Легкі металеві стрижневі системи типу структур - великопрогонові конструкції

Легкі металеві стрижневі системи типу структур

Легкі металеві стрижневі системи типу структур

Просторово-стрижневі металеві конструкції, так звані структури (рис. III.1), утворені на основі багаторазово повторюваних елементів, мають ряд переваг в порівнянні з традиційними рішеннями покриттів.

До переваг належать:
-- просторовість роботи системи, що створює можливість перекривати без проміжних опор великі прольоти;
-- підвищена надійність від раптових руйнувань; зниження будівельної висоти покриття; полегшення огороджувальних конструкцій покрівлі завдяки частій сітці вузлів;
-- максимальна уніфікація вузлів і стрижневих елементів, що створює умови для переходу до потокового виготовлення металевих конструкцій;
-- скорочення витрат на транспорт;
-- можливість використання досконалих методів монтажу-збірки на землі і підйому покриття великими блоками або в повністю закінченому вигляді;
-- збірно-розбірний (при необхідності); архітектурна виразність і універсальність застосування для будівель самого різного призначення.

У Москві в об'єднанні «Мосреммаш» організовано потокове виробництво елементів структур за добре відпрацьованою технологією, що визначило широке застосування структурних покриттів в будівництві.

Принциповою особливістю структурних конструкцій є їх геометричну будову, подібну до кристалічними гратами металу і є типовим прикладом просторової системи. Навантаження, прикладена до будь-якого вузла структури, викликає зусилля, в першу чергу, в прилеглих до вузла просторово розташованих стержнях, т. Е. Просторову реакцію, схожу з опором суцільний системи (плити або оболонки).

Мал. 1. Перехресно-стрижневі системи типу структур а-план (зліва - верхні пояси і розкоси; праворуч - нижні пояси і капітелі); б - варіанти обпирання структур на підкроквяні ферми; I, V - при розташуванні підкроквяний ферми знизу; II-IV- при розташуванні підкроквяний ферми в одному рівні зі структурою; 1 - структура; 2 - підкроквяна конструкція; 3 - розпірка; 4 - несучі троси; 5 - капітель; в - підвісне структурний покриття; г - стрижневий елемент - модуль 3 м

Структурна система не має прогонів і зв'язків, традиційних для металевих конструкцій. Їх функції виконують несучі стрижні поясних сіток і похилій решітки. Легко переконатися, що навіть ортогональна структура без діагоналей, поясні сітки якої самі по собі змінювані, в цілому є геометрично незмінної без будь-яких зв'язків; роль зв'язків виконують похилі розкоси.

Систему можна побудувати, взявши за основу піраміду з прямокутною підставою і приєднавши до неї кожен наступний вузол трьома стержнями.

Оскільки структури завдяки просторовості і частому розташуванню пересічних ферм, мають підвищену твердість, звичайне для них ставлення висоти до прольоту 1 / 16-1 / 25 (проти 1 / 6-1 / 10 в плоских фермах). Знижена в порівнянні з традиційними рішеннями покриттів висота конструкції дозволяє істотно скоротити обсяг будівлі і пов'язані з ним експлуатаційні витрати.

Скорочення прольоту покрівлі з 6 або 12 м до 2-3 м в структурах створює умови для застосування беспрогонних металевих настилів.

Структурні конструкції доставляють на місце будівництва у вигляді окремих елементів. Слід особливо відзначити, що, незважаючи на велику кількість елементів, з яких на місці збирають конструкцію, монтаж її виявляється більш швидким і економічним, ніж при звичайних покриттях.

Стрижневі будівельні конструкції збирають безпосередньо на землю вручну, при цьому не потрібно ніяких механічних засобів, так як вага типового трубчастого стрижня не перевищує 75 кг. Завдяки високій точності виготовлення елементів конструкції, її збірка здійснюється легко, з автоматичним забезпеченням центрування.

Досвід зведення конструкцій показує, що бригада з 4-5 чол. за 5 робочих змін збирає блок покриття розміром в плані 900-1300 м2 з витратою робочої сили 0,15-0,2 люд.-дн / м2. Чим довше стрижень, тим швидше йде складання конструкції при рівних розмірах в плані.

В умовах обмеженого простору, коли майданчик не дозволяє повністю збирати конструкцію на землі, її збирають на риштованні на рівні робочих відміток або поелементно, з нарощуванням окремих стрижнів або секцій невеликого розміру на раніше змонтовану частину конструкції.

Певним обмеженням застосування легких металевих покриттів є вимоги протипожежної безпеки. Застосування структурних покриттів дозволяється за умови забезпечення межі вогнестійкості 0,75 год. Це досягається застосуванням вогнезахисних фарб «Екран-М», ВПМ-2. В якості вогнезахисного заходи можливо також пристрій підвісних стель.

Вартість перехресно-стрижневої конструкції покриттів одноповерхових будівель становить (без елементів покрівлі, прогонів, профільованого настилу): з довжиною стрижня 2 м - 19,6 руб / м2, з довжиною стрижня 3 м - 11,6 руб / м2.

Конструктивні системи типу структур збірно-розбірні і можуть застосовуватися багаторазово.

Структурні системи допускають можливість використання будівельної висоти конструкції для розміщення різних інженерних комунікацій, мають привабливий зовнішній вигляд, що дозволяє обходитися без підвісних стель.

Стрижневі просторові конструкції типу структур мають мінімальне число опор. Відмінність перехресно-стрижні-вих конструкцій від інших просторових систем полягає в можливості того, що спирається їх в будь-яких точках перетину ребер, тобто на вільно розташованих опорах. Це властивість дозволяє в кожному конкретному випадку знаходити найбільш раціональний варіант спирання, відповідний економічним, архітектурним і експлуатаційним вимогам. В якості опорних точок можуть бути використані не тільки конструктивні опори, а й стаціонарне технологічне обладнання, трибуни і т. Д. При цьому не утворюється чітко вираженого опорного контуру - опори розташовуються під покриттям

вільно. Принцип вільного розташування опор дає в ряді випадків значний економічний ефект, дозволяє зменшити будівельну висоту конструкції.

Найбільш доцільне застосування стрижневих просторових конструкцій на квадратному або близькому до квадрату плані при розташуванні опор по контуру або всередині контуру. При співвідношенні сторін опорного контуру більше 1. 1,2 максимальні моменти в короткому напрямку починають різко зростати і застосування конструкції стає економічно недоцільним. Тому при необхідності перекривати витягнуті плани їх розбивають на близькі до квадрату ділянки і на кожному з утворених ділянок застосовують окрему незалежну конструкцію (осередковий або модульний тип будівель).

Структурні системи можуть бути не тільки плоскими, а й утворювати складні просторові форми покриттів. Іншим напрямком раціонального використання перехресних конструкцій є проектування комбінованих систем з опертям перехресно-стрижневої конструкції на підкроквяні балки, ферми, рами або ванти. Підкроквяні конструкції в залежності від їх типу, призначення будівлі та інших факторів можуть розташовуватися по відношенню до основної перехресної конструкції знизу або в одному рівні з нею.

В основі геометричної побудови структури, як уже зазначалося, лежить піраміда на квадратному підставі (тетраедр). Піраміди складаються з трубчастих стрижнів діаметром 50-133 мм або з прямокутних труб. Як вузлового елемента використовується півсферичний або сферичний вузловий елемент, що дозволяє одночасно прикріпити 8-12 стрижнів. Вузловий елемент мають отвори з різьбленням в напрямку всіх сходяться стрижневих елементів.

Мал. 2. Приклади формоутворення з використанням структурних систем в проекті кліматронів

Матеріал труб стрижневих елементів структури - сталь Ст20, вузлових елементів і втулок стрижневих елементів-Ст45. Стрижні структури монтують на високоміцних болтах МОЗ зі сталі, термічно обробленої в готовому виробі (болт), з тимчасовим опором розриву після термообробки не нижче 1100 МПа.

З'єднання стержня і вузлового елемента здійснюється обертанням спеціальної втулки, яка угвинчує болт в вузловий елемент, повідомляючи болта вращательно-поступальний рух. Зусилля розтягування при цьому передаються болтом, а стискають зусилля - спеціальної втулкою. При сполученні з вузловим елементом щільність з'єднання забезпечується створенням деякого попереднього напруження болта.

Така конструкція вузла дозволяє збирати покриття на місці будівництва з елементів повної заводської готовності, що різко знижує трудомісткість складання і монтажу.

Найбільш доцільно збирати структурний покриття на землі і в повністю закінченому вигляді піднімати в проектне положення, що забезпечує простоту і найменшу трудомісткість монтажу. Так це і було зроблено на ряді олімпійських об'єктів. "з

Покрівлю з структурної конструкції виконують з металевого профільованого листа з ефективним утеплювачем (утеплювач при цьому повинен бути вогнетривким, наприклад, типу фенольно-резольного пінопласту ФРП, жорстких мінера-ловатних плит і ін). Це рішення знижує масу покрівлі до 25-30 кг / м'2. Слід особливо підкреслити, що переваги структурних покриттів по витраті стали визначаються в значній мірі полегшенням власної маси покрівлі - застосуванням ефективного утеплювача і легкого несучого металевого профільованого настилу.

Стінові огородження в будівлях, де використані структурні конструкції покриття, можуть бути навісними - у вигляді панелей-вітражів з вторинного скла або стеклопрофилита з глухими ділянками, виконаними з тришарових асбес-тоцементних щитів або панелей на основі профільованого настилу, самонесущими - з стеклопрофилита. Краще застосовувати навісних стін з несучими вертикальними імпостами, які зверху підвішуються на конструкцію покриття, а знизу кріпляться до легкого залізобетонному цоколю, який виступає з посиленою арматурними стрижнями бетонної підготовки. Гідність цього варіанту - відсутність фундаментів по периметру будівлі, скорочення земляних робіт і додаткова економія матеріалів.

Загальна жорсткість і стійкість каркаса будівлі зі структурним покриттям забезпечуються, як правило, защемлением колон у фундаментах або пристроєм спеціальних діафрагм жорсткості.

Ефективність застосування перехресно-стрижневих просторових конструкцій типу структур в значній мірі залежить від повноти використання типового сортаменту стрижневих і вузлових елементів, що випускаються промисловістю.

Випуск «на склад» стрижнів і вузлових елементів забезпечує універсальність структурних конструкцій і можливість зведення з єдиного сортаменту деталей не тільки окремих секційних конструкцій розмірами 30X30, 36x36, 48X48 м, а й застосування їх для покриття багатопрогонових будинків з квадратної розстановкою опор з осередком 18X18 або 24X24 м. З типових елементів можна зводити покриття і каркаси стінових огороджень.

Витрата стали на структурний покриття: при довжині стрижня 2 м -21,4 кг / м2, при довжині стрижня 3 м - 18,4 кг / м2. При застосуванні в якості покриття профільованого металевого настилу по сталевих прогонів, що укладається на структуру, витрата металу на модульну осередок становить з довжиною стрижня 2 м 43 кг / м2, з довжиною стрижня 3 м 41 кг / м2.

Загальна вартість структурного покриття з профільованим настилом по прогонах без вогнезахисних заходів 23,8-26,8 руб / м'2.

Застосування структури дає непряму економію завдяки можливості полегшення покрівлі, обмалі опор і фундаментів під них, зменшення в 1,5-2 рази будівельної висоти конструкції, а отже, і загального обсягу будівлі.