Оценка дефектов зданий и сооружений из легких стальных тонкостенных конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка дефектов зданий и сооружений из легких стальных тонкостенных конструкций

Ниже представлены основные аварийные ситуации при использовании материалов ЛСТК при каркасном строительстве. Подчеркнуты особенности проектирования и расчета таких конструкций, представлены понятия редуцированного (эффективного) сечения С-образного профиля. Представлены перспективы строительства зданий и сооружений из ЛСТК.

Ниже представлены основные аварийные ситуации при использовании материалов ЛСТК при каркасном строительстве. Подчеркнуты особенности проектирования и расчета таких конструкций, представлены понятия редуцированного (эффективного) сечения С-образного профиля. Представлены перспективы строительства зданий и сооружений из ЛСТК.

Каркасный дом ценят за простоту возведения конструкции. Впервые эту простоту оценили жители Норвегии, Швеции и Финляндии, поскольку именно скандинавы считаются первыми, кто начал использовать данную технологию для возведения малоэтажных строений [1].

В то время как первые деревянные каркасные здания появились в Скандинавии, уже в середине XX века технология была усовершенствована в Канаде. Впервые начали использовать стальную конструкцию. Впоследствии легкие стальные тонкостенные конструкции (ЛСТК) стали настоящим хитом на рынке, поскольку жителям Канады требовалось много недорогого жилья. Стальные каркасы начали использовать в Японии, США и скандинавских странах [2].

В независимости от материала каркаса, сама технология имеет много ценных преимуществ. Страховые компании оценивают долговечность эксплуатации зданий с деревянными каркасами в 50 лет. При этом существуют и эксплуатируются здания, построенные более 100 лет назад. Расчетный срок службы стального каркаса от 100 лет. Поэтому расчётный срок службы каркасного дома, при соблюдении технологии строительства, составляет от 40 до 120 лет [3].

Каркасные здания прекрасно сохраняют тепло и именно поэтому подходят для проживания в условиях Севера, в чем на собственном опыте убедились несколько поколений скандинавов и канадцев. Технология позволит начинать строительство в любой момент, не дожидаясь благоприятных погодных условий. А цена строительства по сравнению с классическими технологиями - кирпич, брус, пено- и газобепон, может быть ниже на 15-20% [4].

Тот, кто выбирает лёгкие стальные тонкостенные конструкции, по сути, отдает предпочтение абсолютно точным геометрическим формам каждого элемента. Оцинкованные профили являются основой долговечности конструкции [5]. Они защищены от коррозии. Расчетный срок эксплуатации такого каркасного дома составляет не менее 100 лет [6].

Цена стального каркаса, дороже, если сравнивать с деревянным «конкурентом». Но учитывая возможность возведения каркаса силами бригады без высокой квалификации, за счет особенностей сборки из готовых профилей, отсутствие необходимости регулярной пропитки составами против гниения и возгорания, а также более длительный расчетный срок эксплуатации, в долгосрочной перспективе использование ЛСТК более выгодно [7, 8].

Популярность строительства зданий и сооружений из ЛСТК в России набирает обороты [10]. Это связано с тем, что появился СП 260.1325800.2016 «Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых оцинкованных профилей и гофрированных листов. Правила проектирования», регламентирующий проектирование ЛСТК [11].

За рубежом строительство быстровозводимых зданий имеет огромную востребованность. Первыми, кто начал активно пользоваться каркасным домостроением из ЛСТК, считаются канадцы. В условиях крайнего севера ценится возможность быстро и недорого построить здание или сооружение. Эту технологию в Канаде используют уже более 50 лет.

Рисунок 1. Доля ЛСТК в объеме строительства жилых домов.

Главной особенностью расчета ЛСТК является нахождение редуцированных сечений. Из-за малой толщины пластины при приложении усилия, такие профиля имеют потерю местной устойчивости сечения. Ниже представлены сечение С-образного профиля и эффективное сечение С-образного профиля [12].

Рисунок 2. А) С-образное сечение профиля; Б) эффективное сечение С-образного профиля

Как мы видим, расчет профилей с толщиной металла меньше 4 мм по стандартным методам расчета конструкций приводит к сниженным или завышенным расчетным характеристикам. [13] Так же, отсутствие норм помогало недобросовестным строителем безнаказанно создавать конструкции из ЛСТК [14].

За время эксплуатации различных зданий и сооружений из ЛСТК была собрана определенная статистика по авариям и повреждениям полученными в процессе монтажа и эксплуатации. Причины аварий, можно разделить на две группы:

-- ошибки, допущенные в процессе проектирования;

-- ошибки, допущенные в процессе возведения.

В первой группе возникновение аварийных ситуаций и разрушение конструкций связана с неверными проектными решениями (отсутствие опыта и четких норм проектирования, недоучет фактора «тонкостенности» сечений).

Основные ошибки:

-- принятие в расчет полных, не редуцированных характеристик сечений;

-отсутствие необходимого количества связей (превышение значений гибкости принятых сечений над допустимыми);

-отступление от типовых решений узлов сопряжения конструкций (недостаточность крепежных элементов, неправильная передача усилий).

Повреждения конструкций, связанные с ошибками и дефектами монтажа вызваны низкой культурой производства, проведением строительных работ без проекта, отступлениями от проекта:

-- самовольная замена сечений на меньшие;

-- занижение числа и типа крепежных элементов в процессе монтажа элементов;

-- невыполнение связей, предусмотренных проектом;

-- изменение расчетной схемы здания;

-отступление от требований по монтажу элементов

Например, в феврале 2011 произошло обрушение кровли и элементов каркаса на 2х этажном пристрое к зданию по улице Производственная. Обрушение произошло через 1 месяц после закрытия теплового контура пристроя. Снеговая нагрузка в момент обрушения (толщина снежного покрова на кровле составляла 30-40 см) не превышала 40% от расчетной снеговой нагрузки с соответствием со СП. Проект на возведение отсутствовал (строительство велось по рисункам, выполненными неспециалистом).

Рисунок 3. Обрушение конструкций.

Основная причина обрушения -- потеря устойчивости сжатых элементов из плоскости (как показал анализ схемы пристроя, по фермам покрытия полностью отсутствовали связи) [15]. При потере устойчивости одним элементом фермы произошло лавинообразное обрушение кровли, объединенной профилированным листом.

В 2010г произошло обрушение конструкций покрытия промздания в пос. Стулово. Конструкции -- фермы покрытия пролетом 18 метров с шагом по колоннам 6 метров.

Рисунок 4. Конструкции ферм.

здание дефект обрушение

После обрушения было проведено усиление и монтаж новых ферм, по результатам проверки несущей способности вновь смонтированных ферм установлено, что отдельные элементы (опорный раскос) перегружены в 10 раз, связи по фермам выполнены в виде профиля типа U сечением 100х1,2мм. Гибкость связи 600/1,3=460, что превышает допустимую и полностью исключает связь из работы [16].

В заключении необходимо отметить, что с набиранием оборотов популярности зданий и сооружений из ЛСТК, необходимо пристальный контроль на всех этапах производства от проектирования до строительства [17].

Список литературы

1.Горев В.В., Уваров Б.Ю., Филиппов В.В. и др. Металлические конструкции. В 3т. Т.1. Элементы конструкций: Учеб. для строит. вузов -- М., Высш. шк. -- 2004. - 551 с.

2.Василькин А.А, Рахманов Э.К. Системотехника оптимального проектирования элементов строительных конструкций // Инженерный вестник Дона, 2013, №4, URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2013/2203.

3.Виноградов С.Н., Таранцев К.В. Конструирование и расчёт элементов тонкостенных сосудов: учеб. пособие. -Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2004. - 136 с.

4.Van Amsterdam, E Construction Methods for Civil Engineering. -- 2nd Edition. Soft Cover, 2014. -- 260 p.

5.Горицкий В.М., Диагностика металлов. -- М.: Металлургиздат, 2004. -- 408 с.

6.Вернези Н.Л. Метод оценки прочности металла неразрушающим способом с использованием априорной информации // Инженерный вестник Дона. -- 2013. -- №3, URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1898

7.Скачков С.В. Геометрические характеристики тонкостенных элементов С-образного поперечного сечения // Инженерный вестник Дона, 2017, №3, URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2017/4321.

8.Wei-Wen Yu, Roger A. LaBoube Cold-Formed Steel Design. -- 4th Edition изд. -- Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2010. -- 528 p.

9.Беленя Е.И. Металлические конструкции. Издание 6-е, переработанное и дополненное изд. М.: Стройиздат, 1986. 560 с.

10.W.J. DeCoursey / Statistics and Probability for Engineering Applications with Microsoft® Excel. - 2003 - 400 р. - Elsevier Science (USA).

Размещено на Allbest.ru