Строительство со сталью.
Комбинированные конструкции.
Повседневная работа проектировщиков связана с проектированием новых объектов. Проверяются концепты и возможности строительной технологии. Обсуждаются сроки строительства, оптимизируются варианты компоновки здания и внутренних инсталляций. Решаются вопросы огнестойкости и надежности, от которых зависит дальнейший успех проекта. Речь идет также об эстетике фасадов, сочетании различных материалов: камня, стекла, стали и т.д.
То, что позволяют комбинированные конструкции, видно на примере городов. Они являются частью строительных технологий сегодня. Соединение старого и нового ставит перед проектировщиками более ответственные задачи. С возможностью применения комбинированных конструкций быстро решаются вопросы строительства и архитектуры, которые отвечают любым запросам и желаниям архитекторов. От малоэтажных зданий, до высотных строений, от классических форм до модерна.
Комбинированные конструкции следуют простому принципу. Их отличие от стандартного строительства мы можем увидеть на следующем рисунке.
Любой строительный материал деформируется под нагрузками. Свободно лежащая балка, под воздействием нагрузки сильно прогибается. У двух балок при такой же нагрузке прогиб вполовину меньше. Еще меньше прогиб в том случае, если две балки между собой соединены дюбелями. В соединении они реагируют на нагрузку как одно целое. При прогибе в верхней части балки возникает сила сжатия, а в нижней – сила растяжения. В случае когда одна часть балки состоит из бетона, а другая часть из стали, речь идет о комбинированной конструкции, в которой каждая из конструктивной частей используется оптимально. При испытаниях на изгиб, сжимающие усилия воспринимает на себя бетон, растягивающие сталь.
На практике пользуются такими комбинированными конструкциями уже много лет. В том числе и при устройстве различных конструкций перекрытий. Они используются, как в сборном исполнении, так и с использованием профнастила в качестве несъёмной опалубки при бетонировании.
В любом случае это позволяет вести быстрый монтаж и воспринимать большие нагрузки на перекрытия.
Комбинированные системы перекрытий подразделяют на четыре основных типа:
1.В которой бетон укладывается в подготовленную опалубку
2.При бетонировании больших площадей бетон укладывается на арматурную сетку
3.Элементы покрытия как готовые изделия (Плиты перекрытий).
4.Комбинированные конструкции с использованием профнастила.
Другой пример для несущих опор. Они позволяют создавать различные формы в архитектуре: открытые профили, заполненные бетоном, к ним же относятся круглые колонны, которые, например, использовались в строительстве выставочного зала во Франкфурте. На практике применяются 3 различных вида опор:
1. Со стальным сердечником внутри бетонной опоры.
2. Опоры с обетонированными межполочными камерами.
3. Трубобетонные элементы круглого или коробчатого сечения.
Все изготовленные конструкции подвергаются тщательному контролю.
На практике комбинированные конструкции до полной готовности изготавливаются специализированными заводами.
Вся последовательность производства конструкций от расчетов и чертежей до выпуска готовой продукции сопровождается центральным компьютером
Он задаёт и отслеживает, на всех этапах обработки соблюдение технологии: с первой стадии раскроя металла и до сверления установочных отверстий для последующих крепежей. Потом элементы конструкции автоматически разрезается по нужному размеру. Следующий шаг - производится сварка готовых элементов металлических конструкций. И последний этап этого передела навариваются болты с головкой, способствующие совместной работе стали и бетона.
Сварочный процесс.
Электрическая дуга нагревает свариваемые части. Металлы раскаляются, плавятся и свариваются. Сварочный шов формируется керамическим кольцом, защищающим также от окисления. Так выглядит подобное соединение. А вот его разрез в виде макрошлифа.
Изготовленные таким образом конструкции отправляются в дальнейшее путешествие. Сначала они получают антикоррозийную защиту, потом доставляются на участок готовой продукции, на котором производится окончательное изготовление комбинированной конструкции. Здесь производятся необходимые соединительные элементы – арматурные сетки. Они устанавливаются на стенки балки, после чего камеры заполняются бетоном. Бетонная смесь, уложенная соответствующим образом, подвергается двадцатичетырехчасовой термообработке. После чего операция повторяется для другой стороны конструкции. Практически на следующий день эти строительные конструкции можно транспортировать.
Они могут изготавливаться длиной до 18 метров с высокой точностью соблюдения проекта, что способствует их быстрому монтажу.
Строительство нового, крупного автозавода.
Технология производства строительно-монтажных работ по возведению зданий из комбинированных конструкций – видна как на ладони. Колонны и балки монтируются в течение одного месяца по плану. Для стройки это даёт двойной положительный эффект. Практически никакого времени на хранение в связи с правильной организацией, а также быстрый монтаж, благодаря эффективному соединению. При этом отметим высокую степень огнестойкости несущих конструкций из стали и бетона.
Также рационально изготавливаются конструкции перекрытий. Здесь, например, с использованием профнастила.
Профлист доставляется на стройку подготовленным для монтажа. После его укладки на стальную конструкцию он фиксируется, неся на себе сразу и защитную функцию.
При этом болты с головками являются элементами соединения несущих конструкций с покрытием. На первый взгляд они незначительны, но играют большую роль в соединении.
Каждый из болтов с головкой подвержен воздействию поперечной силы от сжатия бетона. А силу растяжения воспринимают несущие элементы перекрытия.
В классическом исполнении комбинированные конструкции должны быть армированы, и залиты бетоном. Преимущество такой технологии в том, что профнастил учитывается при статистических расчетах. А с нижней стороны является удобным для инсталляций и отделки. По окончанию 4,5 мес. стройка почти закончена.
И в других строительных технологиях можно увидеть преимущества комбинированных конструкций, где в качестве элементов перекрытий выступают тонкостенные железобетонные плиты. Примером этому являются сооружения парковок. Здесь сборные железобетонные элементы могут быть быстро уложены в смонтированный металлокаркас здания.
За последние несколько лет в Германии было построено порядка 200 таких парковок с использованием комбинированных конструкций, что является доказательством высокой эффективности подобного строительного процесса. Свобода в архитектурно-планировочных решениях, вызванная возможностью расстановки колонн с большим шагом и малая толщина перекрытий, позволяют обеспечить необходимый уклон для въезда автомобилей.
После завершения монтажа всех сборных элементов перекрытий и покрытия, производится армирование стыков и окончательное бетонирование конструкции.
Другой проект. Требуется (вписать) новое офисное здание в архитектуру старого города.
Количество заполненных бетоном балок здесь сведено к минимуму, но вся конструкция в целом все равно может выдерживать большую нагрузку. Сталежелезобетонные конструкции подходят почти ко всем видам строений. Данная технология позволяет варьировать проектными решениями: перекрывать как большие, так и малые площади.
Здесь, например, тонкостенные перекрытия за счет своего малого веса могут быть оперты на облегченные балки, выдерживающие, при этом, большие нагрузки. Также удобными при строительстве являются сборные железобетонные плиты перекрытий, рассчитанные и опробованные для подобного метода монтажа.
Несущая конструкция этого паркинга состоит из металлоконструкции, которые собираются в монтажные блоки и устанавливаются в проектное положение с помощью крана.
В виду минимальных требований огнестойкости таких зданий дополнительная защита конструкций от огня не требуется.
Несущие балки изготавливаются с предварительным строительным подъемом и после монтажа под нагрузкой принимают проектное положение. Минутным делом является установить железобетонное перекрытие на смонтированные ранее балки металлокаркаса. С помощью автокрана имеющего вылет стрелы 8*2,5 метра плиты подаются к месту монтажа. Специально спроектированные боковые зубцы плит совмещаются при укладке, а монтажные петли одеваются на болты, приваренные к балкам перекрытия. Завершающий этап работ – омоноличивание стыков бетоном, соединяющим балку с плитами перекрытий.
Другой вариант реставрации старых зданий, где комбинированные конструкции играют важную роль. Здесь, например производственный цех, перестраивается в институт.
В существующем пространстве требуется разместить два этажа с минимальной толщиной перекрытия. Решение: облегчённые балки из высокопрочной стали с использованием профнастила и последующим бетонированием.
По-другому ставятся задачи при проектировании новых зданий, где процесс строительства должен быть просчитан до мелочей от возведения конструкции до внутренней инсталляции. Главным в инсталляции является разместить элементы, так чтобы они не пересекались в здании. Сначала - колоны, потом – главные и вспомогательные балки. Затем – подкрановые балки, элементы кондиционирования-вентиляции, далее – трассы кабелей, пути для газовых труб и водоснабжения. Все инсталляции проходят, не пересекаясь, параллельно балкам. Они могут специальными крепежами фиксироваться к нижней плоскости элементов перекрытий.
Другим конструктивным решением является сочетание главных балок с большими проемами и вспомогательных балок. После устройства перекрытия вся конструкция работает как единое целое. В практике есть масса всевозможных вариантов по использованию подобного метода, который сводится к эффективному использованию несущей способности конструкций, обеспечивая быстроту возведения здания и его надежность. Каждый проект позволяет принимать новое решение. Много подобных решений в случае применения профнастила. Графика показывает возможности выполнения различных видов креплений.
Даже в случае больших нагрузок комбинированные конструкции могут хорошо использоваться для крепежа с помощью клемных соединений и других демонстрируемых возможностей. Уже при монтаже балки оснащаются крепежом для объектов инсталляции.
Это ещё одно доказательство преимущества подобного метода строительства.
Предусматривается обеспечение надежности сооружений сегодня и в будущем.
Всё что интересует архитекторов и инженеров изучается учёными. Экспертами высших школ решаются вопросы, возникающие на практике. Например, определение несущей способности балок с большими проемами. Проведенные испытания подтвердили, что такие комбинированные конструкции отвечают требованиям надежности согласно существующих строительных норм.
Воздействие огня было изучено как теоретически, так и в реальных условиях. Все комбинированные конструкции должны пройти через натурные испытания огнем, доказывая свою надежность и огнестойкость. Современная техника отслеживала этот процесс более чем с 500 датчиков. Очагом пожара стали деревянные брикеты, количество которых точно спланировали учёные. Этот эксперимент должен подтвердить все то, что проверялось в отдельности международными и национальными нормами. Первое это высокая степень сопротивления огню, второе - возможность восстановления конструкции.
Здание, которое было испытано, сегодня - университет. Ученые нашли при помощи новых компьютерных технологий возможность имитировать пожар для определения поведения комбинированных конструкций. Но то, что при подобных опытах длится недели, здесь происходит за считанные минуты. Это позволяет рассчитывать на быстрой результат и уверенность в надежности конструкции. Каждые 15 минут отсчитываемые электронным способом, снимаются показания несущей способности опоры, выполненной в виде двутавра с забетонированными межполочными камерами. Светло-голубым обозначены элементы, находящиеся в нормальной зоне, белым - под воздействием огня, но не утратившие несущей способности. На примере видно как тепло проникает во внутрь конструкции и воздействует на опоры с бетоном и арматурным каркасом.
Даже по прошествии 90 минут, при внешне температуре более чем 800 градусов С конструкция имеет резерв, который удовлетворяет все международным нормам. Научным методом здесь доказывается то, что на практике уже себя подтвердило.
По надежности комбинированные конструкции занимают первое месте в Германии и во всей Европе. Они позволяют находить разнообразные решения в сочетании с металлоконструкциями, доказывая это изо дня в день на множестве строительных площадок.
Официальный представитель фирмы Nelson Bolzenschweiss-Technik GmbH & Co. KG
