Применение металлоконструкций в строительстве

Эффективные решения для увеличения доли

применения металлоконструкций в

строительстве Никита Беляев

ведущий инженер-конструктор

Конференция Метинвест-Евразия, г. Москва, 24 августа 2015

Сталежелезобетонные конструкции

Сталежелезобетонный элемент (сomposite member) – конструктивный элемент с

компонентами из бетона и конструкционной или холодноформованной стали, объединенных

сдвиговым соединением, ограничивающим взаимный продольный сдвиг между бетоном и

сталью, и отрыв одного компонента от другого.

Сталежелезобетонная плита (composite slab) – плита перекрытия, в которой стальные

профилированные листы используются вначале в качестве несъемной опалубки, а затем

конструктивно объединяются с бетоном, и после его твердения работает в качестве внешней

растянутой арматурой.

Сталежелезобетонная

колонна Сталежелезобетонные

балки

Сталежелезобетонные

перекрытия

Steelbuildings.com.ua

Больше БМЗ в Украине

Преимущества

Сталежелезобетонные конструкции могут быть обоснованы как экономически, так и технологически.

Преимущества перекрытий в промышленном и гражданском строительстве:

- Сокращение трудозатрат на возведение перекрытий в пределах 25…40% и общих сроков строительства до 25%;

- Снижение металлоемкости благодаря композитной работе до 20%;

- Уменьшение общей массы перекрытия на 30…50%;

- Уменьшение строительной высоты перекрытий и возможность увеличения пролетов;

- Повышение жесткости благодаря образованию дисков перекрытий;

- Методы разводки коммуникаций в створе конструкции;

- Снижение транспортных расходов;

- Легкость утилизации, реконструкции и расширения;

- Повышение безопасности труда.

Преимущества сталежелезобетонных колонн:

-Повышение несущей способности с уменьшением габаритов колонн;

- Повышение жесткости;

- Выполнение бетоном функции конструктивной огнезащиты конструкции;

- Упрощение либо отказ от опалубочных работ.



Препятствия

В России отсутствует системная практика применения в промышленном и

гражданском строительстве целого типа конструкций - сталежелезобетонных,

который в используется в мире на ровне со стальными и железобетонными.

Исключение составляют мостовые конструкции (СП 35.13330.2010 Мосты и трубы)

Без этого типа конструкций

РАСШИРЕНИЕ РЫНКА МНОГОЭТАЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА С ПРИМЕНЕНИЕМ СТАЛИ

СИЛЬНО ЗАТРУДНЕНО.

НЕОБХОДИМА РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ НОРМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ДЛЯ ЗДАНИЙ

(аналог EN1994-1-1 Еврокод 4, Часть 1-1)



Типовые конструкции перекрытий

Самый распространенный тип профиля в сталежелезобетонных балках - двутавр

Перекрытия пониженной высоты – особый тип сталежелезобетонных и комбинированных

перекрытий, который создан с целью реализовать два принципа: строительная высота

перекрытия в переделах 400мм и повышение предела огнестойкости до 60 мин.



Оптимизация балок

Для повышения эффективности в сталежелезобетонных перекрытиях распространено применение нескольких методик, позволяющих добиться оптимального результата: 1. Применение элементов переменного сечения, перфорированных балок и моносимметричных сечений;

2. Использования в балках сталей повышенной прочности; 3. Контроль прогибов, в частности, приданием балкам строительного подъема.



Настилы

обычные профнастилы трапецеидальный профнастил профнастилы (только как опалубка) профнастил с рифами с закрытым гофром максимальных высот

тонкие ж/б плиты пустотные плиты

Два основных случая: 1. Настил выполняет только функцию опалубки или является готовым несущим элементом 2. Настил выполняет и функцию опалубки и включается в работу Балки следует включать в совместную работу всегда.



Применение в бетонных каркасах

Опирание на монолитную балку

с листовым армированием

Опирание на сборные ж/б ригели с листовым армированием и без него

Опирание на бетонную стену Формирование ребристых

тонкостенными элементами +

замена высоких профнастилов



Колонны

Основные типы сечений: 1. Частично обетонированные сечения

2. Полностью обетонированные сечения 3. Трубобетон



Балки с перфорированной стенкой

Преимущества:

- снижение металлоемкости до 40% при увеличении

высоты и до 20% при равной высоте;

- пропуск коммуникаций в створе конструкции;

- криволинейные формы;

- менее трудоемки, чем фермы;

- архитектурная выразительность.

Ограничения:

- трудоемки в сравнении со

сплошностенчатыми балками;

- отходность при изготовлении;

- развитые по высоте сечения

сборочные стенды роботизированная линия

фигурной резки профилей

линия газовой или

плазменной резки

с CAD-CAM связью

Особенности производства:

- на 1-м этапе - на 2-м этапе



Балки с гофрированной стенкой


- снижение металлоемкости в балках до 35%;

- снижение металлоемкости в колоннах до 15%;

- повышенная крутильная жесткость;

- технологичность;

- архитектурная выразительность.


- неагрессивные и слабоагрессивные среды;

- краны до грузоподъемностью до 20т;

- подвижные локальные нагрузки (для стенок

толщиной до 3мм);

- развитые по высоте сечения;

Особенности производства:

- на 1-м этапе

ротационная машина

гофрирования стенки

либо пресс

сварочный стенд

- на 2-м этапе

автоматическая линия



Высокопрочные стали и задание строительного подъема


- снижение металлоемкости до 20%;

- уменьшение размеров сечения;


- не оказывают положительного воздействия

на устойчивость конструкций;

- не оказывают положительного влияния на

деформации;

- требуют соответствующих сварных

материалов.

Исключение критерия прогибов позволяет получить максимальную выгоду от применения

высокопрочных сталей в балках. Распространенным способом решения проблемы является

придание балкам настила строительного подъема.

Способы придания строительного подъема:

- механический (основной)

- нагревом

гибочный стенд трехвалковый

гибочный стан правильная/гибочная

машина

- на 1-м этапе - на 2-м этапе



Комбинации

Балки с перфорированной стенкой:

- повышение несущей способности

- пропуск коммуникаций

Сталежелезобетонная плита и балки:


- сокращение трудозатрат

- повышенная жесткость и отказ от связей

Малоэлементная ферма с верхним поясом

из гофробалки:

- снижение металлоемкости (ниже, чем у

ферм серии «Молодечно»)


Беспрогонная теплая кровля по несущему

профнастилу:

- отказ от прогонов и связей по верхнему поясу;

- снижение трудоемкости.

Сталежелезобетонные балки с

отверстиями для пропуска коммуникаций:


- повышенная жесткость и отказ от связей


Ж/б плиты, включенные в работу с балками:

- увеличение шага балок;

- снижение трудозатрат.



Пример №1 Пример

Вариант 2

Нагрузка на перекрытие – 1050кг/кв.м (740кг/кв.м)

Схема – беспрогонная;

Шаг балок настила – 3м;

Балки настила – сталежелезобетонные,

перфорированные со строительным подъемом;

Сталь балок – S355 ;

Бетон – С20/25 (В25);

Расчет – согласно ЕN1994-1-1.

Металлоемкость перекрытия – 37кг/кв.м

Высота балочной клетки – 600мм;

Количество элементов - 5

Пропуск коммуникаций - Да

Вариант 1

Нагрузка на перекрытие – 1050кг/кв.м (740кг/кв.м)

Схема – прогонная;

Шаг прогонов – 3,2м;

Балки перекрытия – стальные двутавровые без

строительного подъема;

Сталь балок – С245;

Расчет – согласно СП 16.13330.2011

Общий вес всех балок – 52,6кг/кв.м

Высота балочной клетки – 1000мм

Количество элементов - 8

Пропуск коммуникаций - Нет

Снижение металлоемкости – 30%

Уменьшение высоты перекрытия – 40%

Уменьшение количества элементов – 40%

Интеграция коммуникаций

6м

16м

6м

16м



Пример №2 Пример

Сечение балки настила

Верхний пояс – 180х20мм;

Нижний пояс – 230х20мм;

Стенка – 560х12мм;

Общая высота – 600мм;

Вес м.п. – 99,3 кг.

Сечение главной балки

Верхний пояс – 280х20мм;

Нижний пояс – 280х20мм;


Общая высота – 1000мм;

Вес м.п. – 193,4 кг.

5м

17м

5м

17м

Вариант 2 Вариант 1


Уменьшение высоты перекрытия – 40%

Уменьшение количества элементов – 50%



Пример №3

Габарит колонны – 300х300мм

Пояса – 300х18мм;


Бетон – С40/50;

Арматура – 4Ø25, S500

Вес стального профиля и арматуры – 125,1 кг/м.п.

Огнестойкость незащищенной конструкции – R30

Обогреваемы периметр профильный – 0,67 кв.м/м.п.

Обогреваемы периметр коробчатый - 0,67 кв.м/м.п.

Габарит колонны – 450х450мм

Пояса – 450х25мм;


Вес стального профиля – 214,3 кг/м.п.

Огнестойкость незащищенной конструкции – R15

Обогреваемы периметр профильный - 2,68 кв.м/м.п.

Обогреваемы периметр коробчатый - 1,80 кв.м/м.п.

Вариант 1

Уменьшение габаритов колонны – 33%


Уменьшение толщины огнезащитного покрытия – 50%

Уменьшение площади нанесения огнезащиты – от 63% до 75%

Вариант 2



СПАСИБО!

Real Estate

Применение металлоконструкций в строительстве