Влияние геометрических характеристик тонкостенных холодногнутых профилей на архитектуру быстровозводимых зданий

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Строительная система на основе лёгких стальных металлических конструкций (ЛСТК) относится к “сухому” методу строительных работ. Неоспоримыми достоинствами данной технологии являются сокращение сроков строительства, уменьшение собственного веса быстровозводимых зданий, высокая точность сборки каркаса из унифицированных элементов. Стоит обратить внимание на высокие архитектурно-художественные качества возводимых объектов, определяемые объёмно-планировочными свойствами ЛСТК и всевозможными решениями навесной фасадной системы. Доступность подобной строительной технологии сдерживается отсутствием отечественной нормативной базы и конструктивных методов организации материально-пространственной среды.

Как правило, для укрупнённой сборки каркаса, выполненного на основе стальных холодногнутых профилей, используют конструктивные элементы, работающие в одной плоскости, такие как, внешние и внутренние стеновые панели, балки, рамы, фермы. Устоявшиеся методы конструирования из ЛСТК позволяют решить лишь часть задач, связанных с формообразованием быстровозводимых зданий, которые, в свою очередь, зависят от геометрических характеристик тонкостенных холодногнутых профилей.

К лёгким стальным тонкостенным конструкциям принято относить холодногнутые профили толщиной до 2 мм, выполненные из рулонной оцинкованной стали с цинковым покрытием по ГОСТ 14918-80*, а также профили толщиной до 4 мм, выполненные из листовой горячеоцинкованной стали по ГОСТ 52246-2004 [1]. Широко распространённые в отечественном производстве профили швеллерного (рис.1а), С-образного (рис.1б, в), Z-образного (рис.1г) и ?-образного (рис.1з) сечений являются необходимой основой для формирования несущего остова быстровозводимых зданий. Высота профилей варьируется в пределах 45-300 мм. Толщина элементов, изготовленных на профилегибочных станках методом холодного формообразования, составляет 0,7-2,5 мм. В свою очередь, процессы дальнейшей стандартизации и расширения сортамента изделий проводятся на уровне внутризаводского стандарта и официально не регламентируются. Значительное количество подобной продукции импортируется из-за рубежа такими известными производителями, как KNAUF (Германия), RUKKI (Финляндия), ASTRON BUILDING (Люксембург), METSEC PLC (Великобритания). Существующий отечественный рынок строительных материалов предлагает следующие типы стальных холодногнутых профилей:

Рис. 1 - Базовые типы стальных холодногнутых профилей

архитектурный стальной профиль

Принято, что при вариантном архитектурном проектировании и оптимизации стальных конструкций рассматриваются следующие категории задач:

· выбор материалов и форм сечения профилей;

· выбор типа узлов и соединения деталей;

· компоновка конструкций;

· компоновка сооружений [2].

Проблема формообразования относится к направлению оптимизации в архитектурном проектировании, где область поиска возможного решения задачи, связанной с формообразованием быстровозводимых зданий на основе ЛСТК, лежит за пределами архитектурной комбинаторики.

Многие проектно-конструкторские организации, работающие с лёгкими стальными тонкостенными конструкциями, ставят в качестве целевой функции показатель веса каркаса, выраженный в общей металлоёмкости. Поскольку вес - интегральная характеристика конструкции, то в число переменных проектирования входят такие параметры конструкции, как геометрические характеристики поперечных сечений стержневых элементов и способ распределения стальных холодногнутых профилей по их толщине. Ориентируясь на минимизацию размера общей металлоёмкости, задача, связанная с формообразованием и компоновкой конструкций имеет низкий приоритет.

В условиях производства строительно-монтажных работ, напротив, особое место занимают факторы, влияющие на технологичность проектного решения. В данном случае, следует пересмотреть критерии выбора оптимального архитектурного решения. Используя в роли целевой функции прямые затраты на изготовление и монтаж каркаса, задача оптимизации проектирования становится многоцелевой и нелинейной. В связи с чем, решение задач формообразования быстровозводимых зданий на основе ЛСТК улучшает технологические качества конструкций и способствует линеаризации целевой функции при оптимизации проектирования.

Для комплексной оценки использования стальных холодногнутых профилей в строительстве требуется обширная методологическая база проектирования быстровозводимых зданий из ЛСТК. Но ввиду её отсутствия, очевидными особенностями формообразования быстровозводимых зданий на основе элементов из холодногнутых стальных профилей являются:

· широкие возможности для унификации всех элементов каркаса;

· необходимость использования составных сечений стержневых элементов (рис. 1д, е, ж);

· ортогональное размещение укрупнённых элементов ЛСТК между собой при решении объёмно-пространственной задачи (рис. 2), использование ортогональной метрической сетки;

· гибкость при формировании узловых соединений тонкостенных холодногнутых профилей, находящихся в одной или двух ортогональных плоскостях;

· сохранение единого установленного шага тонкостенных холодногнутых профилей при любом формальном решении быстровозводимого здания.

При всей простоте изготовления и монтажа панелей ограждающих конструкций, на существующем этапе развития отечественной индустриальной технологии производства ЛСТК, ограничения условий и способов компоновки укрупнённых элементов каркаса значительно влияют на общую металлоёмкость и размер прямых затрат на монтажно-строительные работы.

Рис. 2 - Существующий типовой метод компоновки конструкций и изделий

Возможным решением проблемы формообразования быстровозводимых зданий на основе ЛСТК, может стать разработка новых форм сечения профилей. Быстровозводимые здания на основе ЛСТК, несомненно, потребуют дальнейшей индустриализации строительства и внедрения сортамента на более сложные и специализированные профили (рис. 3), в связи с чем, внедряя на уровне архитектурного проекта новые типы тонкостенных холодногнутых профилей, решается следующий комплекс задач:

· повышение общей технологичности строительных деталей и изделий в процессе укрупнённой сборки и заводского изготовления;

· сокращение количества закладных деталей и метизов в узловых соединениях сопрягаемых конструкций;

· улучшение эстетических качеств быстровозводимых зданий на основе ЛСТК;

· минимизация общей металлоёмкости конструкций, повышая комплексность деталей и изделий;

· сочетаемость технологии ЛСТК с другими строительными системами.

Рис. 3 - Возможный перспективный метод компоновки конструкций и изделий

Каркасное строительство на основе ЛСТК имеет много общего с технологией возведения экспозиционных систем. В практике современной экспозиции встречаются решения многоэтажных конструкций и пространственных структур. Наиболее известными профессиональными экспозиционными системами являются такие бренды-производители, как “OCTANORM”, “SYMA”, “ARTHEMA”, “SODEM”. Гибкость процесса проектирования среды выставочных экспозиций основана на использовании растровых метрических сеток и развитой номенклатуры конструктивных элементов, где вариативность при формообразовании ограждающих конструкций определяется высокой технологичностью конструктивных элементов. Структурные и ферменные конструктивные элементы, без усиления, способны перекрывать пролёты длиной до 12 м. При решении объёмно-пространственных задач организации экспозиционного пространства, получили наибольшее распространение ортогональная и октагональная метрические сетки, в которые вписываются элементы с единым осевым кратным размером [3,4]. Для оптимизации проектных работ каталоги фирм-производителей экспозиционных систем делятся на базовые и специальные. Технология лёгких стальных тонкостенных конструкций имеет схожие с экспозиционными системами методы формообразования и перспективы развития. Основным отличием этих двух технологий является способ производства конструктивных элементов, где производство элементов экспозиционных систем направлено, прежде всего, на достижение эксклюзивности продукции, а производство лёгких стальных тонкостенных конструкций направлено на снижение себестоимости изделий и подчинено идее жёсткой стандартизации. Таким образом, именно синкретизм подобных технологий способен решить широкий комплекс задач, связанных с формообразованием и оптимизацией архитектурного проектирования быстровозводимых зданий.

Литература

1. Павлов А.Б., Айрумян Э.Л., Камынин С.В., Каменщиков Н.И. Быстровозводимые малоэтажные жилые здания с применением легких стальных тонкостенных конструкций // Промышленное и гражданское строительство. - 2006. - №9. - С. 51-53.

2. Лихтарников Я.М. Вариантное проектирование и оптимизация стальных конструкций. - М.: Стройиздат, 1979. - C. 8-9.

3. Литвинов В.В. Практика современной экспозиции: Монография. - М.:РУДИЗАЙН, 2005. - C. 22-23.

4. Кликс Р.Р. Художественное проектирование экспозиций. - М.: Высшая школа, 1978. - 369 с., ил.

5. М.С. Андерсон, Ж.Л. Арман, Дж.С. Арора и др.; Под ред. Э. Атрека и др.; Пер. с англ. К.Г. Бомштейна. Новые направления оптимизации в строительном проектировании - М.: Стройиздат, 1989. - 592 с., ил.

6. Hancock G.J., Murray Th.M., Ellifritt D.S. Cold-Formed Steel Structures to the AISI Specification. - Marcel Dekker Inc., 2001. - 398 pages.

Размещено на Allbest.ru