Уникальная технология изготовления и монтажа бескаркасных арочных зданий из стальных холодногнутых профилей хорошо известна. Она постоянно совершенствуется и широко используется в России. За последние 5–6 лет около 60 зданий пролетом 12–24 м (крытые рынки, вокзалы, физкультурно-оздоровительные комплексы, гаражи и склады) были построены с использованием этой технологии.
По расходу стали и срокам строительства такие здания значительно более экономичны, чем их аналоги (зарубежные и отечественные) из стальных конструкций каркасного типа. Холодногнутые профили, выполняющие несущие и ограждающие функции в бескаркасных зданиях, изготовляются из рулонной оцинкованной стали толщиной 0,8–1,2 мм непосредственно на стройплощадке с помощью двух передвижных профилегибочных машин.
Одна из машин формирует прямолинейный профиль п-образного сечения высотой 300 мм и полкой шириной 110 мм, другая вальцует его по заданному радиусу (не менее 2 м). Длина готового профиля практически не лимитирована и для арочного покрытия как правило соответствует длине дуги его поперечного сечения. Поэтому арочные профили полностью перекрывают пролет здания без поперечных стыков.
Профили соединяются между собой вдоль продольных краев без метизов крепления с помощью фальцегибочной машинки. Стены и перегородки в здании с покрытием данной конструкции выполняются из прямолинейных холодногнутых профилей, которые изготавливаются и соединяются между собой с использованием описанной выше технологией.
Область применения таких зданий зависит от их размеров, расчетных нагрузок, температурно-влажностных условий, степени агрессивности среды и требований пожарной безопасности. Прочность, надежность и эффективность такой конструкции во многом зависит от того, насколько точно в расчете учитываются особенности ее работы, связанные с тонкостенностью профилей, волнистостью поверхности их граней, образовавшейся после вальцовки, конечной жесткостью фальцевых соединений, повышенной деформативностью арочного покрытия (особенно при несимметричной нагрузке).
В ЦНИИПСК им. Мельникова разработана программа «БИПЛАН», которая позволяет с достаточной степенью точности оценить деформативность и несущую способности арочных покрытий описанной конструкции с учетом особенностей их нелинейной работы при различных сочетаниях расчетных нагрузок, включая снеговую, ветровую и сейсмическую нагрузки.
В основу расчета положен метод конечных элементов, учитывающий геометрическую нелинейность конструкции, начальные несовершенства ее формы (например, гофрированность граней арочных профилей), влияние торцевых стен и других факторов на работу оболочки покрытия. С помощью этой программы установлены области рационального применения арочных покрытий данного типа в зависимости от расчетных нагрузок и соотношений пролета, радиуса кривизны, толщины металла, расстояния между поперечными стенами или несущими перегородками. Рекомендации по проектированию бескаркасных арочных зданий, разработанные в ЦНИИПСК им. Мельникова, были использованы в строительной практике (рис. 3).
Здания с бескаркасным арочным покрытием:
а - спортивный комплекс пролетом 25 м; б - торговый центр пролетом 20 м
Реконструкция зданий
Одной из важных задач реконструкции существующих зданий является дополнительное утепление наружных стен и покрытий, не отвечающих повышенным требованиям к энергосбережению. Для решения этой задачи с применением тонкостенных гнутых профилей может использоваться система, известная под названием «вентилируемый фасад» Реконструкция покрытия включает замену рулонной или другой поврежденной кровли на металлическую малоуклонную.
Монтаж металлической кровли проводится без нарушения существующего рулонного ковра за исключением мест установки несущих стоек кровли. Стойки выполняются из одиночных или спаренных гнутых профилей с-образного сечения высотой 100–150 мм и устанавливаются с шагом 2,5–3,0 м. Базы стоек изготовляются из прокатных уголков, которые крепятся к бетонному слою или плитам существующего перекрытия последнего этажа с помощью анкерных болтов длиной до 150–200 мм.
Высота стоек принимается в зависимости от требуемой толщины дополнительного утеплителя и зазора 30–50 мм, предусмотренного для естественной вентиляции пространства между кровлей и поверхностью утеплителя. По стойкам крепятся тетивы из спаренных гнутых профилей швеллерного сечения высотой 100 мм из стали толщиной 0,8–1,0 мм, которые располагаются вдоль ската кровли с шагом 1,0–1,5 м.
По тетивам крепят элементы обрешетки из гнутых профилей побразного сечения высотой 40 мм с шагом 300–500 мм, кроме участков шириной 1,0 м по периметру кровли, где шаг снижали до 0,25 м, т. к. на этих участках расчетная нагрузка от ветрового отсоса удваивается в соответствии с нормами.
Для изготовления кровли используют листовые гнутые профили кассетного типа из оцинкованной рулонной стали толщиной 0,55–0,6 мм с лакокрасочным покрытием наружной поверхности и грунтовкой на внутренней.
Листовые профили укладываются на обрешетку из гнутых профилей, расположенных с шагом 300–600 мм в зависимости от снеговой нагрузки, и крепятся с помощью кляммеров из оцинкованной стали толщиной не более 1,0 мм. Кровельные листы соединяются между собой по продольным краям с помощью фальцегибочной машинки, образующей двойной фальц в стыке, одновременно закрепляя в нем кляммеры.
Испытания показали, что такой стык обеспечивает полную водонепроницаемость соединения листов без герметизирующего материала при уклоне кровли не менее 7%. При меньших уклонах в продольные стыки листов вводятся герметики в виде паст или мастики.
При значительной длине ската кровли (более 12 м) для исключения поперечных стыков листов кровельные картины изготавливаются непосредственно на строительной площадке, их длина принимается не менее длины ската.
Для этого профилегибочный стан массой около 7 т устанавливается непосредственно на перекрытии последнего этажа или на наклонной платформе на расстоянии 15–20 м от реконструируемого здания. Кровельный лист прокатывают в непрерывном режиме и направляют на транспортерную галерею, снабженную рольгангами.
Прокатываемый кассетный профиль подается, как лента, на направляющие ролики, расположенные вдоль ската кровли. Когда длина ленты профиля достигнет ширины здания, его прокатку временно приостанавливают и лист на кровле разрезают по коньку и у карниза.
Отрезанные части листа укладываются вдоль скатов кровли, соединяются между собой по продольным краям и одновременно крепят к элементам обрешетки с помощью стальных кляммеров.
В строительной практике известны примеры, когда длина скатов кровли, выполненных из профилированных листов по этой технологии без поперечных стыков, достигала 108 м. Строительство мансард в России особенно актуально, т. к. около 20% жилых зданий, которые эксплуатировались более 40 лет, требуют реконструкции.
Возведение новых однои двухэтажных мансард позволит не только придать этим зданиям современный архитектурный облик, но и даст возможность получить дополнительные квартиры и пентхаусы.
Оригинальная конструктивная схема несущих конструкций мансард с рамным каркасом позволяет собирать их из оцинкованных гнутых профилей на строительной площадке и монтировать укрупненными секциями без применения тяжелой грузоподъемной техники. Все соединения в этих конструкциях выполняются с применением самонарезающих винтов, комбинированных заклепок (рор-rivets) или болтов.
Сварка элементов таких конструкций не допускается. Такой способ монтажа позволяет проводить реконструкцию зданий в короткие сроки без отселения людей с нижних этажей.
Производство и использование гнутых профилей из оцинкованной стали в массовом гражданском строительстве становится одним из приоритетных направлений стройиндустрии и благодаря своим очевидным достоинствам пользуется повышенным спросом в России.