Несущие конструкции легких зданий

Технология ЛСТК — строительство зданий из легких стальных конструкций

Лёгкие стальные тонкостенные конструкции (ЛСТК) – современная технология быстрого возведения зданий и сооружений, которые изготавливаются из стальных строительных элементов толщиной до 3…4 мм. За границей, в Европе данная технология называется Light Gauge Steel Framing (LGSF).

Что такое ЛСТК? Где применяют ЛСТК конструкции в строительстве

Технология ЛСТК является альтернативой деревянному каркасному строительству и разработана с целью удешевления и ускорения процесса постройки малоэтажных домов среднего класса. Строительные элементы из ЛСТК применяются как самостоятельно несущие конструкции малоэтажных зданий (фото 1) или в комбинации с традиционными технологиями строительства зданий из стандартных строительных материалов: дерево, металл, кирпич, железобетон (фото 2).

Достаточно большой опыт строительства легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК) имеют такие страны как Канада, США, страны Западной Европы, Китай. В России и Украине, а также в других странах СНГ больше практиковалось проектирование и строительство металлических конструкций (МК) и легких металлических конструкций (ЛМК), которые имеют существенные отличия от технологии ЛСТК.

Признаки ЛСТК

Рассмотрим основные признаки легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК):

1. Толщина стали, из которой изготовлены строительные элементы, не превышает 3…4 мм (0,7…4 мм); предел стали текучести 250…350 МПа и более; относительное удлинение не менее 18%.
2. Для изготовления строительных элементов применяют рулонный холоднокатаный стальной лист с цинковым покрытием, масса которого составляет не менее 275 г/м 2 .
3. Основными элементами ЛСТК являются холодногнутые профили открытого и замкнутого сечения.
4. В качестве ограждающих конструкций – стен и потолков применяют тонкостенные профили с перфорированными стенками (термопрофили) – они улучшают теплотехнические показатели ограждающих конструкций здания.
5. В основном элементы ЛСТК соединяются высококачественными самонарезающими винтами из:

• нержавеющей стали;
• углеродистой стали с цинковым или кадмиевым покрытием;
• углеродистой стали с кадмиевым покрытием.

1. В проектных расчетах из ЛСТК учитывается совместная работа всех строительных элементов, в том числе работа внутренних, наружных обшивок и других неметаллических элементов.
2. Проектирование зданий из ЛСТК осуществляются с помощью компьютерного двухмерного и трехмерного моделирования (используют эффекты пространственной работы конструкций).
3. Все строительные элементы по технологии ЛСТК изготавливаются на специализированных предприятиях, а на строительных площадках только собираются в единую конструкцию.
4. На предприятии строго по рабочим чертежам изготавливают все элементы каркаса и его обшивки, строго в нужном месте в элементах отмечаются или просверливаются специальные отверстия для соединения элементов в единый каркас.

К основным строительным элементам конструкций ЛСТК относятся профилированный или перфорированный оцинкованный стальные тонкостенные профили, из которых изготавливают стойки, перемычки, направляющие, прогоны и пр., фото 3.

Основой здания, построенного по технологии ЛСТК, является несущий жесткий и прочный каркас, который собирается из легких стальных тонкостенных конструкций. Из-за не большого веса здания из ЛСТК часто применяют фундамент мелкого заложения (в среднем высота фундамента 0,6 м, ширина 0,2…0,6 м).

Гнутые профили ЛСТК представлены 4 основными типами поперечного сечения, фото 4:

• П-образный профиль (швеллер);
• С-образный профиль;
• z-образный профиль;
• уголок.

Высота профилей – 100…350 мм.

Соединения между строительными элементами ЛСТК выполняют с помощью:

• болтов (диаметр 5…16 мм);
• саморезов;
• специальных винтов (самосверлящие и самонарезающие винты);
• вытяжных заклёпок;
• пороховых монтажных дюбелей;
• пневматических монтажных дюбелей;
• пресс-соединения;
• пластин;
• шпилек.

Каркас здания из ЛСТК обшивают стандартными модулями, фото 5:

• кровельные панели, фото 5а;
• стеновые панели, фото 5б;
• панели перекрытия, фото 5в.

Для повышения тепло- и звукоизоляционных свойств панелей, внутри их устанавливается утеплитель (чаще всего это минеральная вата).

Для строительства малоэтажных зданий по технологии ЛСТК наружные стены могут быть выполнены в двух вариантах:

• несущие стены из каркаса включающего термопрофили;
• самонесущие стены изготовлены из сборных листов или панелей

Что собой представляет термопанели ЛСТК?

Термопанели ЛСТК производятся по индивидуальному заказу на специализированных предприятиях и предназначены для заполнения пространства между каркасом здания и образованием наружных стен. Термопанели ЛСТК используют при строительстве жилых и офисных зданий, гостиниц, отелей, кафе, торговых центров и т.д. Толщина панелей составляет 15…25 см (приведенное сопротивление теплопередачи стены составляет 3,2…5,1 м 2 °C/Вт).

Термопанели, в основном состоят из следующих компонентов, фото 6:

• внешняя отделка (может быть из кирпича, сайдинга, деревянной вагонки и т.д.);
• гипсоволокнистые плиты (2 слоя);
• минеральный негорючий базальтовый утеплитель или стекло-волокнистый утеплитель в виде плит;
• пароизоляционная плёнка;
• несущий каркас панели, состоящий из перемычек, направляющих и стоечных термопрофилей;
• внутренняя обшивка – изготовлена в основном из гипсокартона.

Особенность термопрофилей заключается в их конструктивном исполнении. Оцинкованные стальные элементы термопрофиля имеют перфорацию (просечку) в виде длинных отверстий, расположенных в шахматном порядке. При таком расположении перфорации достигается снижение теплопроводности стального профиля (эффект увеличения длины теплопроводного участка, через который происходят теплопотери).

Термопанели ЛСТК изготавливаются на предприятии и уже в готовом виде устанавливаются непосредственно на строительной площадке, фото 7.

Последовательность организации строительства по технологии ЛСТК

1. Определение конструкции и размера дома.
2. Выполнение расчетных и проектных работ, на основании которых составляют проектную документацию, и определяется нужное количество строительных элементов ЛСТК.
3. Производится: изготовление строительных элементов, просверливание технологических отверстий и маркировка всех элементов, согласно сборочным чертежам. Изготовление всех элементов выполняют в среднем за 2…5 дня (в зависимости от сложности конструкции).
4. Доставка всех элементов на строительную площадку в разобранном виде или в собранном виде основных частей (панелей). В комплект деталей, которые должны быть при доставке на строительную площадку входит:

• профиля нужного размера, согласно с чертежами;
• соединительный крепеж узлов (крепежные элементы и детали должны быть оцинкованные);
• сборочные чертежи.

Какие преимущества есть у технологии ЛСТК?

1. Высокая скорость строительства. За 4…5 месяцев можно полностью возвести дом среднего размера.
2. Облегченная конструкция. Здание из ЛСТК конструкций не оказывает большого давления на основание, либо нижележащие конструкции. Это свойство особенно ценно при выполнении надстроек из ЛСТК существующих зданий.
3. Всесезонное строительство. Возможность строительства по технологии ЛСТК в любую погоду круглогодично. В большинстве случаев при строительстве отсутствует «мокрые процессы».
4. Простота строительства. Для строительства жилого дома достаточно привлекать бригаду монтажников в составе 3…4 человек. Вес одной детали из ЛСТК не превышает 100 кг. Каркас обычного торгового павильона общей площадью 200 м 2 можно смонтировать полностью за 3 дня бригадой из 4 человек. Нет необходимости в использовании тяжелой грузоподъемной техники.
5. Сейсмоустойчивость. В Японии строительство по технологии ЛСТК приобрело широкое распространение.
6. Минимальные теплопотери зданий, построенных по технологии ЛСТК.
7. Не сложная транспортировка строительных элементов ЛСТК.
8. Высокое качество. Все элементы изготавливаются на заводе или специализированном предприятии.
9. Относительно низкая стоимость строительства. Стоимость 1 м 2 жилого помещения «под ключ» составляет примерно 400…500$.
10. Конструктивные преимущества. Конструкция из ЛСТК относительно легко демонтируется и устанавливается снова в нужном месте, с минимальными расходами (можно возводить сборно-разборные конструкции). На здания из ЛСТК можно устанавливать разную отделку фасада: кирпич, сайдинг, вагонка, профлист и т.д, рис, 8б.

1. Безопасная сборка. Сборка (разборка) конструкций выполняется без применения сварочных работ.
2. Биостойкий материал. Не приживается на оцинкованной стали плесень, грибок.

Какие недостатки присутствуют у технологии ЛСТК?

1. Долговечность несущих конструкций ЛСТК и здания (сооружения) в целом сильно зависит от качества производства стальных профилей и монтажа конструкций ЛСТК. В странах бывшего СССР эта технология используется относительно недавно, поэтому не всегда качество материалов и работ удовлетворяют требованиям этой технологии. В среднем долговечность несущих каркасов из ЛСТК в наших условиях составляет 40 лет (вследствие коррозии оцинкованного профиля долговечность ЛСТК низкая, по сравнению с каменными, бетонными и кирпичными зданиями; ЛСТК элементы изготавливают из стали с цинковым покрытием в двух вариантах – до 120 г/м 2 и более 350 г/м 2 . При втором варианте толщина цинкового покрытия достигает 25 мкм, что надежно защищает сталь от коррозии и обеспечивает более высокую долговечность конструкции).
2. Изготовление легких стальных тонкостенных конструкций производится только на заводе.
3. Расчет и проектирование следует доверять профессионалам, и желательно с большим опытом. Также монтаж элементов ЛСТК следует выполнять строго по чертежу, так как игнорирование деталей чертежа, может привести к пагубным последствиям, фото 9.
4. Для строительства в станах СНГ практически отсутствуют нормы проектирования ЛСТК. При проектировании ЛСТК в Европе руководствуются нормами DIN и Еврокодом.
5. Низкая огнестойкость стальных конструкций каркаса здания (необходимо ее повышать путем выполнения огнестойких защитных обшивок.
6. После пожара несущие конструкции каркаса из ЛСТК не подлежат восстановлению и требуют полной замены.

Область применения ЛСТК

• строительство ограждающих конструкций при возведении многоэтажных зданий;
• строительство малоэтажных домов (коттеджи, таунхаусы) и подсобных строений (гаражи, навесы, хозблоки и пр.);
• строительство межэтажных и чердачных перекрытий;
• строительство мансардных этажей;
• строительство складских помещений, магазинов, гаражей;
• устройство вентилируемых фасадов;
• строительство офисных зданий;
• возведение сборно-разборных и быстровозводимых зданий (сооружений);
• выполнение надстроек существующих зданий.

На фото 10 приведены примеры использования ЛСТК технологии строительства.

НЕСУЩИЙ ОСТОВ И КОНСТРУКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ ЗДАНИЙ

НЕСУЩИЙ ОСТОВ И КОНСТРУКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ ЗДАНИЙ

Основные конструктивные элементы здания – горизонтальные (перекрытия, покрытия), вертикальные (стены, колонны) и фундаменты, взятые вместе, составляют единую пространственную систему – несущий остов здания.

Основное назначение несущего остова – конструктивной основы здания – состоит в восприятии нагрузок, действующих на здание, работе на усилия от этих нагрузок с обеспечением конструкциям необходимых эксплуатационных качеств в течение всего срока их службы.

Конструктивная система представляет собой взаимосвязанную совокупность вертикальных и горизонтальных несущих конструкций здания, которые совместно обеспечивают его прочность, жёсткость и устойчивость. Горизонтальные конструкции – перекрытия и покрытия здания воспринимают приходящиеся на них вертикальны и горизонтальные нагрузки и воздействия, передавая их поэтажно на вертикальные несущие конструкции. Последние, в свою очередь, передают эти нагрузки и воздействия через фундаменты основанию. Выбор конструктивных систем – один из основных вопросов, решаемых при проектировании зданий.

Различают три основные конструктивные системы зданий: бескаркасная, каркасная и комбинированная (с неполным каркасом).

Бескаркасная система (с несущими стенами), предусмотренная данным проектом, представляет собой жёсткую, устойчивую коробку из взаимосвязанных наружных и внутренних стен и перекрытий. Наружные и внутренние стены воспринимают нагрузки от междуэтажных перекрытий.

Этот тип зданий, в свою очередь, подразделяется на здания с продольными несущими стенами (плиты перекрытий лежат поперёк здания), с поперечными несущими стенами (плиты перекрытий лежат вдоль здания) и перекрёстные с продольными и поперечными несущими стенами (плиты перекрытий с размерами в плане, равными размерам ячейки между четырьмя стенами, опираются по контуру).

Бескаркасная система является основной в массовом жилищном строительстве домов различной этажности. Размеры жилых ячеек, необходимость членений стенами и перегородками с обеспечением звукоизоляции квартир и другие особенности обуславливают техническую целесообразность и экономическую оправданность применения бескаркасных зданий при строительстве жилищ, а также тех гражданских зданий, в которых преобладает многоячейковая планировочная структура (санатории, больницы, общежития и т.п.). В зданиях с продольным расположением несущих стен применение большепролётных перекрытий (с пролётом 9 и 12 м) приводит к опиранию перекрытий только на наружные стены и переходу от традиционных трёх- и четырёхстенных систем к двустенной системе. Это позволяет обеспечить высокую свободу планировочных решений жилых домов и встроенных предприятий системы обслуживания, а также простоту модернизации и перепрофилирования зданий.

Каркасная система. Несущими элементами в таких зданиях являются колонны, ригели и перекрытия, а роль ограждающих элементов выполняют наружные стены. Различают четыре типа конструктивных каркасных систем: с поперечным расположением ригелей; с продольным расположением ригелей; с безригельным каркасом, при котором ригели отсутствуют, а плиты перекрытий опираются или на капители колонн, или непосредственно на колонны.

Каркасная система является основной в строительстве массовых общественных зданий, её используют для возведения высотных зданий, а также в тех случаях, когда необходимы помещения значительных размеров, свободные от внутренних опор.

При выборе конструктивной системы каркасных зданий учитывают объёмно – планировочные требования: она не должна связывать планировочные решения. Ригели каркаса не должны пересекать плоскость потолков помещений, а должны проходить по их границам и т.д. Поэтому каркас с поперечным расположением ригелей применяют преимущественно в зданиях с регулярной планировочной структурой (гостиницы, общежития, пансионаты и т.п.), совмещая шаг поперечных перегородок и шаг несущих конструкций. Каркас с продольным расположением ригелей применяют, проектируя общественные здания сложной планировочной структуры (школы, лечебно – профилактические учреждения и др.).

Комбинированная система (с неполным каркасом). В таких зданиях наряду с внутренним рядом колонн нагрузку от междуэтажных перекрытий воспринимают наружные стены. Различают два типа конструктивных систем: с продольным и поперечным расположением прогонов.

Неполный каркас применяют в случае использования наружных стен в качестве несущих.

Основные конструктивные элементы Жилых и общественных зданий

Здание, это многофункциональный объект, возводимый с целью обеспечения комфортного проживания и различного рода деятельности человека.

Здания и сооружения подразделяются на жилые, общественные и производственные, и имеют определённые конструктивные элементы.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

НЕСУЩИЕ КОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

ПОНЯТИЕ О НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЯХ

Продуктом любого строительства являются здания и сооружения.

Здание — это наземный строительный объект, предназначенный для проживания и деятельности людей, размещения производства, хранения продукции.

Сооружение — это наземный или подземный строительный объект, предназначенный для выполнения технических или эстетических функций. В зависимости от этого различают инженерные сооружения (мосты, трубы, тоннели, резервуары и т.д.) и архитектурные сооружения — обелиски, памятники, и т.д.).

Здания и сооружения состоят из различных элементов и конструкций: фундаментов, стен, колонн, перекрытий и покрытий, лестниц, окон, дверей и т.д. По функциональному назначению элементы здания можно разделить на две основные группы: несущие и ограждающие. Некоторые элементы сочетают эти две функции (например, перекрытия, внешние стены и др.).

Ограждающие конструкции — это элементы здания, защищающие внутренние помещения от негативного воздействия внешней среды и отделяющие одно помещение от другого. К ограждающим конструкциям относятся стены, перегородки, перекрытия, покрытия и фонари, заполнение оконных и дверных проемов и т. д.

Несущие — это конструкции, которые воспринимают силовые и несиловые воздействия (температурные, сейсмические, от неравномерных осадок основания и др.) и, взаимодействуя друг с другом, передают их через фундамент на грунт. К несущим конструкциям относятся фундаменты, колонны, несущие стены, плиты перекрытия, ригели, прогоны, связи каркаса, размещаемые в строго определенном порядке.

В зависимости от геометрических форм различают следующие виды несущих строительных конструкций:

линейные, или стержневые, — колонны, балки, балочные плиты и настилы, фермы, рамы, арки;

плоскостные — плиты, опертые по контуру, наружные и внутренние стены зданий, безбалочные перекрытия и др.; пространственные — тонкостенные купола, оболочки покрытий одиночной и двойной кривизны, висячие конструкции, стенки резервуаров и силосов, складки, шатры и т. п.

Несущие конструкции являются основой зданий и сооружений. Они воспринимают действующие вертикальные и горизонтальные нагрузки и обеспечивают безопасность эксплуатации объекта и людей. Кроме того, инженерное оборудование зданий (лифты, грузоподъемные краны, водоснабжение и водоотведение, электрические сети и др.) смонтированы на несущих конструкциях и не могут нормально функционировать, если несущие конструкции не отвечают предъявляемым к ним требованиям.

Комплекс несущих конструкций, соединенных между собой, образует пространственную несущую (конструктивную) систему здания и сооружения (рис. 1.16), которая обеспечивает прочность, устойчивость и геометрическую неизменяемость объекта на весь срок эксплуатации.

В зависимости от применяемых конструкционных материалов различают: металлические конструкции (стальные и алюминиевые); бетонные и железобетонные конструкции; каменные и армокаменные; конструкции из дерева и пластмасс.

Металлические конструкции. Металл — наиболее дорогой и ценный конструкционный материал, в котором на сегодня исполнены основные ценности человечества — машины, станки, механизмы, каркасы зданий и сооружений. В строительстве для несущих систем используется строительная сталь. Это наиболее прочный, но и дорогой материал. Стальные конструкции (рис. 1.1) при низкой собственной массе обладают высокой несущей способностью. Однако для металлических конструкций характерна низкая сопротивляемость высокотемпературным воздействиям при пожаре. Огнестойкость незащищенных металлических конструкций невелика: при пожаре они теряют несущую способность уже через 12—15 мин. Для повышения огнестойкости предусматривают огнезащиту конструкций, действие которой основано на замедлении прогрева металла. Кроме того, во влажной среде сталь подвергается коррозии, поэтому требуется защита от атмосферного и химического воздействия.

Рис. 1.1. Внешний вид здания (а) и его несущий металлический каркас (6)

Бетон и железобетон — это искусственные конструкционные материалы, обладают высокой прочностью и долговечностью. Исходные материалы (вода, песок, гравий) для их изготовления достаточно распространены в природе. Конструкции из железобетона (рис. 1.2) при высокой несущей способности без дополнительных мер защиты обладают стойкостью к коррозионным воздействиям и достаточной огнестойкостью. Основным недостатком железобетона является его большой собственный вес, который зачастую оказывается сопоставим с той нагрузкой, для восприятия которой предназначена конструкция. Тем не менее, конструкции из железобетона занимают доминирующее положение в строительстве и будут оставаться таковыми и в дальнейшем.

Каменные конструкции самые древние в мире. Это пирамиды и самая большая из них — пирамида Хеопса, сооруженная более 30 веков до н. э. Ее высота 147 м и сторона грани основания 229,5 м. Ее строили более 100 тысяч человек в течение 20 лет. Каменные элементы здания, армированные стальной арматурой, называются армокаменны- ми. Конструктивные системы из камня, кирпича являются наиболее тяжелыми и трудоемкими в изготовлении.

Деревянные конструкции изготавливаются из наиболее экологически чистого материала — дерева, восполняемого в природе, легко обрабатываемого. Наиболее прочными и менее дорогими являются конструкции из клееной древесины (рис. 1.3).

Преимущества и недостатки конструкций из конструкционных материалов в сравнении между ними представлены в табл. 1.1.

Рис. 1.2. Несущие и ограждающие конструкции из железобетона

Рис. 1.3. Несущие конструкции покрытия из клееной древесины

Здания из легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК)

Развитие машиностроения с середины 1950-х гг. позволило организовать массовое производство стальных тонкостенных конструкций. Практически до 1990-х гг. профили стальные гнутые для легких стальных конструкций изготавливались из горячекатаного и холоднокатаного проката толщиной 1,5–4,0 мм.

В последние 15 лет промышленный выпуск профилей гнутых из оцинкованного рулонного проката марок 08пс, 08кп толщиной 1,2–3,0 мм существенно увеличил применение легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК) при возведении зданий и сооружений.

Сегодня технология ЛСТК при возведении несущего каркаса зданий и сооружений различного назначения широко применяется в Великобритании, США, Японии, Финляндии и других странах и набирает популярность в России (рис. 16).

Рис. 16. Несущий каркас жилого здания из ЛСТК

Это вызвано тем, что тонкостенные конструкции примерно на 50 % легче, а значит, и дешевле по сравнению с черным металлом. С учетом снижения веса конструкций снижается трудоемкость работ по монтажу металлоконструкций. Отсутствие мокрых процессов позволяет выполнять строительство круглогодично. Высокая технологичность – еще одно конкурентное преимущество ЛСТК, достигаемое во многом благодаря отказу от применения тяжелой техники, удобной транспортировке и минимальному количеству задействованных рабочих. Ввиду того, что каркас здания из металла, как правило, собирается на болтовых соединениях как большой конструктор, сварочное оборудование не требуется.

Однако низкие теплотехнические характеристики стали (λ = 58 Вт/(м·°С)), несмотря на все достоинства ЛСТК, ограничили область их массового применения возведением нежилых зданий и сооружений.

Разработка перфорированных стальных профилей (термопрофилей) позволила решить проблему уменьшения теплопроводности металла. По данным исследований, проведенных в Финляндии и Швеции, наиболее эффективны, с точки зрения энергосбережения, стальные профили с перфорацией по всей длине от 4-х до 8-ми рядов. Их применение в ограждающих конструкциях позволяет снизить теплопроводность по профилю на 70–80 % по сравнению с СТК без перфорации.

Сейчас определена область эффективного применения основных марок термопрофилей при возведении несущего каркаса жилых зданий из ЛСТК.

В несущем каркасе здания рекомендовано в качестве стоек применять длинномерный термопрофиль С-образной формы марки ТПС (рис. 17, а).

Рис. 17. Поперечные сечения эффективных термопрофилей: а – длинномерный С-образной термопрофиль марки ТПС; б – длинномерный П-образный термопрофиль марки ТПП

Профиль ТПС, как и любой профиль ЛСТК, изготавливается холоднопрокатным способом из оцинкованной рулонной стали; он ипользуется для возведения несущих стен, любых внутренних стен и перегородок, при устройстве мансард и кровельных работах.

В качестве прогонов в несущих каркасах зданий рекомендуется применять длинномерный профиль П-образной формы марки ТПН (рис. 17, б). Область применения ТПН – это производство ЛСТК (возведение перегородок, стен, мансард и кровель).

Термопрофили изготавливают на автоматизированных линиях холоднопрокатным способом из оцинкованной рулонной стали, что также способствует снижению их стоимости (рис. 18).

Рис. 18. Технологическая линия по изготовлению термопрофилей

Выпускаются они следующих размеров (в мм): высота (min-max) 40 – 100; ширина 40 – 100; ширина полки (канта) 13 – 27; длина 2400 – 12000 (рис. 19).

Рис. 19. Изготовленные термопрофили

Технология возведения зданий из ЛСТК

Как показывает практика, применение ЛСТК эффективно при строительстве зданий высотой 6–10 этажей.

При возведении зданий из ЛСТК под конструкции металлического каркаса могут применяться любые типы фундаментов: ленточные, свайные, монолитные плиты и др. Несущий каркас зданий монтируется с помощью легких строительных кранов из конструктивных элементов стен («картин»), которые собираются из отдельных термопрофилей толщиной 0,7–4 мм на строительной площадке или на заводе-изготовителе ЛСТК (рис. 20).

Рис. 20. Несущий конструктивный элемент стенового ограждения («картина»): 1 – раскос; 2 – стоечный термопрофель; 3 – оконный проем; 4 – направляющий термопрофиль; 5 – закладной плитный утеплитель

При возведении зданий из ЛСТК рекомендуется применять такие типы соединения, как самонарезающие винтовые и болтовые соединения.

Головка винта может быть с различными типами шлицев с прессшайбой и без нее. Самонарезающие винты изготавливаются по внутренним стандартам организаций. Основные диаметры винтов, применяемые в ЛСТК, – 4,2; 4,8; 4,9; 5,5; 6,3; 6,5; 7,2; 8; 8,6 и 10,6 мм.

Длина винта, а также другие его геометрические характеристики принимаются в зависимости от назначения.

В соединениях ЛСТК рекомендуется применять винты из yглеродистой и аустенитной коррозионностойкой стали. Винты из углеродистой стали, как правило, имеют марки С 1008, С 1042, а также SAE 1022, AISI 1018, AISI 1035.

В винтах из аустенитной коррозионностойкой стали применяется сталь марок AISI 304 (А2) (03Х18Н9, 07Х16Н6, Х15Н5Д2Т по ГОСТ 5632 и AISI 316 (А4) (03Х17Н14М3 по ГОСТ 5632). Существуют также биметаллические винты, стержень которых изготовлен из аустенитной коррозионностойкой стали, а наконечник – из углеродистой стали.

Необходимый диаметр отверстий зависит от толщины соединяемых материалов и их прочностных характеристик. Для определения нужных диаметров отверстий следует руководствоваться рекомендациями производителя. Также необходимо руководствоваться требованиями специальных рекомендаций: Евронормы, а именно Eurocode 3, Paгt 1-3, предусматривают расчет винтовых соединений на вырыв и отрыв материала через шайбу.

Сегодня разработана и широко внедряется в практику строительства эффективная технология соединения ЛСТК при помощи самосверлящих самонарезающих винтов, обеспечивающая высокую производительность монтажа. Самосверлящие самонарезающие винты имеют наконечник со сверлом типа «перо», что позволяет устанавливать их без предварительного выполнения отверстий (рис. 21).

При установке самосверлящих самонарезающих винтов важны требования по допустимому числу оборотов, крутящему моменту и необходимому и достаточному усилию нажатия. Данные требования устанавливаются производителем. Как правило, число оборотов составляет 1300–2000 об/мин; крутящий момент – до 6 Нм; усилие нажатия порядка 40–50 кг.

Рис. 21. Самосверлящий самонарезающий винт: а – общий вид, б – головка винта; 1 – сверло типа «перо»; 2 – стержень с резьбой; 3 – шайба EPDM; 4 – пресс-шай6а; 5 – головка

Соединение отдельных «картин» между собой выполняется как при помощи самонарезающих винтов, так и болтами нормальной прочности.

Болтовые соединения имеют перспективы применения в легких стальных конструкциях для монтажа стыков, выполняемых на строительной площадке. Основное преимущество их применения в ЛСТК перед другими соединениями заключается в возможности расширения области применения легких стальных тонкостенных конструкций в большепролетных конструкциях: например, в покрытиях пролетом 18 м и более (рамы, фермы). Однако болтовые соединения обладают податливостью, которая оказывает влияние на напряженно-деформированное состояние конструкции в целом.

Установлено, что критерием предельного состояния для болтовых соединений тонкостенных профилей являются деформации смятия элементов в соединении. Согласно исследованиям российских ученых, можно увеличить несущую способность болтовых соединений из тонкостенных холодногнутых профилей, используя в местах приложения сосредоточенных усилий дополнительные соединительные элементы толщиной 4–6 мм (рис. 22).

Рис. 22. Болтовое соединение тонкостенных холодногнутых профилей: 1 – болт; 2 – соединительная прокладка; 3 – С-образный профиль ЛСТК

Наряду с болтовыми и винтовыми соединениями, ведутся работы по применению клеевых соединений, которые следует считать наиболее перспективными.

Метод соединения металлических элементов склеиванием по сравнению с другими методами соединения позволяет обеспечить:

• равномерное распределение напряжений в соединении; снижение массы элементов вследствие уменьшения количества фасонок и накладных деталей;
• полную защиту от коррозии прилегающих друг к другу плоскостей; возможность соединения стали с другими конструктивными материалами.

Клей, применяемый для соединения металлических конструкций, должен:

• обеспечить достаточную динамическую и статическую прочность соединений при температуре от –50 до +100 °С;
• быть стойким против воздействия окружающей среды, различных химических агентов;
• быть безопасным для человеческого организма в процессе эксплуатации конструкций, изготовленных с его применением.

На сегодня применение клеевых соединений ограничивают следующие недостатки: большие затраты, связанные с подготовкой поверхности соединяемых элементов для склеивания (по сравнению с другими методами соединений); значительное снижение прочности клеевых соединений при пожаре.

Основным несущим элементом межэтажных перекрытий являются балки, которые выполняются из легких стальных тонкостенных оцинкованных профилей без перфорации. 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. Несущие балки опираются на продольные и поперечные несущие стены. По балкам устанавливаются несущие конструкции межэтажных перекрытий, выполненные в виде ферм из оцинкованного С-профиля толщиной 2–3 мм и высотой 150–300 мм.

По фермам укладывается профилированный лист с направлением профиля перпендикулярно фермам. Профилированный стальной лист распределяет вертикальные нагрузки, создает жесткий диск перекрытия и выполняет роль опалубки для устройства стяжки под основания пола.

Стяжка выполняется из цементно-песчаного раствора толщиной 50–70 мм, с армированием стальной сеткой.

Звукоизоляционный материал укладываются в полость между фермами.

Межэтажное перекрытие представляет собой фермы 300 мм высотой. По фермам укладывается профилированный лист с направлением профиля перпендикулярно фермам. Профилированный стальной лист распределяет вертикальные нагрузки, создает жесткий диск перекрытия и служит опалубкой при устройстве стяжки под основания пола. Стяжка выполняется из цементно-песчаного раствора, толщиной слоя 50–70 мм, с армированием стальной сеткой.

Звукоизоляционный материал укладываются в полость между фермами. Предусматривается два варианта заполнения перекрытий: легким пенобетоном либо плитным негорючим утеплителем.

Для прокладки коммуникаций и вентиляции в стенках профиля выполняются технологические отверстия диаметром 120 мм.

Конструкция междуэтажного перекрытия приведена на рис. 23.

Рис. 23. Конструктивное решение междуэтажного перекрытия в зданиях из ЛСТК: 1 – цементно-песчаная армированная стяжка; 2 – профилированный лист; 3 – пароизоляция; 4 – ГКЛ; 5 – ригель шляпного профиля; 6 – ферма перекрытия из С-образного профиля ЛСТК; 7 – демпферная лента; 8 – звукоизоляционный материал

Стены зданий по технологии ЛСТК представляют собой каркасную панель с утеплителем и двусторонней облицовкой.

Каркас стен ЛСТК состоит из стоечных профилей (термопрофилей во внешних стенах), установленных с шагом 600 мм, сверху и снизу закрепленных в направляющих профилях. Стоечные профили имеют С-образное сечение, а направляющие – П-образное сечение. Сборка стеновых панелей осуществляется на ровной горизонтальной поверхности. Сначала профили раскладываются согласно чертежам собираемой панели и маркировке нанесенной на профили, затем с помощью шуроповерта соединяют саморезами 42 × 16 мм. После проверки контрольных размеров стеновая панель по диагоналям скрепляется монтажной стальной лентой.

Монтажная лента крепится саморезами в каждый пересекаемый ею профиль. Применение стальной монтажной ленты обеспечивает проектную геометрию стеновой панели в процессе установки. Далее собранный металлокаркас стеновой панели устанавливается в предусмотренное проектом место.

В качестве наружной отделки стеновых панелей применяют: облицовочный кирпич, сайдинг, камень, сталь. Устройство вентиляционного зазора между каркасом здания и его отделкой способствует удалению влаги из стен, что защищает стальные панели от скопления конденсата и коррозии.

Высокая технологичность возведения зданий из ЛСТК, малая масса монтируемых конструктивных элементов, отсутствие в технологии так называемых «мокрых» процессов (отделочные работы) позволяют рекомендовать ЛСТК при реконструкции и реставрации зданий и сооружений (рис. 24).

Рис. 24. Реконструкция (надстройка этажей) здания с применением ЛСТК

Технология монтажа металлического каркаса из ЛСТК при реконструкции зданий аналогична возведению новых зданий.

После установки каркаса стен в проектное положение его обшивают негорючими листовыми материалами изнутри и снаружи, а затем утепляют. Рекомендуется применять теплоизоляционный материал плотностью менее 35 кг/м 3 , чтобы утеплитель не давал усадку в процессе эксплуатации.

С использованием каркасной технологии ЛСТК существенно упрощается технология замены совмещенных крыш на скатные. В данном случае устройство новой скатной крыши выполняется до демонтажа существующей. Это позволяет существенно упростить и ускорить производство работ, так как проведение мероприятий по защите эксплуатируемых помещений от протечек от атмосферных осадков во время производство работ не требуется.