быстро создавать 3D модели такого же типа, но с другими параметрами. Например, если создана 3D модель параметрической двускатной однопролетной поперечной рамы, в конструкции которой в качестве параметров выступают пролет, высота и уклон кровли, то можно тиражировать ее, задавая произвольно эти три значения.
«Существует множество компьютерных программ 3D моделирования. Однако следует различать архитектурное и инженерное моделирование. Архитектурная 3D модель здания позволяет получить лишь визуальное представление о нем, тогда как инженерная 3D модель позволяет выполнить необходимые расчеты, обеспечивающие его эксплутационную надежность и эффективность, а также предоставляет возможность изготовить здание и смонтировать его на строительной площадке. В своей практике мы пользуемся компьютерной программой 3D инженерного параметрического моделирования Tekla Structures», – отметили А.В. Щербач и В.Е. Новиков.