Стальная легкость

Тонкостенная оцинкованная сталь находит широкое применение как в новом строительстве, так и при реконструкции зданий. Сравнительно небольшой вес подобных стальных конструкций весьма уместен, например, для кровельных работ.

Сталь используется для изготовления стропильных ферм, чердачных балок с подпоркой, кровельных балок с опиранием на внутренние и наружные несущие стены, кровельных несущих теплых сэндвич-панелей.
Богатый потенциал
Кровельные стальные фермы имеют С-, U- или Z-образное сечение. Благодаря высокой несущей способности стали возможно изготовление конструкций мансардного типа, что увеличивает чердачное пространство. Кровельные стропильные фермы предпочтительнее изготавливать в заводских условиях либо на земле, перед подъемом на место. Балка с подпорками на чердачную конструкцию предполагает передачу нагрузки с каркаса кровли на пол чердака. Поэтому опирание стропильных ферм (балок) должно осуществляться на вертикальные стойки стен, с тем чтобы стойки были центрально нагружены. Если оси стропильных ферм (балок) не совпадают, то для распределения нагрузки под стропилами располагают балочную усиленную перемычку. Распределение нагрузки под кровельными стропилами может быть сделано, например, при помощи жестких пластин, образованных стыком вертикальных перфорированных профилей
и стального листа.
Для мансардных этажей специалисты рекомендуют выбирать легкие конструкции и материалы из легкого металлического профиля. В системе RANNILA, например, несущим элементом мансарды (одно- или двухэтажной) является двухпролетная поперечная рама с элементами из спаренных тонкостенных сигма-профилей. Сигма-профиль представляет собой легкий оцинкованный профиль, изготовленный из стали толщиной до 3 мм и высотой 400 мм с болтовым соединением профилей в узлах рамы. Шаг рам, в зависимости от поперечных стен, составляет 2,6-3,2 м. По контуру рам вдоль мансарды с шагом 600 мм располагаются прогоны швеллерного сечения с перфорированной стенкой (термопрофиль). Термопрофиль передает нагрузку от кровли к каркасу и исключает промерзание и применение деревянных изделий. По прогону устраивается вентилируемая обрешетка из идущих по скату гнутых Z-профилей и расположенных по ним шляпных профилей, служащих для опоры и крепления кровельных листов из металлочерепицы или профилированного настила.
Выбор системы устойчивости зданий зависит от таких параметров, как дизайн здания, расположение и количество этажей.
В частности, система устойчивости здания должна обеспечивать безопасную передачу горизонтальных нагрузок (ветер, сейсмические волны и т.п.) на фундамент. Система
устойчивости здания базируется на трех конструктивных элементах. Во-первых, гипсо- вые листы выполняют функцию ограждающих элементов и одновременно служат противопожарной защитой металлических конструкций, а также используются в качестве элементов устойчивости. Прочность стен против сдвига обеспечивается креплением листов (гипсовых, фанеры, ЦСП) к стальному несущему каркасу. Дополнительную устойчивость зданию придают фермы и их соединения со стеновыми панелями, а также жесткие узлы соединений элементов тяжелого каркаса. Этот способ не требует других дополнительных приемов придания устойчивости зданию, но предполагает значительное количество болтовых (в том числе высокопрочных) соединений. Колонны и балки при этом должны быть также более тяжелыми,
и поэтому данная система не является широко распространенной.
Высотный аспект
Сохранение устойчивости многоквартирных домов при действии внеплоскостных сил ветра обусловлено, в том числе, эффектом напряжения панелей, а также балочным эффектом перекрытий между этажами, кровлей и стенами. В этом случае ветровые нагрузки передаются от стен, на которые действует ветер, через жесткие диски перекрытия на элементы жесткости и далее на фундамент. Сдвигающие нагрузки панелей стены зачастую комбинируются с вертикальными на такие элементы устойчивости, как стальные фермы, каркасы, готовые сборные шахты лифтов и лестничные пролеты, отлитые на месте шахты лифтов и лестничные пролеты.
Исходя из условий устойчивости зданий на основе легких тонкостенных стальных конструкций (ЛСТК), остается актуальной возможность возведения многоэтажных объектов. Для этого проводились исследования на двух различных типах строений: на строениях, условно называемых «гибкими» (с немногочисленными стабилизирующими стенами и фасадом, в основном состоящим из окон и дверей), и на «негибких» строениях
с большим числом стабилизирующих стен.
Результаты показали, что в «гибких» строениях нагрузки передаются с этажа на этаж через краевые балки. При использовании гипсовых листов число этажей ограничивается двумя. При применении панелей из других материалов или с поперечными ветровыми балками можно строить выше. Однако потеря устойчивости балок перекрытия (краевых) ограничивает сооружение тремя этажами.
В «негибких» строениях пределом являются четыре этажа при использовании
и гипсовых листов в качестве раскрепления стен, и других материалов. В случае применения панелей с обшивкой из более прочных материалов (например, фанеры) этажность ограничивается из-за потери устойчивости стенками краевых балок.
В случае усиления стенок краевых балок возможно строительство сооружений большей этажности.
Наибольшая этажность определяется степенью усиления и типами используемых конструкций перекрытий и стен. Каркас из колонн и балок, изготовленный из прокатных или сварных профилей, в комбинации
с самонесущими тонкостенными конструкциями предполагает строительство более высоких зданий. Выбор каркаса здания определяется, в первую очередь, типом здания и принятым методом строительства. При выборе типа каркасной системы экономическое обоснование должно проводиться для каждого конкретного случая. Здания высотой более трех этажей сегодня экономически выгоднее строить с использованием ЛСТК в сочетании с более тяжелыми стальными профилями из балок и колонн.


Автор: Андрей Мельников (по данным компаний «Талдом-Профиль», «Термоблок»)