Строительство из стали и железобетона
Сталь по праву считается универсальным строительным материалом, известным человечеству с давних времен. Благодаря техническим и эстетическим качествам стали ее использование при реализации различных строительных проектов не потеряло своей актуальности и в наши дни. Архитекторы и строители хорошо знают, что именно при помощи стали можно создавать изящные и оптически легкие сооружения и конструкции, которые при всей своей "невесомости" отличаются высокой прочностью.
Сталь является идеальным материалом для промышленного строительства и возведения многоэтажных жилых и общественных зданий. Стальные конструкции, имеющие малые поперечные сечения, способны воспринимать нагрузки большой величины. Кроме того, конструкции из стали позволяют реализовывать гибкие планировочные решения, что является немаловажным преимуществом с точки зрения требований современной архитектуры. Сталь прекрасно сочетается с другими строительными материалами, что подтверждается многочисленными примерами из практики возведения зданий и сооружений. Наиболее распространенное сочетание - сталь и бетон - воплотилось в многочисленных сооружениях из железобетонных конструкций. Что касается "чисто металлических" конструкций, то они привлекательны прежде всего потому, что благодаря современным монтажным технологиям могут быть возведены за очень короткий промежуток времени. Это качество стали было в полной мере оценено не только строителями, но и специалистами в области градостроительного планирования. Например, когда ведется застройка пустых участков на территории сформировавшихся городских кварталов, преимущество отдается стальным и железобетонных конструкциям. Это не удивительно, так как высокая скорость строительства, достигаемая за счет применения сварочной технологии, позволяет уменьшить дискомфорт, связанный с нарушением обычного ритма жизнедеятельности квартала. Благодаря своей высокой функциональности и возможности "приспосабливаться" к различным градостроительным, техническим и эстетическим требованиям сталь получила широкое применение в различных сферах строительства. Ее используют при возведении офисных и административных зданий, медицинских учреждений, промышленных объектов, жилых домов. В любой из перечисленных областей применения специалисты находят оптимальное решение, при котором сталь в полной мере раскрывает свои лучшие качества.
Противопожарная защита металлических и железобетонных конструкций
Как уже упоминалось выше, наиболее распространенным вариантом является использование стали в железобетонных конструкциях. Преимущества сочетания стали и бетона особенно ярко проявляются при возведении многоэтажных зданий. Благодаря особо надежной и прочной технологии соединения несущего металлического каркаса и бетонных перекрытий высокая несущая способность конструкций достигается даже при малых поперечных сечениях элементов и больших пролетах. Это качество позволяет в полной мере использовать все возможности в области пожарной защиты сооружения. Одним из методов повышения огнестойкости железобетонных конструкций является увеличение толщины защитного слоя бетона. Этот метод позволяет достичь желаемого эффекта, не затрагивая технологию соединения элементов. Узлы соединения элементов могут выполняться в различных вариантах, каждый из которых приемлем для конкретных условий строительства. Пожарная защита железобетонных конструкций может осуществляться двумя основными способами. Если используется традиционный способ, предусматривающий нанесение защитного бетонного слоя или специального огнестойкого покрытия плит, при увеличении температуры до критического уровня нагревается весь железобетонный элемент, включая его стальной каркас. По истечении определенного промежутка времени происходит нарушение работы металлического каркаса и как следствие - разрушение всего сооружения. Если же в заводских условиях соединение стального каркаса и бетонной оболочки происходило по так называемому камерному методу, в случае возникновения пожара нагрев железобетонного элемента происходит совершенно по-другому. Компьютерная обработка данных, полученных во время экспериментального нагрева железобетонных конструкций, изготовленных по камерному методу, позволила получить наглядное представление о характере изменения температуры внутри элемента. Так на термограмме поперечного разреза "камерной" железобетонной балки было четко видно разделение "холодных" и "горячих" областей. Металлический каркас балки практически по всей своей длине находился в области с наименьшей температурой нагрева. Таким образом, проведенные исследования подтвердили, что железобетонные изделия, изготовленные по камерной технологии, отличаются улучшенными пожарозащитными характеристиками по сравнению с обычными железобетонными элементами.
Если конструкции из железобетона, отличающиеся высокой степенью огнестойкости, наилучшим образом подходят для выполнения несущего каркаса сооружения, то для устройства перекрытий в общественных и промышленных зданиях более приемлемым вариантом являются легкие металлические элементы. Стальные перекрытия изготавливаются, как правило, из гофрированных листов, которые легко монтируются и образуют пустотелую оболочку, которая не требует дополнительной обработки ни снаружи здания, ни в его интерьере. Каждый тип профилированных стальных листов предполагает свой вид крепления. Наиболее распространенным видом соединения элементов металлических перекрытий является устройство контурных креплений при помощи специальных дюбелей. Если речь идет о креплении перфорированных металлических листов, то отверстия в элементах перекрытия также могут использоваться в качестве дополнительных каналов для проводки инженерных сетей. Предел огнестойкости перекрытий из стальных листов обычно находится в диапазоне от 90 до 180 минут. Благодаря этому качеству металлические перекрытия способны в случае возникновения пожара длительное время сохранять свою конструктивную надежность и тем самым позволяют избежать дополнительных расходов на мероприятия противопожарной защиты.
Различные виды соединений металлоконструкций
С архитектурно-художественной точки зрения сочетание металлических и железобетонных конструкций позволяет достичь интересных декоративных эффектов по сравнению с применением традиционных материалов. Здесь большую роль играет возможность устройства больших пролетов при малой толщине перекрытия, достигаемой за счет небольших поперечных сечений несущих элементов. Если же в конструкции используются несущие железобетонные элементы, изготовленные по камерной технологии, создаются дополнительные возможности для облегчения проводки инженерных сетей. Детали несущего перекрытия, расположенные перпендикулярно, могут соединяться друг с другом в одной плоскости или устанавливаться друг над другом. В последнем случае используется система специальных металлических зажимов, которые обеспечивают конструктивную надежность системы. Металлические каркасы с обоими рассмотренными видами соединений могут сочетаться с монолитными бетонными перекрытиями при условии использования дополнительных болтовых дюбелей, которые привариваются к металлическому каркасу в процессе заводского изготовления. Дюбели придают особую жесткость металлическому каркасу и защищают его от деформаций, которые могли бы возникнуть из-за воздействия высоких нагрузок. Основа перекрытия, выполненная из "камерного" железобетона, не только отвечает за требования пожарной безопасности конструкции, но и увеличивает несущую способность сооружения. Выбор вида несущей конструкции перекрытия - с балками, идущими в одной плоскости, или с балками, расположенными в разных плоскостях, - зависит от схемы статической работы сооружения. Если требуется выполнить шарнирные соединения элементов, проектировщики имеют в своем распоряжении широкий спектр возможных конструктивных решений. Некоторые виды конструктивных узлов разработаны специально для "смешанного" строительства из железобетонных и металлических изделий. При "смешанном" строительстве довольно распространенным является двухслойная конструкция перекрытия. В этом случае пустое пространство, образовавшееся между нижним и верхним перекрытием, используется для прокладки инженерных коммуникаций. Данный прием в основном применяется при возведении промышленных объектов, но при необходимости может использоваться и при строительстве жилых и общественных зданий. Двухслойное перекрытие может быть выполнено в различных конструктивных вариантах. Чаще всего оба слоя перекрытия изготавливаются как цельные оболочки из металлических профилированных листов. Выдерживание требуемого расстояния между двумя слоями перекрытия осуществляется за счет использования опорных металлических стоек. Стойки должны устанавливаться таким образом, чтобы не мешать прокладке инженерных коммуникаций. Существуют и другие конструктивные решения двухслойных перекрытий, например - устройство подвесных потолков из металлоизделий.
Технология "смешанного" строительства подразумевает использование самых разнообразных сочетаний конструктивных элементов. Например, рядом с опорнымии железобетонными стойками могут устанавливаться различные виды металлических конструкций: полые трубы, перфорированные профильные элементы, крестообразные стойки и т. д. В смешанных конструкциях допускается применение различных типов соединений, начиная от классических анкерных и заканчивая штекерными соединениями.
Преимущества смешанных конструкций из стали и железобетона были продемонстрированы на конкретных примерах из западноевропейской строительной практики. Возведение жилых, общественных и промышленных зданий по "смешанной" технологии помогло упростить процесс монтажа, сократить сроки строительства и улучшить облик городской застройки.
Елена ИНОЗЕМЦЕВА
Сталь является идеальным материалом для промышленного строительства и возведения многоэтажных жилых и общественных зданий. Стальные конструкции, имеющие малые поперечные сечения, способны воспринимать нагрузки большой величины. Кроме того, конструкции из стали позволяют реализовывать гибкие планировочные решения, что является немаловажным преимуществом с точки зрения требований современной архитектуры. Сталь прекрасно сочетается с другими строительными материалами, что подтверждается многочисленными примерами из практики возведения зданий и сооружений. Наиболее распространенное сочетание - сталь и бетон - воплотилось в многочисленных сооружениях из железобетонных конструкций. Что касается "чисто металлических" конструкций, то они привлекательны прежде всего потому, что благодаря современным монтажным технологиям могут быть возведены за очень короткий промежуток времени. Это качество стали было в полной мере оценено не только строителями, но и специалистами в области градостроительного планирования. Например, когда ведется застройка пустых участков на территории сформировавшихся городских кварталов, преимущество отдается стальным и железобетонных конструкциям. Это не удивительно, так как высокая скорость строительства, достигаемая за счет применения сварочной технологии, позволяет уменьшить дискомфорт, связанный с нарушением обычного ритма жизнедеятельности квартала. Благодаря своей высокой функциональности и возможности "приспосабливаться" к различным градостроительным, техническим и эстетическим требованиям сталь получила широкое применение в различных сферах строительства. Ее используют при возведении офисных и административных зданий, медицинских учреждений, промышленных объектов, жилых домов. В любой из перечисленных областей применения специалисты находят оптимальное решение, при котором сталь в полной мере раскрывает свои лучшие качества.
Противопожарная защита металлических и железобетонных конструкций
Как уже упоминалось выше, наиболее распространенным вариантом является использование стали в железобетонных конструкциях. Преимущества сочетания стали и бетона особенно ярко проявляются при возведении многоэтажных зданий. Благодаря особо надежной и прочной технологии соединения несущего металлического каркаса и бетонных перекрытий высокая несущая способность конструкций достигается даже при малых поперечных сечениях элементов и больших пролетах. Это качество позволяет в полной мере использовать все возможности в области пожарной защиты сооружения. Одним из методов повышения огнестойкости железобетонных конструкций является увеличение толщины защитного слоя бетона. Этот метод позволяет достичь желаемого эффекта, не затрагивая технологию соединения элементов. Узлы соединения элементов могут выполняться в различных вариантах, каждый из которых приемлем для конкретных условий строительства. Пожарная защита железобетонных конструкций может осуществляться двумя основными способами. Если используется традиционный способ, предусматривающий нанесение защитного бетонного слоя или специального огнестойкого покрытия плит, при увеличении температуры до критического уровня нагревается весь железобетонный элемент, включая его стальной каркас. По истечении определенного промежутка времени происходит нарушение работы металлического каркаса и как следствие - разрушение всего сооружения. Если же в заводских условиях соединение стального каркаса и бетонной оболочки происходило по так называемому камерному методу, в случае возникновения пожара нагрев железобетонного элемента происходит совершенно по-другому. Компьютерная обработка данных, полученных во время экспериментального нагрева железобетонных конструкций, изготовленных по камерному методу, позволила получить наглядное представление о характере изменения температуры внутри элемента. Так на термограмме поперечного разреза "камерной" железобетонной балки было четко видно разделение "холодных" и "горячих" областей. Металлический каркас балки практически по всей своей длине находился в области с наименьшей температурой нагрева. Таким образом, проведенные исследования подтвердили, что железобетонные изделия, изготовленные по камерной технологии, отличаются улучшенными пожарозащитными характеристиками по сравнению с обычными железобетонными элементами.
Если конструкции из железобетона, отличающиеся высокой степенью огнестойкости, наилучшим образом подходят для выполнения несущего каркаса сооружения, то для устройства перекрытий в общественных и промышленных зданиях более приемлемым вариантом являются легкие металлические элементы. Стальные перекрытия изготавливаются, как правило, из гофрированных листов, которые легко монтируются и образуют пустотелую оболочку, которая не требует дополнительной обработки ни снаружи здания, ни в его интерьере. Каждый тип профилированных стальных листов предполагает свой вид крепления. Наиболее распространенным видом соединения элементов металлических перекрытий является устройство контурных креплений при помощи специальных дюбелей. Если речь идет о креплении перфорированных металлических листов, то отверстия в элементах перекрытия также могут использоваться в качестве дополнительных каналов для проводки инженерных сетей. Предел огнестойкости перекрытий из стальных листов обычно находится в диапазоне от 90 до 180 минут. Благодаря этому качеству металлические перекрытия способны в случае возникновения пожара длительное время сохранять свою конструктивную надежность и тем самым позволяют избежать дополнительных расходов на мероприятия противопожарной защиты.
Различные виды соединений металлоконструкций
С архитектурно-художественной точки зрения сочетание металлических и железобетонных конструкций позволяет достичь интересных декоративных эффектов по сравнению с применением традиционных материалов. Здесь большую роль играет возможность устройства больших пролетов при малой толщине перекрытия, достигаемой за счет небольших поперечных сечений несущих элементов. Если же в конструкции используются несущие железобетонные элементы, изготовленные по камерной технологии, создаются дополнительные возможности для облегчения проводки инженерных сетей. Детали несущего перекрытия, расположенные перпендикулярно, могут соединяться друг с другом в одной плоскости или устанавливаться друг над другом. В последнем случае используется система специальных металлических зажимов, которые обеспечивают конструктивную надежность системы. Металлические каркасы с обоими рассмотренными видами соединений могут сочетаться с монолитными бетонными перекрытиями при условии использования дополнительных болтовых дюбелей, которые привариваются к металлическому каркасу в процессе заводского изготовления. Дюбели придают особую жесткость металлическому каркасу и защищают его от деформаций, которые могли бы возникнуть из-за воздействия высоких нагрузок. Основа перекрытия, выполненная из "камерного" железобетона, не только отвечает за требования пожарной безопасности конструкции, но и увеличивает несущую способность сооружения. Выбор вида несущей конструкции перекрытия - с балками, идущими в одной плоскости, или с балками, расположенными в разных плоскостях, - зависит от схемы статической работы сооружения. Если требуется выполнить шарнирные соединения элементов, проектировщики имеют в своем распоряжении широкий спектр возможных конструктивных решений. Некоторые виды конструктивных узлов разработаны специально для "смешанного" строительства из железобетонных и металлических изделий. При "смешанном" строительстве довольно распространенным является двухслойная конструкция перекрытия. В этом случае пустое пространство, образовавшееся между нижним и верхним перекрытием, используется для прокладки инженерных коммуникаций. Данный прием в основном применяется при возведении промышленных объектов, но при необходимости может использоваться и при строительстве жилых и общественных зданий. Двухслойное перекрытие может быть выполнено в различных конструктивных вариантах. Чаще всего оба слоя перекрытия изготавливаются как цельные оболочки из металлических профилированных листов. Выдерживание требуемого расстояния между двумя слоями перекрытия осуществляется за счет использования опорных металлических стоек. Стойки должны устанавливаться таким образом, чтобы не мешать прокладке инженерных коммуникаций. Существуют и другие конструктивные решения двухслойных перекрытий, например - устройство подвесных потолков из металлоизделий.
Технология "смешанного" строительства подразумевает использование самых разнообразных сочетаний конструктивных элементов. Например, рядом с опорнымии железобетонными стойками могут устанавливаться различные виды металлических конструкций: полые трубы, перфорированные профильные элементы, крестообразные стойки и т. д. В смешанных конструкциях допускается применение различных типов соединений, начиная от классических анкерных и заканчивая штекерными соединениями.
Преимущества смешанных конструкций из стали и железобетона были продемонстрированы на конкретных примерах из западноевропейской строительной практики. Возведение жилых, общественных и промышленных зданий по "смешанной" технологии помогло упростить процесс монтажа, сократить сроки строительства и улучшить облик городской застройки.
Елена ИНОЗЕМЦЕВА
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 46 за 1997 год в рубрике материалы и технолгии
