Здания из арочных конструкций с применением гнутых профилей

В отечественной практике строительства гнутые профили применяются в арочных покрытиях двух типов: каркасных с различными видами кровли и бескаркасных, совмещающих несущие и ограждающие функции покрытия.

Каркасные здания

Для строительства ангаров разработаны стальные конструкции неотапливаемых зданий многоцелевого назначения пролетом от 9 до 30 м с каркасом из арок составного двутаврового сечения с объемно-формованной стенкой.

Стенка арок выполняется из оцинкованной стали 1 мм, пояса – из листовой стали толщиной 5 мм. По аркам устанавливаются холодногнутые прогоны Z-образного сечения из оцинкованной стали толщиной 1 мм. По прогонам укладывается кровля из криволинейных профилированных листов профнастила с высотой гофров 20 мм. Материал кровли – атмосферостойкая сталь толщиной 0,6мм. Обшивка торцов и ворот – также из объемно-формованной атмосферостойкой листовой стали толщиной 0,6мм.

Фахверк торцевых стен и монтажные связи выполняются из холодногнутых профилей и унифицированных штампованных элементов из стали толщиной 2-3мм. Общий расход стали на здание пролетом 15м – 22,4 кг/м2, в том числе 10,2 кг/м2 на каркас.

Все основные конструктивные элементы зданий унифицированы. Арки пролетом 9 м имеют стрельчатое очертание, арки пролетов 12 м сегментное, пролетом 12 и 18 м – круговое, пролетом 21 – 30 м – овальное, полученное в результате сопряжения нескольких круговых секций разных радиусов. Арки пролетом 15 и 18 м имеют высоту сечения 360 мм, арки пролетом 24, 27 и 30 м имеют высоту сечения 560 мм.

Устойчивость нижних поясов арок и здания в целом обеспечивается системой подкосных связей. Пролеты настила и шаг прогонов приняты из условия равенства как опорных моментов, так и реактивных опорных давлений от настила. Погонная нагрузка на прогоны одинакова на всей площади покрытия. Выравнивание расчетного момента для настила и прогонов достигается их неразрезностью, обеспеченной с помощью нахлеста в монтажных стыках. С этой же целью прогоны имеют консольные свесы после крайних арок.

Шаг арок принимается различным от 3 до 6 м в зависимости от снеговой нагрузки, что позволяет выполнять арки из одинаковых профилей. Регулирование шага арок, прогонов и несущей способности настила в зависимости от основного сочетания нагрузок для I-III снеговых и I-IV ветровых районов дает возможность снизить металлоемкость на 15-30% для наиболее прогрессивных моделей зданий, освоенных в массовом строительстве, и одновременно предельно унифицировать все основные элементы здания (арки, прогоны, связи, настил кровли) и поставлять их комплектно.

В настоящее время осуществлена разработка и внедрение в строительство арочных неотапливаемых зданий пролетом 15 м площадью 920 м2 для хранения сельскохозяйственных продуктов и техники. Сооружение представляет собой полуцилиндрическое укрытие высотой 7,5 м в коньке. Каркас покрытия выполнен из арок с тонкой гофрированной стенкой. Формообразование криволинейной стенки осуществляется за счет изменения ширины и высоты гофр по высоте стенки в процессе изготовления на специализированной линии. Кровля выполняется из оцинкованной стали толщиной 0,8 мм по прогонам, расположенным через 3 м (разработаны два варианта прогонов – деревянные и стальные). Для варианта с деревянными прогонами расход пиломатериалов на здание составит 15 м3, расход стали снизится на 5,0 т.

Широкое распространение получили металлоконструкции арочного неотапливаемого здания с размерами 16х36м с тентовым покрытием для хранения зерна, сена, сельскохозяйственной техники. Здание рассчитано на вес снегового покрова для II района и ветровое давление для III района. Основным конструктивным элементом каркаса являются двухшарнирные арки ломаного очертания. Арки сквозного решетчатого сечения, расположенные с шагом 3 м, собираются на монтаже из восьми сварных секций, соединенных между собой болтами М16 на фланцах. Пояса арки выполнены из гнутого швеллера 100х50х3, решетка – из гнутого одиночного уголка 50х3, развернутого под углом 45° к оси арки. Концы каждого уголка размолкованы до размера по ширине 92мм. По всему периметру здания до отметки +3,0 м в качестве ограждения используется профилированный стальной настил, выше – тентовый материал.

Устойчивость каркаса обеспечивается жесткостью арок, системой поперечных связей и распорок по аркам. Поперечные связевые фермы расположены в уровне средней линии арок у торцов здания. Все металлоконструкции защищены от коррозии двумя слоями эмали толщиной 55 мкм. Расход стали на 1 м2 площади здания составляет 20,5 кг.

Бескаркасные арочные здания

Бескаркасные арочные сооружения – это современные здания, ограждающие конструкции которых являются одновременно и несущими, что позволяет максимально эффективно использовать внутреннее пространство зданий, т.к. у них нет стоящих внутри опорных конструкций.

Здания безкаркасного типа с пролетом от 12 до 60 м собираются из унифицированных элементов, изготовленных из стальной прямоугольной заготовки толщиной 1,4-2 мм путем профилирования и перегиба ее посередине длинной стороны на определенный угол и отбортовки краев на 50 – 70 мм. Исходный материал – листовая малоуглеродистая сталь или деформируемые алюминиевые сплавы Амг3 – Амг6.

Покрытия пролетами 12 и 18 м собирают из одноволновых элементов уголкового сечения, соединяемых в поперечном направлении с помощью отгибов нижележащих панелей, а в продольном направлении – вертикально или наклонно расположенными отгибами. Покрытия пролетами 24 и 36 м собирают из элементов тех же размеров, но расположенных в определенном сочетании. В большепролетных покрытиях данной конструкции элементы уголкового сечения размещены на расстоянии друг от друга и соединены между собой тонкостенными листовыми вставками с гофрами, способными работать на сдвиг. В результате образуется единая складчатая оболочка, состоящая из разновысоких складок. Расход стали для зданий пролетом 12 – 36 м – от 15,2 до 40 кг/м2.

Элементы нижнего ряда покрытия крепятся к фундаментам на болтах через фланцы, приваренные к торцам элементов. Вдоль здания смежные отбортованные элементы тоже соединяют болтами. Торцы здания закрываются подобными унифицированными элементами. Для изготовления элементов используют простейшее стандартное оборудование. Листы профилируют либо приставкой уголковой формы к гильотинам, либо на прессе ударного действия. Все операции по изготовлению профилированных элементов могут быть механизированы, особенно при организации изготовления на поточных линиях.

Благодаря уголковой форме и отсутствию выступающих деталей профилированные элементы комплектно вкладываются один в другой по 10 – 15 шт и транспортируются любым видом транспорта. Здания можно утеплять как в заводских условиях, так и непосредственно при монтаже. Наиболее целесообразно утепление выполнять базальтовыми утеплителями небольшой плотности.

В зданиях можно устанавливать подвесное подъемно-транспортное оборудование типа тельферов или кран-балок грузоподъемностью до 2 т, закрепляя подвесные пути к стыковым фланцам складок. Монтаж зданий, благодаря незначительной массе элементов (30-75 кг), можно выполнять с использованием легких грузоподъемных механизмов или вручную с подмостей.

Опыт показал, что в условиях, когда необходимо быстро смонтировать здание многоцелевого назначения (торговый павильон, хранилище, ремонтную мастерскую и т.п.) наиболее эффективны бескаркасные арочные конструкции, применение которых позволяет сократить сроки, трудоемкость и стоимость возведения зданий. В связи с этим сборно-разборные бескаркасные здания из легких металлических конструкций находят широкое применение несмотря на то, что их удельная металлоемкость в ряде случаев больше, чем у стационарных зданий из типовых конструкций.