Облегченные конструкции из металла

Обновлено: 04.10.2024

Под легкими или облегченными конструкциями подразумеваются основные несущие элементы и системы − балки, фермы, колонны, рамы и др., у которых благодаря рациональной конструктивной форме, оптимальным размерам сечений, использованию сталей повышенной и высокой прочности металлоемкость существенно снижена по сравнению с традиционными конструкциями − сварными двутаврами с гибкостью стенки 100 . 120,фермами со стержнями из парных уголков и узловыми фасонками и т. д.

Особо легкими называют такие металлические конструкции, металлоемкость которых сопоставима с расходом стали на арматуру в аналогичных железобетонных конструкциях, приведенным к стали обычной прочности. Однако с начала 1970-х годов под легкими металлическими конструкциями стали подразумевать несущие и ограждающие конструкции в зданиях с пролетами 12 − 30 м без кранов, с подвесным транспортным оборудованием грузоподъемностью до 5 т или мостовыми кранами грузоподъемностью до 20 т. Масса 1 м 2 ограждающих конструкций в таких зданиях составляла 30 . 100 кг, при этом суммарный расход металла на несущие и ограждающие конструкции был снижен до 25 . 100 кг.

Рисунок 1.1 – Сборное здание-модуль общего назначения

В 90-х годах прошлого века в системе Минмонтажспецстроя СССР было создано Всесоюзное проектное промышленно-строительное объединение Союзлегконструкция с региональными промышленно-строительными объединениями по изготовлению и монтажу зданий из легких металлических конструкций комплектной поставки, в том числе зданий-модулей (рис. 1.1). В такое объединение входило предприятие по изготовлению легких несущих, а также легких ограждающих конструкций. Подобные предприятия были и в других ведомствах. Заводы металлоконструкций оснащались автоматизированными комплексами по выпуску тонкостенных рамных конструкций с переменным сечением, автоматическими линиями сборки и сварки ферм из гнутосварных прямоугольных труб. Линиями по производству облегченных стеновых икровельных панелей и др. Был организован концерн, возглавляющий эти заводы, а также создан институт ЦНИИпроектлегконструкция, в задачи которого входили исследования и разработки проектов легких зданий.

Все это позволило создать новые конструктивные формы легких несущих и ограждающих металлоконструкций, дало импульс творческой инициативе в поисках эффективных конструктивных форм, методов их изготовления и монтажа.

Под конструктивной формой понимается взаимосвязанность схемы конструкции с ее обоснованными размерами, типами сечения элементов и узловых сопряжений с технологическими приемами и особенностями изготовления, монтажа и эксплуатации,

Использование прогрессивных технологий изготовления, благодаря чему производительность труда повышается в 1,5 . 2 раза, комплектность поставки элементов зданий (включая комплектно-блочные встроенные помещения административного, бытового и инженерного назначения), скоростной монтаж существенно повышают индустриальность строительства, приближают строительную отрасль по уровню технического развития к машиностроению.

Итак, легкие металлические конструкции − это конструкции, высокоэффективные решения которых обеспечивают существенное снижение металлоемкости изделий' приспособленность их для высокомеханизированного поточного изготовления, комплектной поставки и блочных методов монтажа.

Номенклатура и экономическая эффективность легких металлических конструкций

В настоящее время рассматривают два вида легких конструкций производственных зданий; первый вид − каркасы зданий с традиционными параметрами (пролеты 12 − 30 м, шаг колонн 6, 12 м), в некоторых случаях возможно наличие подвесного грузоподъемного оборудования. Второй вид − каркасы зданий с пролетом 18 − 36 м. Каркасы первого вида применяют в зданиях различных отраслей промышленности, особенно в легкой, пищевой, легкого машиностроения, при сооружении складов, стоянок, павильонов, спортивно-оздоровительных зданий и др. Каркасы второго вида используют в зданиях, где предусмотрены мостовые краны, подвесное грузоподъемное оборудование, конвейеры и др., т. е. в сборочных, сварочных, кузнечных и других цехах легкого и среднего машиностроения. Отдельные элементы (балки, фермы, колонны, структуры), изготавливаемые поточным методом, применяются как составные части каркасов в зданиях тяжелого машиностроения, металлургии, авиа- и судостроения и т. п. Таким образом, легкие несущие элементы конструкций имеют область распространения значительно более широкую, а не только в легких каркасных зданиях комплектной поставки.

Рис. 1.3 – График относительной площади двутавровой балки

1 – при упругом расчете в упругой стадии; 2 – при расчете с учетом пластичности

За годы развития легких металлических конструкций определилась номенклатура их несущих элементов и систем. Разработан ряд типовых проектов, выпускаются каталоги конструкций комплектной поставки. Последние постоянно совершенствуются, появляются новые их формы (рис. 1.2).

Облегчение балок достигается в основном за счет снижения расхода металла на стенки. При переходе от идеального двутавра, у которого стенка условно отсутствует, к конструкции из одной стенки расход металла увеличивается в 3 раза при упругой работе и в 2 раза при допущении пластических деформаций (рис. 1.3). В реальных балках уменьшается толщина стенки в 2 . 4 раза, используется закритическая стадия работы, повышается местная устойчивость путем гофрирования стенки или изготовления балок с отверстиями в стенке (перфорированная стенка).

Облегчение ферм осуществляется в основном за счет отказа от значительной части фасонок и сухарей в их конструкции. Использование одиночных уголков, тавров, двутаров с параллельными гранями полок, контактной сварки (электрозаклепок) в узлах обеспечивают снижение трудозатрат на изготовление ферм по сравнению с традиционными конструкциями стержней из парных уголков и фасонок. Применение замкнутых сечений − круглых и прямоугольных, труб − обеспечивает дополнительную экономию металла и более эффективное использование сталей повышенной и высокой прочности в сжатых и сжато-изогнутых стержнях. Кроме того, фермы из замкнутых стержней обладают повышенной устойчивостью при монтаже.

Эффективность сечений стержней ферм и колонн оценивается удельным радиусом инерции и коэффициентом − показателями, зависящими от формы сечения и относительной тонкостенности (табл. 1.1). Данные таблицы свидетельствуют о явных преимуществах сечений тавров, гнутых швеллеров, круглых и прямоугольных труб по сравнению с парными уголками.

Колонны для зданий без кранов, с подвесными кранами грузоподъемностью до 5 т или с мостовыми кранами грузоподъемностью до 20 т изготавливаются в основном из сварных или широкополочных двутавров. Находят применение колонны из круглых электросварных труб, весьма перспективно использование для колонн гнутых прямоугольных труб, тонкие стенки которых можно подкрепить штампованными рифами. Стойки фахверка в основном делают из сварных либо прокатных двутавров, угловые стойки − гнутые.

В зданиях комплектной поставки большое распространение получили сплошностенчатые рамы. В мировой строительной практике насчитываются десятки различных рамных систем. Схемы рам − в основном трехшарнирные или двухшарнирные, сечение ригелей и стоек − как правило, сварной двутавр. Основные преимущества сплошностенчатых рам − это меньшая трудоемкость изготовления по сравнению с решетчатыми конструкциями, в 1,5 . 2 раза меньшая высота сечения.

Среди пространственных систем в зданиях комплектной поставки широко используются структурные плиты, характеризующиеся высокой технологичностью изготовления и удобством транспортирования, а также трехгранные блоки покрытий. Весьма перспективно применение блоков на пролет, включающих в работу ограждающие конструкции. Эффективно использование складчатых конструкций из тонкого алюминиевого листа.

Таблица 1.1 – Удельные характеристики сечений

В качестве ограждающих конструкций неотапливаемых зданий используются стальные, реже алюминиевые, профилированные и плоские листы (рис. 1.4). Кровельный настил укладывают по прогонам или стропильным конструкциям, стеновое ограждение − по ригелям фахверка. Для производственных отапливаемых зданий применяются кровельные настилы из стальных профилированных листов и эффективного легкого утеплителя − пенополиуретана, фенольного пенопласта, минеральной ваты и стекловолокна.

В зависимости от степени заводской готовности и конструктивного решения различают следующие типы кровельных настилов:

− настилы раздельного типа, предусматривающие укладку стальных профилированных листов на верхние пояса стропильных конструкций или на прогоны, непосредственно на строительной площадке с дальнейшим устройством теплоизоляции и рулонного ковра;

− двухслойные бескаркасные монопанели полной заводской готовности, состоящие из внутреннего стального или алюминиевого профилированного листа с припененным к нему легким утеплителем и верхним слоем рубероида (требуется устройство рулонного ковра и защитного слоя поверхности плит);

− трехслойные бескаркасные панели типа «сэндвич» полной заводской готовности, состоящие из двух слоев профилированных листов и внутреннего слоя припененного легкого утеплителя (устройство дополнительного рулонного ковра и защитного гравийного слоя не требуется);

− трехслойные каркасные панели с легким плитным утеплителем полной заводской готовности длиной до 12 м (устройство дополнительной мягкой кровли не требуется).

Стеновые ограждающие конструкции выполняются из трехслойных плит длиной 12 м. Конструкции могут быть бескаркасными с припененным утеплителем (панели типа «сэндвич»), полукаркасными (имеются только продольные ребра) с припененным легким утеплителем и каркасными с плитным легким утеплителем. Устанавливаются по фахверку с вертикальной разрезкой (гофры профилированных листов ориентированы вертикально). Наряду с металлическими ограждающими конструкциями в строительстве находят применение легкие асбестоцементные листы, трехслойные ребристые утепленные панели на их основе, различные панели из фанеры и др.

Эффективность применения легких металлических конструкций, определяется рядом факторов. Важнейшее значение имеет показатель снижения расхода металла. Последний характеризуется массой самого конструктивного элемента и, кроме того, общим расходом металла на единицу площади зданий, включая все элементы каркаса — стропильные и подстропильные конструкции, прогоны, колонны, связи и другие элементы – учитывается масса металла, израсходованного на ограждающие конструкции. Эффективность оценивается также по трудозатратам на изготовление и монтаж конструкций, в том числе и на один сопоставимый элемент, а также на единицу площади (на 1 м 2 ).

Обобщенными показателями эффективности являются стоимость «в деле» и приведенные затраты. Последние должны учитывать не только стоимость самих конструкций и вложения в сопряженные отрасли промышленности — строительство заводов, изготавливающих металлопрокат; предприятий, производящих конструкции; баз монтажных организаций, но и эксплуатационные расходы, в частности на защиту конструкций от коррозии.

Сравнительная оценка металлоемкости стропильных конструкций пролетом 18 . 24 м при одинаковых нагрузках представлена в таблице 1.2. Из таблицы видно, что благодаря совершенствованию балок металлоемкость этих конструкций уменьшается и они приближаются по массе к фермам из парных уголков, при этом их высота в 2 раза меньше, чем у ферм. По фермам четко прослеживается закономерность снижения металлоемкости в случае применения эффективных профилей.

Расход металла зависит также от типов компоновочных схем покрытий (прогонные, беспрогонные и др.). В беспрогонных покрытиях с шагом стропильных конструкций 4 м удается дополнительно снизить расход металла за счет упрощения системы связей, кроме того, уменьшается число основных монтажных элементов. Так, например, в ячейке 18 х 12 м при прогонном решении присутствуют две стропильные фермы и семь прогонов, при беспрогонном решении − две подстропильные фермы и четыре стропильные. Однако же по мере роста пролета беспрогонные решения уступают решениям с прогонами, по расходу металла.

Таблица 1.2 –Металлоемкость и высота несущих конструкций, %

На экономическую эффективность легких конструкций существенное влияние оказывает технология изготовления. Опыт работы заводов легких металлических конструкций свидетельствует о том, что трудоемкость изготовления на поточных высокомеханизированных и автоматизированных линиях снижается в 1,5 . 2,5 раза по сравнению с их изготовлением по обычной технологии.

Технико-экономические показатели различных типов кровельных настилов приведены в таблице 1.3 для климатических условий Новосибирска применительно к отапливаемым производственным зданиям с плоской кровлей. За базовую стоимость принята стоимость комплексной железобетонной плиты размером 3x12 м с утеплителем из ФРП. Разброс данных по массе, расчетной нагрузке и стоимости связан с различными размерами плит, колебаниями плотности утеплителя и др.

Несмотря на преимущества легких металлических конструкций, особенно для зданий комплектной поставки, на их долю

Таблица 1.3 – Технико-экономические показатели кровельных настилов

Примечание.В массе и стоимости учтена пароизоляция, цементная стяжка, рулонный ковер и его защитный слой.

В общем объеме капитального строительства приходится еще достаточно низкий процент. Анализ технико-экономических показателей производственных зданий из легких металлических конструкций и зданий с традиционным железобетонным каркасом свидетельствует о том, что расход стали на 1 м 2 , приведенный к стали обычной прочности, в первых составляет 40 . 110 кг, в железобетонных же каркасах он меньше в 1,5 . 2,5 раза, однако трудоемкость изготовления и монтажа, продолжительность монтажа металлических конструкций ниже на 20 . 40 %. Кроме того необходимо отметить, что масса здания из легких металлических конструкций может быть в десятки раз меньше такого же кирпичного здания с железобетонным покрытием. И это является важным фактором для сейсмически активных и труднодоступных районов.

Быстровозводимые ЛМК здания (легкие металлоконструкции)

Строительство и производство быстровозводимых зданий

Легкие быстровозводимые металлоконструкции – это высокопрочные здания, которые можно построить за несколько месяцев при любых погодных условиях и климатических особенностях региона строительства. В этой статье мы рассмотрим ключевые преимущества, а также этапы строительства здания из ЛМК.

ЛМК – это лёгкие металлические конструкции. Относятся к категории каркасных сооружений, которые отличаются малыми сроками строительства, так называемые быстровозводимые здания.

Что можно построить из ЛСТК и ЛМК?

Из ЛМК можно построить практически любую конструкцию промышленного или жилого назначения. Всё, что можно построить по обычной, традиционной технологии, легко строится при помощи каркасной технологии из металла. ЛМК отлично подходит для возведения крупных ангаров и складов, офисных зданий, торговых центров, СТО, заводов и так далее.

Из чего строят быстровозводимые здания?

Главным строительным материалом является металл. Для возведения металлических ЛМК конструкций может быть использована горячетканная черновая сталь, а также сталь высокой категории.

Сколько стоит ЛМК?

Быстровозводимые здания из лёгких металлоконструкций оцениваются по общему тоннажу. Так, например, по состоянию на 2016 год, средневзвешенная стоимость 1 тонны чернового профиля составляет 37000-45000 рублей.

Какие преимущества присущи ЛМК?

Низкая цена.
Высокое качество профиля.
Прочность и долговечность.
Мокрая установка в холодную погоду.
Возможность строительства различных проектов, в т.ч. многоэтажные здания.
Сейсмическая устойчивость.
Быстрое возведение конструкции.
Простота монтажа.
Упрощенный ввод здания в эксплуатацию.

Быстровозводимые здания из лёгких металлоконструкций строят по технологии ЛСТК. Это прекрасная альтернатива капитальному строительству, которое обходится в 2-3 раза дороже.

Металлические здания сегодня пользуются огромной популярностью и спросом. Построить ангар или склад сельхоз назначения можно за считанные недели. Все этапы, начиная с нулевого (закладка фундамента), позволяют экономить значительные средства.

Есть ли у ЛМК недостатки? – Недостатков нет, кроме редких случаев, когда заводы металлопроката специально занижают качество изделий. Избежать этого можно правильным выбором строительной организации, которая будет вести проект «под ключ».

Каркас здания, построенный из ЛМК профиля способен выдержать высокие климатические нагрузки благодаря прочности конструктивного элемента и толщине профиля. В отличие от ЛСТК (тонкостенные конструкции), легкие металлические профили практически невозможно деформировать, ввиду большей жесткости стали.

ЛМК каркас выигрывает у традиционных зданий из кирпича и бетона по многим критериям, вот некоторые из них:

Сроки строительства.
Цена.
Прочность.
Ремонтопригодность.

Технологии ЛМК всего пару десятков лет и она активно развивается в настоящее время. В строительстве важно соблюдать этапы и не экономить на профессионалах для возведения конструкции.

Основные этапы строительства ЛМК здания:

Обратите внимание, что можно сэкономить на этапе проектирования, купив готовый комплект металлоконструкций по типовому проекту, а не индивидуальному.

ЛМК – это, однозначно, большой шаг вперед, в некотором роде настоящий прорыв технологий, который открывает массу возможностей для реализации самых оригинальных объектов в жизнь.

Легкие стальные конструкции (ЛСТК и ЛМК)

Легкие стальные конструкции — это новый виток развития в сфере промышленного строительства. Здания из легких стальных тонкостенных конструкций являются крепкими и надежными, строить их на 25-40% выгоднее, чем обычные традиционные сооружения, а конструктивная особенность позволяет воплощать в жизнь сложные и оригинальные проекты.

Легкие стальные конструкции

Есть два вида металлоконструкций:

ЛСТК представляет собой облегченный вариант металлического здания, толщина стального профиля составляет 0,2-0,4 мм, при этом строить из ЛСТК можно складские и промышленные помещения, которые будут сейсмически устойчивыми и прочными.

ЛМК – это металлические здания с используемым металлом толщиной до 4 сантиметров. Это прочные и надежные сооружения, которые строят для разных областей жизнедеятельности человека.

Цены на легкие стальные конструкции сегодня разнятся и зависят от региона постройки. В центральных регионах Российской Федерации строительство стальных зданий обходится дешевле, ввиду высокой концентрации заводов-изготовителей, наличию конкуренции и, соответственно, более выгодным предложениям. Средняя стоимость одной тонны металлоконструкции составляет 50 000 – 79 000 рублей.

Интересной особенностью можно назвать простой ввод объекта в эксплуатацию. Так как ЛСТК и ЛМК конструкции не являются традиционными, то есть капитальными сооружениями из камня и бетона, процесс регистрации и ввода в эксплуатацию происходит в упрощенном режиме, без бумажной волокиты.

Легкие стальные тонкостенные конструкции: технология

ЛСТК более популярно в России, так как технология предполагает простой и быстрый монтаж стального каркаса, который по силам осуществить самостоятельно своими руками.

Технология возникла в 1950 году в Канаде. Доступность строительного материала и низкая стоимость возведения зданий быстро популяризировала тонкостенные конструкции в Японии, Скандинавии и Северной Америке.

Этапы строительства быстровозводимого здания:

Преимущества ЛСТК:

Низкая стоимость.
Простота сборки.
Долговечность и износостойкость.
Быстрый монтаж.
Независимость от климатических условий, возможность строить в холодную и мокрую погоду.
Сейсмическая устойчивость конструкции.
Хорошие свойства теплосбережения.
Отсутствие усадки на фундамент.

Из чего строят ЛСТК?

ЛСТК здания строят из профилей, которые производят из высокопрочной оцинкованной стали. Весь производственный цикл автоматизирован, при наличии проектной документации завод металлопроката подготовит каждую деталь будущего здания с необходимыми отверстиями и маркировкой.

Строительство из ЛСТК не является затратным, так как с нулевого этапа можно хорошо сэкономить на устройстве фундамента и в конечном этапе на утеплении. ЛСТК подходит для строительства жилого дома, коттеджа, теплицы, ангаров и многих других сооружений.

Также, рекомендуется обратить внимание, что можно дополнительно сэкономить на проектировании, выбрав не индивидуальное, а одно из типовых решений.

Строительство из лёгких металлоконструкций (ЛМК)

Строительство зданий из ЛСТК

Металлические конструкции становятся всё более привлекательными в сферах жилого и промышленного строительства. Сегодня строительство из ЛМК открывает широкие возможности ввиду многочисленных преимуществ перед традиционными постройками. В этом материале мы рассмотрим каркасную технологию быстровозводимых зданий из металла, этапы монтажа, преимущества и различные нюансы, которые помогут избежать некоторых ошибок при возведении здания.

Лёгкие металлические конструкции

ЛМК это аббревиатура, практически точно такая же, как и ЛСТК, только лёгкие металлические конструкции отличаются тем, что могут содержать не только лишь тонкостенные профиля, а стальные элементы совершенно других форматов и стандартов. По сути, ЛСТК и ЛМК являются одним и тем же быстровозводимым строительством, только называются немного по-разному.

Каркасное строительство существовало уже в 5 веке, правда, строили не из металла, а из дерева. В 20 веке команда канадских инженеров смогла разработать технологию лёгкого быстровозводимого строительства из тонкостенной стали (ЛСТК), которая вследствие своего развития получила стремительное распространение по странам Скандинавии, Японии, России и Северной Америке.

Рост популярности технологии обусловлен, прежде всего, простотой монтажа и низкой стоимостью основного строительного материала (стали). В 1950 году строительство из легких металлоконструкций позволило разрешить проблему нехватки жилья в Канаде, а также производственных и промышленных помещений (складов и ангаров).

В меру доступности и низкой стоимости строительство обрело новые масштабы, оживив потребительский рынок и подняв спрос на использование этой технологии. До сих пор лёгкие здания из металла не займут лидирующей позиции в каркасном строительстве, так как древесина более благородный и всем привычный материал.

Технология быстровозводимого монтажа в Российской Федерации появилась в 1990 году и только сейчас, в современном 2016 году люди стали понимать рациональность и превосходства таких зданий. Кстати, до сих пор не разработаны государственные нормативы для тонкостенных стальных конструкций (к ЛМК не относится, не путать).

Строительство ЛМК: особенности и этапы

Особых условий для монтажа нет, всё просто, если соблюдается технология и работы ведутся в соответствии с проектом. Первоочередный шаг – подготовка проектной документации. Можно выбрать типовой проект или воспользоваться услугами архитектора (рекомендуется).

На этапе проектирования можно одновременно заказать анализ грунтов и подземных вод на планируемом месте строительства здания из ЛМК. После получения заключения геодезистов можно приступать к подготовке поверхности (очистка от мусора) и заливу фундамента.

Фундамент для здания из лёгких металлоконструкций может быть упрощенного варианта, то есть мелкого заглубления. Для ЛМК подходит свайный, столбчатый и монолитно-плитный тип фундаментов, которые зарекомендовали себя как надежная основа для строительства дома. Про устройство фундамента читайте в этой статье.

Проектная документация содержит все необходимые сведения для изготовления деталей каркаса. Завод на основе этих данных производит комплект запчастей, которые имеют необходимую маркировку и отверстия для монтажа. После изготовления каркас здания ЛМК транспортируется на строительную площадку, где можно сразу же приступать к установке.

Можнаж каркаса осуществляется согласно инструкции завода, все узлы соединяются с помощью болтов или сварки. Средние сроки возведения металлоконструкции составляют 2-3 месяца. Ввод здания из ЛМК в эксплуатацию происходит в упрощенном режиме, так как они не относятся к категории капитальных сооружений из камня и бетона, а являются, так называемыми временными постройками.

Давайте рассмотрим основные преимущества ЛМК:

Простота и скорость монтажа.
Стоимость строительства.
Высокий срок службы готовой конструкции, который составляет 60-80 и более лет.
Монтаж в любое время года при любых погодных условиях.
Здания не дают усадку на фундамент.
Сейсмическая устойчивость.
Превосходные характеристики теплосбережения.
Широкие архитектурные возможности создания оригинальных и неповторимых проектов.
Долговечность и износостойкость.
Заводское качество изготовления профилей и их точность.

Строительство из лёгких металлоконструкций (ЛМК) имеет огромное количество преимуществ, в сравнении с традиционными зданиями. Сегодня многие выбирают ЛМК здания в виду соотношения цена/качество/сроки и это полностью оправдано. Технология каркасного быстровозводимого строительства позволяет не только сэкономить средства, но и самое главное – время.

ПРИЕМЫ ОБЛЕГЧЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ. ПРЕИМУЩЕСТВА ЛЕГКИХ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ. РАЦИОНАЛЬНОСТЬ КОНСТРУКТИВНОЙ ФОРМЫ

Основные характерные черты легких металлических конструкций: малая металлоемкость; существенная, но в разумных пределах, типизация и унификация; стабильность номенклатуры в течение достаточно длительного времени; высокая технологичность и приспособленность для изготовления на поточных автоматизированных линиях (в том числе с микропроцессорным управлением), для транспортировки, а также для конвейерно-блочных и других скоростных методов монтажа; высокая степень заводской готовности; возможность комплектной поставки целых зданий-модулей или их несущих конструкций; благоприятные экспортные возможности. Следствием вышеперечисленных особенностей легких металлических конструкций являются хорошие технико-экономические показатели.

Облегчение конструкций, снижение массы металла достигаются современными прогрессивными приемами.

1. Использование сталей повышенной и высокой прочности (обеспечивает до 60 . 70 % общей экономии металла) влияет на конструктивную форму и методы изготовления конструкций. Нужно искать такие формы, при которых эффект от применения сталей повышенной и высокой прочности будет наибольший.

2. Применение наиболее эффективных видов проката и гнуто-сварных профилей с максимальной тонкостенностью.

3. Оптимизация основных параметров конструкции, ее отдельных элементов, размеров сечений на базе современных математических методов и применения ЭВМ.

4. Концентрация материала, как в основных несущих системах, так и в отдельных ее элементах (концентрация материала позволяет снижать не только расход стали за счет более рационального обеспечения устойчивости, жесткости, выносливости и других свойств конструкции, уменьшения конструктивных коэффициентов, но также трудоемкость изготовления и монтажа).

5. Совмещение функций несущих и ограждающих конструкций в одной системе (позволяет уменьшить ее общую металлоемкость) .

6. Максимальная типизация, унификация и стандартизация конструкций и сооружений в целом (важнейшая предпосылка повышения индустриализации металлических конструкций и использования поточного метода изготовления), переход от типовых элементов к типовым зданиям-модулям.

7. Регулирование напряжений, и в частности предварительным напряжением. Не все методы предварительного напряжения удобны при поточном изготовлении конструкций. Весьма технологичны натяжение тонких листов с целью предотвращения потери местной устойчивости и повышения области упругой работы, а также натяжение высокопрочной затяжки в пределах отправочной марки, регулирование уровня опор в неразрезных системах и др.

8. Использование разворачивающихся конструкций позволяет повысить степень их заводской готовности и уменьшить трудозатраты на укрупнительную сборку при монтаже.

Внедрение в практику указанных приемов уже привело к заметному снижению расхода металла, а в перспективе даст возможность облегчить конструкцию в 1,5 . 2 раза по сравнению с классическими аналогичными конструкциями.

При выборе размеров конструкций, технологических приемов изготовления и монтажа следует заботиться не только об экономии металла и уменьшении трудозатрат на изготовление основных конструкций и сопряженных элементов, но и энергии, как в процессе строительства, так и в эксплуатации. В качестве примера приводится задача о выборе оптимальной высоты конструкции (балки, фермы). Для анализа используется целевая функция общей стоимости (приведенных затрат) всех элементов:

где С_м − стоимость несущих конструкций покрытия; С_к − стоимость колонн в пределах высоты покрытия (если таковые имеются); С_ст − стоимость стен в пределах высоты покрытия; С_э − эксплуатационные затраты на отопление и вентиляцию.

Формула (1.1) для сварной двутавровой балки имеет вид:

где b − шаг балки; А_к − площадь сечения колонны; − коэффициент, учитывающий долю момента, воспринимаемого поясами; − строительные коэффициенты соответственно стенки и поясов; − удельные стоимости металла «в деле» соответственно для поясов, стенки балки, колонн; стоимость 1 м 2 ограждающих конструкций стен, руб., единовременные и эксплуатационные затраты на возмещение потерь тепла и вентиляцию из расчета на 1 м 3 соответственно в руб. и руб. в год; t − расчетный период окупаемости.

Первый член этой формулы (в квадратных скобках) выражает стоимость балки, второй (в квадратных скобках) − затраты на остальные составляющие. Минимум критерия качества может быть найден из условия .

Оптимальная высота балки исходя из минимума общей стоимости (приведенных затрат) определяется из уравнения

Аналогичные уравнения составляются и для ферм. Расчеты свидетельствуют о том, что оптимальная высота балок и ферм, найденная из уравнения (1.3), будет существенно меньше, чем оптимальная высота собственно балки (без учета дополнительных затрат на стены, колонны, отопление и вентиляцию), особенно для районов с суровым климатом. Отсюда следует, что высоту несущих конструкций покрытий, определяемую по условиям жесткости (h_r) желательно принимать минимально допустимой. При этом надо заботиться об устройстве отверстий для пропуска различных коммуникаций, располагаемых в покрытиях.

Поточное производство конструкций требует тщательного выбора способа соединений. При изготовлении сплошностенчатых конструкций наиболее эффективной остается электродуговая сварка, производимая с помощью различных автоматов, причем предпочтительнее односторонняя с глубоким проплавлением. В решетчатых конструкциях для замены, ручной электродуговой сварки весьма эффективно применение контактной сварки для создания электрозаклепок (при контролировании надежности последних). В монтажных соединениях вместо сварки успешно используют высокопрочные болты в фланцевых соединениях.

Для поточного изготовления к форме конструкций предъявляется ряд требований. Так, конструкция должна легко члениться на постепенно укрупняемые сборочные элементы; габариты укрупняемых элементов не должны препятствовать их перемещению на поточных линиях; число типоразмеров конструкций должно быть минимальным. Большое значение приобретает стремление к упрощению конструктивной формы. Связано это со следующими обстоятельствами. Известно, что масса конструкции (здесь G₀ − масса основных элементов; − строительный коэффициент массы, учитывающий наличие ребер жесткости, накладок, прокладок, опорных плит, траверс, фасонок, сухарей и т. д.; в фермах этот коэффициент примерно равен 1,20 . 1,30; в балках − 1,10 . 1,20; в колоннах − 1,30 . 1,50).

Аналогично может быть выражена общая трудоемкость изготовления (здесь T₀ − трудоемкость изготовления основных элементов − строительный коэффициент трудоемкости) .

Величины строительных коэффициентов трудоемкости в 1,2 . 1,5 раза выше соответствующих строительных коэффициентов массы . Таким образом, уменьшение числа вспомогательных деталей обусловливает сокращение трудозатрат. Кроме того, при отсутствии вспомогательных деталей значительно упрощаются поточные линии, так как исключается необходимость в оборудовании для производства этих деталей. В результате вполне объяснимо появление таких конструкций, как безреберные тонкостенные балки, безфасоночные фермы с непосредственным примыканием стержней друг к другу, колонны с упрощенными базами, состоящими из одной опорной плиты и т.д. При разработке новых легких несущих конструкций необходимо до предела сокращать число вспомогательных деталей, иногда даже идти на увеличение массы основных элементов на величину массы вспомогательных деталей, если это позволит обойтись без последних. Следует анализировать форму вспомогательных деталей, количество их типоразмеров с целью уменьшения трудоемкости изготовления.

Необходимо остановиться и на взаимосвязи решений несущих и ограждающих конструкций. Ограждающие конструкции должны брать на себя функции таких элементов, как связи, прогоны и др. Это позволит избавиться от второстепенных элементов, удельная трудоемкость монтажа которых несравненно выше, чем основных несущих конструкций. По-видимому, если ввести понятие строительного коэффициента трудоемкости монтажа, то он будет значительно больше коэффициента, характеризующего долю вспомогательных конструкций во всей их массе.

Возможности для совершенствования существующих легких несущих конструкций, а тем более для создания новых − неограниченны.

Преимущества легких стальных конструкций

1. Малый вес. Легкость стальных конструкций, достигаемая благодаря прочности стали, является одним из основных достоинств. Конструкции из других строительных материалов оказываются гораздо более тяжелыми. Например, железобетонные плиты покрытия пролетом 6 м, под нагрузку 450 кг/м 2 имеют собственный вес 150 кг/м 2 ,что составляет 30 % всей расчетной нагрузки. Покрытие плитами «сандвич», несущее такую же полезнуюнагрузку (300 кг/м 2 ), будет весить всего 25 кг/м 2 . включая вес кровельных прогонов пролетом 6 м и утеплителя из минеральной ваты.

С увеличением пролета здания разница в весе несущих конструкций еще более возрастает. Так, типовая железобетонная ферма пролетом 24 с колоннами, высотой 8 м, весит 23 т, в товремя как рама того же пролета из стали повышенной прочности с ригелем из сварного двутавра высотой 50 см весит 1,8 т, т.е. в12 раз легче. Кстати, следует заметить, что содержание арматурыиз стали повышенной прочности в железобетонной ферме будет около 1,2 т, т.е. составляет65 % веса стальной рамы.

2. Транспортабельность стальных конструкций, оценить которую необходимо по двум показателям:во-первых, по отношению объема транспортных единиц (V, м 3 ), необходимых для перевозки конструкций здания площадью А м 2 , т.е. и, во-вторых, отношение веса перевозимых конструкций к грузоподъемности транспортного средства, т.е.

Чем легче конструкции, заполняющие весь объем вагона, трейлера и т.д. по отношению к грузоподъемности, тем меньше коэффициент использования транспорта, тем меньше отношение веса груза к «весу воздуха», за который приходится платить.

Например, полуфермы завода «Молодечно» длиной 12 м и высотой 2 м имеют массу по 0,7 т. Погруженные на железнодорожную платформу в количестве 14 штук, они занимают весь объем. Их общая масса составляет 9,8 т при грузоподъемности платформы 60 т. использование транспорта составляет всего 16,3 %.

Если конструкцию возможно разобрать на отдельные стержни, как, например, структуру «Кисловодск», и перевозить стержнями, собранными в пакеты, то, как показала практика, в вагоне можно перевезти до 30 т, т.е. использовать транспорт на 50 %. Если вместо стержней изтонкостенных труб перевозить стальные балки, то в вагон можно загрузить все 60 тонн.

Индустриальность.

Стальныеконструкции изготавливают на специальных заводах, имеющих высокопроизводительное оборудование, монтаж: обеспечен соответствующей техникой, что в итоге сокращает до минимума ручной труд и время изготовления.

Ремонтопригодность.

Ремонт, усиление или реконструкция несущих элементов стальных конструкций производится достаточно просто, неостанавливая эксплуатацию всего сооружения.

К недостаткам легких конструкций нужно отнести более высокую стоимость изготовления одной тонны. Но если этустоимость отнести к площади здания, то стоимость одного квадратного метра, а также трудоемкость выполнения работ окажутся значительноменьшими. Кроме того, меры защиты от коррозиимогут оказаться дороже, чем у обычных конструкций, но это опять-таки, будет зависеть от конструктивных решений. Так замкнутые коробчатые профили, имеющие меньшую площадь окраски и не имеющие входящих углов, могут оказатьсядаже более коррозионностойкими, чем обычные составные профилииз старенных уголков, швеллеров и тавров.

Читайте также: