Новая технология строительства малоэтажных зданий с

Новая технология строительства малоэтажных зданий
По материалам журнала «Монтажные и специальные работы в строительстве»
С.В. КАМЫНИН, зам. директора. Н.И. КАМЕНЩИКОВ, гл. конструктор (ООО «Талдом
Профиль»)
В 2003 г. ООО «Талдом Профиль» освоило новую технологию строительства
малоэтажных (до 3 этажей) быстровозводимых зданий, коттеджей,
предприятий малого бизнеса, небольших гостиниц с несущим каркасом из
тонкостенных стальных гнутых оцинкованных профилей. Апробация новой
технологии каркасного строительства малоэтажных зданий потребовала
проведения работ по разработке рекомендаций по использованию наиболее
прогрессивных строительных технологий и материалов. Результатом этих
работ являются не только аналитические и информационно-справочные
публикации, но и рекомендации по проектированию, изготовлению и монтажу
таких зданий.
«Талдом Профиль» совместно с ЦНИИпромзланий и ЦНИИ ИСК им.
Мельникова разработали систему каркасного малоэтажного домостроения из
стальных тонкостенных профилей без мокрых технологических процессов.
Эта система известна сегодня как «СТАЛДОМ» - современная технология
альтернативного легкосборного домостроения; она состоит из следующих
подсистем: несущие стены (наружные, внутренние и перегородки) с каркасом
из термопрофилей и теплоизоляцией из минераловатных плит; конструкции
междуэтажных и чердачных перекрытий из тонкостенных стальных
профилей; несущие стропильные конструкции покрытия из легких стальных
оцинкованных профилей.
Несущие наружные стены зданий состоят из:
• перфорированных (просечных) металлических оцинкованных профилей,
изготовленных из полосы тонколистопой стали толщиной 0,7 - 1,5 мм,
соединенных между собой самосверлящими пинтами в плоскости панели.
Вертикальные стойки, горизонтальные лежни и соединительные элементы
создают каркас здания (рис. 1);
• эффективного утеплителя (минераловатные базальтовые плиты), плотно
уложенного между стойками. Утеплитель негорючий, экологически
безопасный и обеспечивает высокие теплофизические параметры стены (рис.
2);
• гипсоволокнистых листов обшивки с внутренней и наружной стороны
стены;
• пароизоляционных пленок.
Применение легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК) из
просечного профиля значительно снижает массу конструкции и сокращает
потери тепла через стены из-за удлинения пути холодного потока. Толщина
материала профиля также влияет на снижение теплопотерь, которые
сопоставимы с теплопотерями строений с деревянным каркасом.
Перфорированные стальные профили
изготовляются высотой сечения 100,
120, 145, 150, 170, 195, 200 мм.
Перфорированные профили, а также
сплошные профили для перекрытий и
покрытий производятся из полос
тонколистовой горячеоцинкованной
стали с пределом текучести не менее
350 МПа. Масса цинкового покрытия
составляет не менее 275 г/мг, что
соответствует толщине слоя цинка 20
мкм с обеих сторон. После
выполнения резов и просечек и таких
профилях нет необходимости в какой-либо дополнительной обработке, так
как слой цинка при просечке или торцевой резке профиля обладает
«залечивающим эффектом», т. е. он переходит на незащищенные
поверхности. Наружная облицовка стен выполняется по принципу
вентилируемого фасада, что обеспечивает проветривание утеплителя. Приток
воздуха осуществляется через специальные продухи, расположенные у окон,
дверей, в парапетах и у цоколя наружных стен. Конструкция стены позволяет
использовать для внешней отделки любые материалы: кирпич, сайдинг,
деревянные панели, стекло, стальные кассеты.
Высота этажа может достигать 4,2 м, а свободный пролет покрытия между
несущими стенами, состоящими из стального каркаса, утеплителя,
пароизоляции и обшивки гипсокартоиными листами, - до 15 м. Толщина
стены 150 - 250 мм, сопротивление теплопередачи 3,23 - 5,04 м2·°С/Вт, масса
1 м2 стены при толщине 200 мм без учета внешней отделки составляет ~ 53
кг.
Несущие внутренние стены выполняют с применением тонкостенных
стальных гнутых профилен с толщиной стенки 1 - 1,5 мм. В случае крепления
к стене любого тяжелого элемента необходимо усилить стены, для чего
используют стальные пластины или листы фанеры. Стальные пластины
прикрепляют к стойкам с помощью как минимум двух самосверлящих винтов
на каждую стойку. Усиливающие стальные пластины поставляют толщиной 1
или 2 мм.
Перегородки должны отвечать категории огнестойкости EI60. В общем
случае для достижения такой категории огнестойкости требуются два слоя
стандартного листа ГКЛ толщиной 13 мм или слой огнеупорного гипсового
листа ГКЛО толщиной 15 мм с каждой стороны. Минераловатные плиты
должны иметь припуск 5 - 10 мм для того, чтобы они оставались на месте при
выгорании гипсового покрытия (в случае пожара). Несущие стены между
квартирами, должны отвечать категории REI60. Стена между квартирами,
удовлетворяющая требованиям пожарной безопасности для несущей и
разделительной функций, конструируется из двух 15-миллиметровых листов
ГКЛО. Гипсовые листы начинают обру-шаться после 60 мин огневого
воздействия, поэтому стойки рассчитывают на иертикальную нагрузку от
перекрытия с учетом работы без раскрепления листами ГКЛ, по крайней
мере, с одной стороны.
Конструкции стен, дверей и других проемов с применением гнутых профилей
позволяют организовать различные антивандаль-ные мероприятия.
Конструкции междуэтажных и чердачных перекрытий выполняют из
ЛСТК.. Несущие конструкции междуэтажного перекрытия изготовляют из
легких стальных С- или Z-образных профилей толщиной 2 - 3 мм и высотой
150 - 300 мм, установленных с шагом 600 мм. Перекрытия с С-образными
балками (200x2,0 мм) перекрывают пролет до 4,2 м, при увеличении сечения
балки пролет увеличивается до 6 м (рис. 3). Отверстия для инженерных
коммуникаций должны быть проделаны в несущих профилях перед сборкой
конструкций.
По верху балок укладывают профилированный стальной настил, который
развязывает верхний пояс балок из их плоскости, служит основанием под
полы и образует горизонтальную диафрагму, воспринимающую, поперечную
ветровую нагрузку и передающую ее на поперечные стены. Настил
прикрепляется к бортовым балкам и к балкам перекрытия самосверлящими
пинтами. Прикрепление настила на опорах в каждой волне позволяет
рассматривать его как диафрагму жесткости, заменяющую горизонтальную
связь.
Полы из гипсоволокнистых листов устраивают в соответствии с СП 55-1022001 «Конструкции с применением гипсоволокнистых листов», а подшивные
потолки - с СП 55-101-2000 «Ограждающие конструкции с применением
гипсокартонных листов».
Основание пола образуют два слоя гипсоволокнистых влагостойких листов
(ГВЛВ). Крепление листов выполняют шурупами. При изготовлении полов из
паркетного ламииата обязательно применять упругую прокладку из
пенополиэтилена изолон. Полы предпочтительно выполнять из рулонных или
крупноразмерных изделий, например из линолеума, паркетного ламината и т.
п.
Подвесной потолок включает металлическую обрешетку из шляпного
профиля, закрепленную к нижнему поясу балок с помощью акустических
клямеров, обшивку из двух слоев гипсокартонных листов и слой
звукоизоляции из минераловатных плит.
Данная конструкция перекрытий обеспечивает индекс звукоизоляции
воздушного шума 52 - 53 дБ и может применяться в жилых зданиях категорий
Б и В, общежитиях, гостиницах и в административных зданиях.
Звукоизоляция от ударного шума существенно зависит от материала чистого
пола, его конструкции и величины снижения уровня ударного шума. Поэтому
в полах из линолеума для получения общего индекса приведенного уровня
ударного шума в пределах 58 - 60 дБ рекомендуется применять линолеум
поливинилхлоридный вспененный
толщиной не менее 3 мм или
теплозвукоизоляционный
толщиной не менее 3,6 мм, индекс
звукоизоляции которых не менее
20 дБ.
Полы из паркетного ламината с
упругой прокладкой 12 мм имеют
индекс звукоизоляции 60 дБ и
могут применяться в жилых
зданиях категории В, общежитиях,
гостиницах категории Б и В и в
административных зданиях. При
увеличении толщины прокладки до 20 мм индекс звукоизоляции составит 56 57дБ, перекрытия с такими полами могут применяться в жилых домах
категории Б и гостиницах категории А.
Чердачное перекрытие - это стальной каркас, диагональные связи,
подшивной потолок из гипсокартонных листов, теплоизоляционный слой из
минераловатных плит. Каркас перекрытия имеет бортовые балки из
термопрофиля (150x0,7 или 200x0,7 мм), закрепленные к стенам, прогоны из
термопрофиля (150x0,7 или 200x0,7 мм) с шагом 600 мм и обрешетку по
нижним поясам прогонов из шляпного профиля (рис. 4).
Чердачное перекрытие всегда расположено ниже несущих конструкций, будь
то стропильные фермы или балки покрытия. Внутри прогонов и по их верху
укладывают теплоизоляционный слой из минераловатных плит плотностью 30
- 35 кг/м3, например марки «нобасил М» фирмы «Изомат» (Словакия).
Толщина утеплителя принимается исходя из требуемого сопротивления
теплопередачи чердачного перекрытия. Несущие конструкции покрытия
состоят из стропильных ферм или балок, изготовляемых из тонкостенной
оцинкованной стали.
Использование гнутых профилей из тонкого листового металла в стропильных
системах пролетом 6 - 15 м позволяет снизить расход стали до минимума.
Применяются следующие легкие стропильные системы: одно- или
двухскатные фермы с решеткой из раскосов или из раскосов и стоек (рис. 5);
трехшарнирные решетчатые фермы с затяжками; висячие стропила с
затяжкой, причем обычно, имеется одна подвеска, реже - две или более
простые стропила с затяжками.
Стержни стальных ферм и балок из ЛСТК имеют С-, U- или Z-образное
сечение. Фермы выполняют симметричными относительно вертикальной
плоскости с прикреплением элементов решетки к поясам по двум полкам,
пояса ферм - из одиночных профилей, а элементы решетки - из одиночных
или спаренных профилей С-образного сечения. При необходимости усиления
пояса из одиночного профиля сечение дополняют парными профилями.
Стропильная конструкция рассчитывается в соответствии со СНиП, и каждый
ее элемент оптимизируется по сечению так, чтобы сделать минимальной
общую, массу конструкций. В связи .с тем, что в узлах ферм имеются
эксцентриситеты, пояса и элементы решетки рассчитывают с учетом
изгибающих моментов. При внеузловой нагрузке пояса рассчитывают на
совместное действие продольных усилий и изгибающих моментов.
Соединения элементов стропильных конструкций в узлах выполняют с
помощью самосверлящих винтов. Число и параметры винтов в узлах
определяют расчетом. В случае недостаточного размера полок или стенок
профилей в отдельных узлах конструкций предусматривают фасонки,
расположенные между стыкуемыми элементами, или накладки толщиной 1,5 2 мм.
По данной технологии проектируют и изготовляют конструкции мансардного
типа, что позволяет рационально использовать чердачное пространство.
Стропильные фермы покрытия предпочтительнее изготовлять в заводских
условиях в виде отдельных отправочных марок, которые собирают на
строительной площадке, перед подъемом на место. Это дает возможность
быстро монтировать конструкцию, если крыша возводится одновременно с
монтажом каркаса стен и перекрытий.
Стропильные фермы или балки покрытия, расположенные с шагом 1,2 м.
должны всегда опираться на вертикальные стойки стен с тем, чтобы стойки
были центрально нагружены. Если оси стропильных ферм или балок не
совпадают с осямн стоек, то для распределения нагрузки под стропилами
располагают балку (усиленную перемычку).
По стропильным несущим конструкциям устраивают обрешетку из П-образных
профилей для опирания и крепления кровельных листов из металлочерепицы
или профилированного настила (рис. 6). Элементы обрешетки можно
выполнять с отверстиями в стене, что позволяет вентилировать пространство
между утеплителем и кровлей.
Несущая конструкция покрытия располагается в холодной зоне над
утепленным чердачным перекрытием. Решения узлов соединения несущих
конструкций и чердачного перекрытия исключают появление «мостиков
холода». При устройстве мансард теплоизоляцию и внутреннюю облицовку
также выполняют по типу чердачного перекрытия, используя стальной каркас
из термопрофилей, диагональные связи, подшивной потолок из двух слоев
гипсокартонных листов толщиной 9,5 мм, а также теплоизоляционный слой из
минераловатных плит.
Выбор системы устойчивости зданий зависит от объемнопланировочного решения, расположения и числа этажей. В частности,
система устойчивости здания должна обеспечивать безопасную передачу
горизонтальных нагрузок (ветер, сейсмические волны и т. п.) на фундамент,
базируясь на трех конструктивных элементах. Во-первых, устойчивость
элементов каждой панели в ее плоскости обеспечивается установкой по
наружной плоскости каркаса в его глухих участках связей из стальной
полосы, прикрепляемых ко всем стойкам связываемого участка панели
самосверляшими винтами. Во-вторых, листы (гипсовые, фанера, ЦСП)
обшивки служат ограждающими элементами, а также элементами
устойчивости. В этом случае прочность стен против сдвига определяется
способом крепления листов к стальному несущему каркасу. В-третьих, для
воспринятия горизонтальных воздействий ограничивают шаг поперечных
стен или устанавливают горизонтальные связи по низу балок чердачного
перекрытия. При наличии междуэтажных перекрытий горизонтальный диск
жесткости создается стальным профилированным настилом перекрытия.
Устойчивость здания обеспечивают фермы и их соединения со стеновыми
панелями. Сохранение устойчивости многоквартирных домов при действии
внеплоскостных сил ветра обусловлено также вертикальными связями в
торцевых и поперечных стенах, эффектом напряжения панелей и балочным
эффектом перекрытий между этажами, являющимися диафрагмами
жесткости, кровлей и стенами. В этом случае ветровые нагрузки передаются
от стен, на которые действует ветер, через жесткие диски перекрытия на
вертикальные связи и далее на фундамент.
Исходя из условий устойчивости многоэтажных зданий на основе ЛСТК (для
стабилизации эффекта напряжения панелей) провели расчет их этажности.
Исследовали строения, условно называемые «гибкими» (с
немногочисленными стабилизирующими стенами), с фасадом, в большей
степени состоящим из окон и дверей, и «негибкие» строения с большим
числом стабилизирующих стен.
В «гибких» строениях нагрузки передаются с этажа на этаж через краевые
балки. При использовании гипсовых листов число этажей ограничивается
двумя. При применении панелей из других материалов или с поперечными
ветровыми балками можно строить более высокие здания. Однако потеря
устойчивости балок перекрытия (краевых) ограничивает их тремя этажами. В
«негибких» строениях предельными являются четыре этажа при
использовании в качестве раскрепления стен гипсовых листов и других
материалов. В случае применения панелей с обшивкой из более прочных
материалов (например, фанеры) этажность ограничивается из-за потери
устойчивости стенки краевых балок. При усилении стенок красных балок
можно строить сооружения большей этажности. Наибольшая этажность
определяется степенью усиления и типами конструкций перекрытий и стен.
Каркас из колонн и балок, изготовленный из прокатных или сварных
профилей, в комбинации с самонесущими тонкостенными конструкциями
предусматривает строительство более высоких зданий. Выбор каркаса здания
определяют, в первую очередь, типом здания и принятым метолом
строительства. При выборе типа каркасной системы для каждого конкретного
случая должно проводиться экономическое обоснование. Здания высотой
более трех этажей сегодня экономически выгоднее строить с использованием
ЛСТК в сочетании с более тяжелыми стальными профилями балок и колонн.
Системы жизнеобеспечения здания (электро-, сантехническое, тепло- и
водоснабжение и др.) определяют в основном с учетом запросов будущих
пользователей. Расходы на внутренние коммуникации составляют 20 - 40%
стоимости здания, а доля затрат на монтаж этих коммуникации - 20 - 45% их
стоимости. Арматура для электропитания, телефона, компьютерной сети и TV
может размещаться внутри трубопроводов в стенах и полах, в коробах - вне
стен и полов, в каналах (коробах, трубах) - внутри стен и полов.
Рекомендуется по возможности избегать размещения проводки по внешним
стенам, в полостях сдвоенных рам межквартирных стен. Заводское
изготовление стен и половых панелей предусматривает установку в них
вспомогательной арматуры. При строительстве на месте рекомендуется
использовать внешние короба. Стояки труб для водопровода и канализации
размещают в вертикальных колодцах для каждой квартиры, например рядом
с лестничными блоками. Кухни и ванные комнаты рекомендуется располагать
рядом, чтобы применить единую вентиляционную шахту. В некоторых
случаях предпочтительно заводское изготовление блоков санузлов с готовой
внутренней начинкой. Для отопления можно использовать подогреваемые
полы и потолки, системы тепловентиляции, но традиционной и основной
остается система водяного отопления с радиаторами. Трубопроводы
отопления прокладывают вертикально в открытом виде в углах и вблизи
окон. Горизонтальные соединения проводят вдоль стен к радиаторам. При
производстве стеновых секций на заводе к ним часто присоединяют
радиаторы. Подсоединение к линиям теплоснабжения и полах осуществляют
при сборке секций на строительной площадке.
Технология монтажа конструкций зданий на подготовленный фундамент
предусматривает производство работ в любых погодных условиях. Бригада из
3 - 4 чел. может собрать каркас дома общей площадью 150 - 200 мг за 2 - 3
недели. Для ведения работ не требуются грузоподъемные механизмы, что
определяется малым весом конструкций. Например, ферма с пролетом 9 м
весит всего 70 кг.
Проектирование и производство несущих конструкций полностью
автоматизированы, что обеспечивает оптимизацию сроков исполнения
каждого заказа.
С точки зрения зашиты окружающей среды от вредных воздействий ЛСТК
имеют ряд очевидных преимуществ:
• это сухая конструкция, не содержащая органических материалов, что
улучшает экологию;
• сталь, гипс, минераловолокнистые плиты являются материалами закрытого
цикла и могут быть неоднократно использованы;
• меньшее энергопотребление в процессе производства по сравнению с
каркасом из монолитного бетона;
• меньшее количество отходов при. монтаже и возможность разборки
компонентов здания для повторного использования;
• небольшой вес конструктивных элементов здания облегчает условия труда
и способствует снижению транспортных расходов.
Высокие точность размеров и уровень использования готовых элементов, а
также быстрый монтаж делают строительство из легких стальных
конструкций, в том числе на основе ЛСТК, выгодной альтернативой
традиционным методам строительства.
Важным преимуществом данной технологии является ее экономичность на
стадии монтажа: не требуется применение кранов или грузоподъемных
механизмов.