Облегченные балки из легких стальных конструкций

Обновлено: 08.05.2024

Принцип гофро-балки был известен в России ещё в советские времена. В 30-х годах прошлого века(!) русские инженеры использовали этот принцип в деревянных конструкциях. В наше время гофро-балки варились в небольших объёмах полуавтоматами и использовались в различных промышленных сооружениях, в частности, литейный цех на Новолипецком Металлургическом Комбинате. Но только с этого года в России стало возможным современное полностью автоматическое производство гофро-балок.

В начале этого года в Самаре на заводе «Mетаком» была успешно введена в эксплуатацию первая в России и СНГ линия по производству гофро-балок. И «Метаком» уже вовсю варит и варит гофро-балки! А в декабре 2006 года большие линии по производству гофро-балок максимальной длиной 16 м, шириной до 1500 мм и возможностью делать гофро-балки переменного сечения запущены в Санкт-Петербурге (ОАО «Аэропортстрой») и Москве (РСП-Модуль - на территории бывшего 5-ого мехзавода в Очаково).

Полностью автоматизированные линии требуют всего двух операторов и способны производить до 34 тонн гофро-балок в год. Учитывая, что гофро-балка экономит до 60% веса по сравнению с горячекатаным двутавром той же жёсткости, можете сами подсчитать эффективность такого производства. Пятилетку за два года! - сказали бы большевики.

1. Общее описание и применение:

Sin-балки (от латинского sinus - изгиб) это составные пролётные конструкции с волнообразным гребнем и широкими пластинчатыми рёбрами. (Рис. 1).

Рис. 1. Sin-балка - размеры и обозначения.

Профилированные элементы более устойчивы к длительной статической нагрузке. Кроме выгод, извлекаемых из технологии производства, синусоидальное ребро имеет преимущество перед прямым из-за устранения местной деформации, свойственной плоским пластинам.

Балки этого типа могут использоваться во всех тех же проектах, что и обычные тавровые/двутавровые балки, фактически, без структурных ограничений. Оптимальное применение находится в области возведения стальных несущих конструкций, где обычно используются катаные профили имеют структурную высоту более 450 мм или низкие фермы структурной высотой ниже 1800 мм.

Типовые решения приведены в Приложении A.

1. Основы расчёта

Благодаря профилированному ребру, конструкция эффективно гасит изгибающие нагрузки. В условиях статической нагрузки балка рассчитывается по схеме, в которой изгибающие моменты и нормальные силы передаются только через боковые полки, а поперечные силы распределяются только через диагонали и вертикали балки - в данном случае через гофрированную стенку

На основе этой расчётной модели, были проведены тестовые испытания в соответствии с DIN 18 800 ([1]-[3]) и DAST-Ri. 015, ([4], пункты 4 и 6) соответственно методу E-P (E-E).

Альтернативные способы подбора сечения могут базироваться на ЕВРОКОДЕКСЕ 3 [5] или любом другом национальном стандарте, который содержит указания по расчёту пролётов балок или колонн на поперечную деформацию.

Расчёт параметров для подбора сечения описан подробно в Секции 7. Метод подбора, по существу, базируется на экспертизах [6] и [7][1]. Процедура дополнительно проверена посредством экспериментальных результатов ([8]. [10]).

Стандарты и экспертные заключения:

[1] DIN 18 800 Teil 1 (1990), Stahlbauten; Bemessung und Konstruktion.

[2] DIN 18 800 Teil 2 (1990), Stahlbauten; Stabilitätsfälle, Knicken von Stäben und Stabwerken.

[3] DIN 18 800 Teil 3 (1990), Stahlbauten; Stabilitätsfälle, Plattenbeulen.

[4] DAST - Richtlinie 015 (1990); Träger mit schlanken Stegen. (German reccomendations for girders with slender web plates.)

[5] DIN V ENV 1993-1-1 (1993); EUROCODE 3: Design of steel structures; Part 1-1: General rules and rules for buildings.

[6] O.Univ. Prof. D.I. Dr. Günter Ramberger, Gutachten über die Berechnung von geschweißten I-Trägern mit Stegen aus gewellten Blechen, Wien 20.12.1989. (Expert opinion on the calculation of welded I-beams with corrugated webs, in German)

[7] O.Univ. Prof. D.I. Dr. Günter Ramberger, 2. Gutachten über die Berechnung von geschweißten I-Trägern mit Stegen aus gewellten Blechen, Wien 16.11.1990. (2nd Expert opinion on the calculation of welded I-beams with corrugated webs).

[8] Test report on experiments carried out on I-beams with corrugated web plates, Vienna University of Technology, Institute for Steel Construction, Department of Applied Model Statics in Steel Construction, August 1990. (in German)

[9] Report No. 943040: Untersuchung zur Einleitung dynamischer Lasten in Wellstegträger WTB 750 - 300x12, Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine (Amtl. Materialprüfanstalt) Universität Karlsruhe, 1995. (Investigation into the introduction of dynamic loads into corrugated web beams WTB 750 - 300x12).

[10] Fire tests on corrugated web beams, Institute for Fire Prevention Technology and Safety Research (Officially Authorised Testing and Experimental Institute) Linz 1995. (in German).

[11] Final Report on the Bearing Performance of Corrugated Web Beams; Brandenburgische Technische Universität, Lehrstuhl für Stahlbau, Cottbus 1996. (in German).

[12] Gutachterliche Stellungnahme zur Querkrafttragfähigkeit von Wellstegträgern; Univ. Prof. Dr.-Ing. habil. Hartmut Pasternak, Braunschweig/Cottbus 1996. (Expert statement on the transverse force load carryinging capacity of corrugated web beams).

Справочная литература:

[13] Easley: Buckling Formulas for Corrugated Metal Shear Diaphragms. Journal of the Structural Division, ASCE, No. ST 7, July 1975, pp. 1403-1417.

[14] Kähönen, Zur Einleitung von Einzellasten in I-Träger mit trapezförmig profilierten Stegen. Stahlbau 57, 1988, Heft 8, S. 250. (On the Introduction of Individual Loads into I-Beams with Trapezoidal Profiled Web Plates).

[15] Lindner, Aschinger: Grenzschubtragfähigkeit von I-Trägern mit trapezförmig profilierten Stegen. Stahlbau 57, 1988, Heft 12, S. 377. (The limit shear load capacity of I-beams with trapezoidal profiled web plates).

[16] Lindner, Aschinger: Zur Torsionssteifigkeit von Trapezstegträgern. Stahlbau 59, 1990, Heft 4, S. 113. (Для жёсткости на скручивание гофро-прогонов).

[17] Aschinger, Beljaev, Mikhailova: Zur Querkrafttragfähigkeit von I-Trägern mit verschiedenen Stegprofilierungen. Stahlbau 60, 1991, Heft 10, S. 314. (On the shearing force loading capacity of I-beams with various web-profiles).

[18] Lindner: Zur Bemessung von Trapezstegträgern. Stahlbau 61, 1992, Heft 10, S. 311. (On the dimensioning of trapezoidal web girders).

[19] Aumayr: Verformungs- und Beulverhalten von Wellblechen unter reiner Schubbelastung, Diplomarbeit, Inst. für Stahlbau, Technische Universität Wien, 1992. (Deformation and buckling behaviour of corrugated plates under pure transverse loading, Master thesis).

3. Параметры элементов sin-балки

Стандартные sin-балки имеют двутавровое сечение, изготавливаются из волнообразного ребра и одинаковых верхней (OG) и нижней (UG) полок.

[1] Поскольку с момента проведения тестовых испытаний стандарты DIN 18 800 и DAST-Ri. 015, претерпели изменения в области изменения формул расчёта, наши методы несколько отличаются от приведённых в стандартах, однако сравнительные расчёты показали достаточно точное совпадение результатов расчётов.

Балки легкие стальные типа Z

Z- балка применяется в качестве несущих прогонов в конструкциях стен и кровли сооружений ангарного типа.

Технические характеристики

Полки этих балок имеют различную ширину(см.размер c и d), что дает возможность стыковать их по длине без дополнительного стыковочного элемента. Основной особенностью работы Z — образного профиля является значительный ( от 11° до 27°) угол наклона осей инерции по отношению к элементам профиля — стенке и полкам. Это свойство сечения удобно использовать формируя из Z балок конструкции покрытий, укладывая балки этого профиля в качестве прогонов, опирающихся на наклонные элементы верхних поясов стропильных ферм.

Легкие несущие балки обладают значительными преимуществами по сравнению с аналогичными конструкциями из традиционных материалов:

1. Малый вес существенно облегчает работу с балками и, следовательно, сокращает сроки монтажа конструкции.

2. Крепление балок выполняется при помощи болтов, саморезов и заклепок и не требует проведения сварочных работ.

3. Балки выполнены из оцинкованной стали и не требуют окраски.

4. Использование методов монтажа исключающих сварочные работы дает возможность визуально проконтролировать качество сопряжений балок между собой и в узлах конструкции, а также обеспечивает сохранность слоя цинкового покрытия.

5. Балки имеют эстетичный внешний вид, могут быть окрашены порошковой краской и,в ряде случаев, перенесены в интерьер помещения.

6. Балки эргономичны, обладают хорошим атмосферостойким покрытием, перевозятся и складируются без дополнительной защиты.

7. Балки изготавливаются с точными поперечными размерами и ровными по длине.

8. В отличии от деревянных, балки могут быть заказаны точно в размер с отверстиями, выполнеными по чертежам КМД и тем самым работа на строительной площадке может быть сведена к минимуму.

9. За счет тонкостенной конструкции балки практически не дают «мостика» холода внутрь помещения по сравнению с обычными прокатными балками.

10. Работа с легкими несущими балками не требует специального, дорогостоящего инструмента.

Легкие несущие балки изготавливаются из стали вышеуказанных марок толщиной 1.5 и 2 мм. Максимальная длина балки 6.5 метров. В ряде случаев балка может быть выполнена до 9 м погонных.

В ысо т а п р о фи л я

То л щи н а п р о фи ля Уго л a (гр а д. ) Пл о ща дь се ч. , см 2 М о ме н т ы и н е р ц и и

М о ме н т со п р . , см 3

Описание

Из таблицы (столбец 3) видно как изменяется угол отклонения главных осей инерции в зависимости от высоты сечения Z — балки. Наиболее экономичным по расходу материала является такой выбор балок, при котором угол наклона кровли совпадает с углом отклонения главной оси с минимальным моментом инерции от вертикали. В этом случае балки находятся в состоянии плоского изгиба, проходящего относительно оси с максимальным моментом инерции. На рисунке — оси X,Y- главные оси инерции сечения, угол А°- угол отклонения осей и угол наклона кровли.

Z — балка на кровле всегда располагается так, чтобы верхняя полка смотрела в сторону конька кровли.

Размеры металлического профиля, мм:

h	100,150,200
c	41
d	45
a	5.8
e	5.8
b	16
f	16
Толщина	1.5;2.0

Легкие Z — балки

Угол отклонения главных осей инерции в зависимости от высоты сечения Z — балки

Допустимая снеговая нагрузка для металлопрофилей » Z » изготовленных из стали марки ВСт3кп или ВСт3

Поскольку Z — балки чаще всего применяются в качестве несущих прогонов кровли далее даны таблицы допустимых снеговых нагрузок для металлических профилей типа Z изготовленных из обычной и конструкционной стали.

Собственный вес кровли принят 0.08 КПа

Допустимая снеговая нагрузка для профилей типа » Z » изготовленных из стали марки ВСт3кп или ВСт3 кп2 с R= 225 МПа.

Межэтажные стальные перекрытия и легкие несущие балки ЛСТК

Конструкционное решение перекрытий по технологии ЛСТК. Уменьшить время монтажа и себестоимость монтажных работ перекрытий различных видов позволят новейшие технические решения с использованием легких стальных тонкостенных конструкций ЛСТК. В этих конструкциях применяются стальные оцинкованные профили для возведения междуэтажных перекрытий и покрытий в различных зданиях и сооружениях, построенных из ЛСТК, ЛМК, бетона, блоков или дерева, также эти конструкции можно использовать при замене и реконструкции деревянных перекрытий, для устройства наружных или внутренних балконов.

Преимущества применения металлических тонкостенных профилей Z и C образного сечения:

особая конструкция поперечного сечения обеспечивает высокую прочность
высокая экологичность позволяет применять конструкции в жилых и общественных зданиях
снижение стоимости возведения благодаря низкой трудоемкости, отсутствие грузоподъемных машин на монтаже, менее массивная конструкция фундамента
профили в перекрытии не скрипят и не шумят при ходьбе по ним
широкая область применения в строительстве
длина балок длиной до 6 м позволяет перекрывать широкие пролеты
монтаж профилей в любое время года
быстрое выполнение строительных работ
прочность и устойчивость конструкций

Общий вид междуэтажного перекрытия ЛСТК

Металлическими Z и C образными профилями можно перекрыть пролет до шести метров. Сечение профилей представляет собой форму латинских букв Z и C шириной 6 мм, высота профилей бывает от 150 мм до 250 мм. Необходимый шаг балок в перекрытии 600 мм, профили изготавливаются на заводах способом холодного деформирования, механическая нагрузка на перекрытие такой конструкции допускается 500 кг/см 2 , профили имеют точные геометрические размеры без отклонений.

После монтажа профилей перекрытия с определенным шагом они обшиваются с двух сторон стальным профилированным листом толщиной от 0.5 до 0.7 мм, и далее на нем устраивается конструкция пола. Низ балок перекрытия зашивается обрешеткой из шляпного профиля. Между балками на нижний слой профлиста для утепления и звукоизоляции укладываются минераловатные плиты и листы гипсокартона. В необходимых случаях сверху на профлист укладывается бетонная смесь на арматурную сетку. Чистовая облицовка пола на перекрытии выбирается в зависимости от назначения помещения – это может быть плитка, линолеум, паркет или ламинат, уложенные на вспененную подложку для дополнительной звукоизоляции.

Перекрытия с применением легких стальных тонкостенных конструкций соответствуют предъявленным в нормативных документах значениям по звукоизоляции, которые составляют 53 Дб для жилых домов, общественных зданий, зданий административного назначения и гостиниц. Звукоизоляцию от ударного шума можно обеспечивать, выбирая достаточно изолирующие материалы для конструкции пола. Для уменьшения уровня ударного шума, например, можно использовать линолеум толщиной более 3 мм, при укладке паркета или ламината использовать подложку толщиной 20 мм.

Чердачное покрытие с применением технологии легких стальных тонкостенных конструкций будет представлять собой профили сечением 150х0.7 мм или 200х0.7 мм, опертые через расстояние не более 600 мм с устройством стальных диагональных связей между основными балками. Теплоизоляционные плиты укладываются на нижний слой профлиста, присверленного на обрешетку из шляпного профиля. Сверху на утеплитель укладывается конструкция кровли.

Перекрытия ЛСТК: межэтажное устройство

Все конструкции с устройством кровли имеют перекрытие. Это один из главных элементов в общей конструкции крыши конструкции из ЛСТК. Перекрытие выполняет функцию разделителя здания на этажи. Перекрытие ЛСТК должно быть прочным, ведь оно предназначается для постоянных эксплуатационных нагрузок деятельности человека и тяжелых предметов (мебель, техника и др.).

Перекрытие из ЛСТК – это горизонтальная конструкция из высокопрочного оцинкованного профиля ЛСТК, которая расположена внутри здания и разделяет смежные помещения (например 1 и 2 этаж). Перекрытие выполняет укрепительную функцию всей конструкции здания по периметру, обеспечивает устойчивость и жесткость сооружения.

Перекрытия из ЛСТК используются не только в строительстве каркасных быстровозводимых конструкций, их применяют в обычном капитальном строительстве, где нет возможности сделать перекрытие из бетона.

Преимущества перекрытия из ЛСТК

Широкое применение строительство перекрытий по современной технологии из лёгких стальных тонкостенных конструкций получило относительно недавно. Перекрытие из ЛСТК стали использовать благодаря следующим преимуществам:

Металлическая конструкция не горит.
ЛСТК не нуждается в обработке химическими препаратами (антисептики, средство для защиты от огня и био защита).
Можно строить в любую погоду.
Все детали с высокой точностью геометрии, идеально стыкуются друг с другом образуя жесткую и прочную конструкцию.
Перекрытия из ЛСТК лёгкое, не дает нагрузку на стеновые панели.
Прочное и долговечное. Перекрытие строят из высокопрочных оцинкованных ЛСТК C и Z-образных профилей .
Не скрипит и не шумит в процессе эксплуатации.
Длительный срок службы. Перекрытие из ЛСТК – это надежная конструкция, срок службы которой при установке профессионалами составляет от 70 до 120 и более лет.
Низкие сроки монтажных работ (отличительная особенность всех быстровозводимых зданий по технологии ЛСТК).
Может использоваться в капитальном строительстве и в зданиях, стены которого не рассчитаны на высокие нагрузки обычного бетонного перекрытия.

Современное межэтажное перекрытие из ЛСТК должно соответствовать следующим требованиям:

Прочность. На этапе проектирования будущего здания должна быть определена прочность перекрытия с учётом возможных нагрузок в период эксплуатации.
Жёсткость. Жесткость также определяется проектом здания, нужна для того, чтобы не было движения перекрытия, прогибов, скрипов и посторонних шумов.
Тепло и звукоизоляция. Верхние и нижние помещения должны быть защищены от лишнего шума, для этого подходит минеральная вата и листы гипсокартона.
Перекрытие из ЛСТК должно быть огнеупорным.
Лёгкость и простота в установке.

Это стандартный список основных требований, которым должны соответствовать перекрытия из лёгких стальных тонкостенных конструкций ЛСТК. Более подробно нормативные требования расписаны в проектной документации быстровозводимого здания.

Все перекрытия отличаются высокой прочностью, легкостью в установке и длительным сроком эксплуатации. Однако крайне важно соблюдать инструкцию по установке, избегать перепланировок, которые могут потребоваться для увеличения площади помещения и которые приведут к быстрому износу конструкции.

Виды междуэтажных перекрытий

Межэтажное перекрытие из лёгких стальных тонкостенных конструкций бывает трёх видов, которые делятся по назначению: междуэтажные, подвальные и чердачные.

Сколько стоит межэтажное перекрытие из ЛСТК

Стоимость перекрытия составляет около 7-20% от общей строительной сметы каркасного здания. Это значительная сумма, поскольку перекрытие в доме является важным устройством, которое должно отличаться высокими характеристиками надежности и прочности.

Конструктивные особенности перекрытия

Для строительства междуэтажного перекрытия используют лёгкие стальные тонкостенные оцинкованные профили C и Z-образного типа без термопросечек. Стандартная ширина сечения профиля составляет 15, 20, 25 и 30 см, с толщиной 2-3 мм. По российским стандартам шаг установки балок перекрытия равен 60 см, по европейским стандартам шаг установки равен 35 см.

Из чего состоит перекрытие ЛСТК

Пол из пары листов гипсоволокна
Несущий настил
Стальные C и Z-образные профиля
Утеплитель минвата
Профили для обрешетки потолка
Два слоя листов гипсокартона для потолка

Для перекрытия пола используются листы ГВЛ (гипсоволокно) толщиной 13-15 мм.

Простым и часто используемым в нашей стране является перекрытие из ЛСТК, которое состоит из следующих материалов: С-образного профиля высотой 30 см и толщиной 3 мм, листы ГВЛ в два слоя по 13 для пола сверху перекрытия, потолок формируется из двух листов гипсокартона толщиной 13 мм и огнестойкого листа ГКЛВ. Минеральные плиты (толщиной 25 см.) служат утеплителем и укладываются между балок

Процесс сборки перекрытия из ЛСТК

К установке междуэтажного перекрытия приступают после завершения работ по монтажу стеновых панелей и перегородок. Сборка осуществляется на месте, как и все части здания.

Начинается процесс установки с крепления по внутреннему периметру направляющего П-образного профиля, в котором фиксируются балки будущего перекрытия. Для увеличения жесткости и прочности конструкции применяют стальные уголки, которые крепятся винтами в стоечный профиль стеновой панели в каркас перекрытия – балку.

После того как балки перекрытия из ЛСТК будут установлены и зафиксированы можно приступать к обрешетке потолка. Для обрешетки используют омега-профиль с высотой 25 мм. На нее обычно крепят пленку для защиты от влаги, а сверху листы гипсокартона. Материал для утепления перекрытия закладывают между балок. В качестве материала для утепления отлично подходит минеральная вата.

Сверху на перекрытие из ЛСТК закрепляют саморезами профилированные листы высокопрочной стали (волны перпендикулярно направлению балок). Чтобы повысить звукоизоляционные характеристики, рекомендуем использовать резину, листовую пробку или линотерм в качестве прокладочного материала. Завершающим этапом установки перекрытия является монтаж чернового пола (подходит гипсоволокнистый лист), после чего можно делать декоративное покрытие.

Утепление и звукоизоляция перекрытия быстровозводимого здания

Правильным вариантом утепления является использование минераловатных плит плотностью 30-40 кг. на м3, которые укладываются между балками (прогонами) перекрытия. Эффективность теплосбережения перекрытия из ЛСТК толщиной 15-20 см равносильна стене из кирпича толщиной 1.6 метра. Сопротивление теплопередаче составляет 3-4 м2.°С/Вт.

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.

Читайте также: