Новые технологии строительства зданий: тонкостенные стальные профили
В 2003 году 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.
ООО "Талдом-Профиль" совместно с ОАО "ЦНИИпромзданий" и ЦНИИПСК им. Мельникова разработали систему строительства из стальных тонкостенных профилей для каркасного малоэтажного домостроения без мокрых технологических процессов. Эта система известна сегодня как "СТАПДОМ" Современная Технология Альтернативного Легкосборного Домостроения.
Система "СТАПДОМ" состоит из следующих подсистем:
• несущие стены с каркасом из термопрофилей и теплоизоляцией из минераловатных плит;
• конструкции междуэтажных и чердачных перекрытий из тонкостенных профилей;
• несущие стропильные конструкции из легких стальных оцинкованных профилей.
Несущие наружные стены зданий состоят из:
• перфорированных (просечных) металлических оцинкованных профилей, изготовленных из полосы тонколистовой стали толщиной 0,7 1,5 мм, соединенных между собой винтами-саморезами в плоскости панели. Вертикальные стойки, горизонтальные лежни и соединительные элементы создают каркас здания;
• эффективного утеплителя (минераловатные базальтовые плиты), плотно уложенного между стойками. Утеплитель негорючий, экологически безопасный и обеспечивает высокие теплофизические параметры стены;
• гипсо-волокнистых 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 изготавливаются высотой сечения 100, 120, 145. 150, 170, 195, 200 мм. Перфорированные профили, а так же 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/м2, что соответствует толщине слоя цинка 20 мкм с обеих сторон. После выполнения резов и просечек в 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 до 15 м. Толщина стены колеблется от 150 до 250 мм, при этом обеспечиваются высокие теплофизические параметры стены, приведенное сопротивление теплопередаче которой составляет от 3,23 до 5,04 м2•°С/Вт (экспериментально подтверждено сертификационными испытаниями, проведенными в НИИ Строительной Физики). Обшивка двумя слоями гипсокартонных листов обеспечивает предел огнестойкости конструкций EI75.
Масса 1 кв. м. стены, состоящего из стального каркаса, утеплителя, пароизоляции и обшивки гипсокартонными листами, составляет примерно 53 кг (параметры веса стены даны для толщины стены 200 мм без учета внешней отделки).
Несущие внутренние стены выполняются с использованием гнутых тонкостенных профилей с толщиной стенки от 1,0 до 1,5 мм. В случае крепления на стену любого очень тяжелого объекта необходима установка усиления на стены. Для усиления используются стальные пластины или листы фанеры. Стальные пластины прикрепляются к стойкам при помощи как минимум двух винтов-саморезов на каждую стойку. Усиливающие стальные пластины поставляются толщиной 1 или 2 мм.
Перегородки должны отвечать категории огнестойкости EI60. В общем случае для достижения такой категории огнестойкости требуется два слоя 13 мм стандартного листа ГКЛ или 15 мм слой огнеупорного гипсового листа ГКЛО с каждой стороны. Минераловатные плиты должны иметь припуск 5-10 мм для того, что они оставались на месте при выгорании гипсового покрытия. Несущие стены между квартирами должны отвечать категории REI 60. Стена между квартирами, удовлетворяющая требованиям по пожарной безопасности для несущей и разделительной функций, конструируется из двух 15-мм огнеупорных гипсовых листов ГКЛО. Гипсовые листы начинают обрушаться после 60 мин огневого воздействия, поэтому стойки рассчитываются на вертикальную 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 антивандапьные мероприятия.
Конструкции междуэтажных и чердачных перекрытий выполняются из стальных тонкостенных профилей (ЛСТК).
Несущие конструкции междуэтажного перекрытия изготавливаются 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 200/2,0 балками перекрывают пролет до 4,2 м. При увеличении сечения балки перекрываемый пролет увеличивается до 6 м. Отверстия для инженерных коммуникаций должны быть проделаны в несущих профилях перед сборкой конструкций.
По верху балок укладываются профилированный стальной настил, который развязывает верхний пояс балок из их плоскости, служит основанием под полы. Настил прикрепляется к бортовым балкам и к балкам перекрытия самонарезающими винтами. Полы из гипсоволокнистых листов устраиваются в соответствии с указаниями СП 55-102-2001 "Конструкции с применением гипсоволокнистых листов", а подшивные потолки по СП 55-101-2000 "Ограждающие конструкции с применением гипсокартонных листов".
Основание пола образуют 2 слоя влагостойких гипсоволокнистых листов (ГВЛВ). Крепление листов выполняется шурупами. При полах из паркетного ламината обязательна упругая прокладка 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 клямер, обшивку из двух слоев гипсокартонных листов и слой звукоизоляции из минераповатных плит.
Описанная конструкция перекрытий по заключению НИИ Строительной Физики обеспечивает величину индекса звукоизоляции воздушного шума RW = 52...53 дБ и может применяться в жилых зданиях категорий Б и В, в общежитиях, гостиницах и административных зданиях.
Чердачное перекрытие включает стальной каркас, диагональные связи, подшивной потолок из гипсокартонных листов, теплоизоляционный слой из минераловатных плит. Каркас перекрытия включает бортовые балки из термопрофиля (150x0,7 или 200x0,7 мм), закрепленные к стенам, прогоны из термопрофилей (150x0,7 или 200x0,7 мм), идущие с шагом 600 мм, и обрешетку по нижним поясам прогонов из шляпного профиля.
Чердачное перекрытие всегда расположено ниже несущих конструкций, будь то стропильные фермы или балки покрытия.
Толщина утеплителя принимается исходя из требуемого сопротивления теплопередаче чердачного перекрытия.
Несущие конструкции покрытия состоят из стропильных ферм или балок, изготавливаемых из тонкостенной оцинкованной стали. Применение гнутых профилей из тонкого листового металла в стропильных системах пролетом 6-15 м позволяет снизить расход стали до минимума. Легкие стропильные системы применяются следующих систем:
• одно или двухскатные фермы с решеткой из раскосов или из раскосов и стоек; • трехшарнирные решетчатые с затяжками;
• висячие стропила с затяжкой, причем обычно имеется одна подвеска, реже две или более;
• простые стропила с затяжками.
Сечения стержней стальных ферм и балок из ЛСТК имеют С, U или Z-образное сечение.
По этой технологии проектируются и изготавливаются конструкции мансардного типа, что позволяет полезно использовать чердачное пространство. Стропильные фермы покрытия предпочтительнее изготавливать в заводских условиях в виде отдельных отправочных марок, которые собираются на строительной площадке, перед подъемом на место. Это дает возможность быстро смонтировать конструкцию, если крыша возводится одновременно с монтажом каркаса стен и перекрытий.
Опирание стропильных ферм или балок покрытия, расположенных с шагом 1,2 м, должно всегда производиться на вертикальные стойки стен.
По стропильным несущим конструкциям устраивается обрешетка из П образных профилей для опирания и крепления кровельных листов из металлочерепицы или профилированного настила. 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 теплоизоляция и внутренняя облицовка также выполняется по типу чердачного перекрытия и включает стальной каркас из термопрофилей, диагональные связи, подшивной потолок из 2-х слоев гипсокартонных листов толщиной 9,5 мм, теплоизоляционный слой из минераловатных плит.
Выбор систем жизнеобеспечения здания (электрика, сантехника, тепло- и водоснабжение и пр.) определяется в основном запросами будущих пользователей данного здания. Расходы же на внутренние коммуникации с составляют 20-40% контрактной стоимости здания, а доля монтажа этих коммуникаций 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 в межквартирных стен. Стояки труб для водопровода и канализации размещаются в вертикальных колодцах для каждой квартиры, например, рядом с лестничными блоками. Кухни и ванные комнаты рекомендует располагать рядом для использования единой вентиляционной шахты. Для отопления могут использоваться подогреваемые полы, тепловентиляция, но традиционной и основной остается система водяного отопления с радиаторами. Трубопроводы отопления прокладываются вертикально в открытом виде в углах и вблизи окон. Горизонтальные соединения проводят вдоль стен к радиаторам. Технология строительства зданий на подготовленный фундамент предполагает монтаж конструкций в любых погодных условиях. Бригада из 3 4 человек может собрать каркас дома общей площадью 150 200 кв. м. за 2 3 недели.
Для ведения работ не требуется применение грузоподъемных механизмов из-за малого веса конструкций. Ферма с рабочим пролетом 9 метров весит всего 70 кг.
Проектирование и процесс производства несущих конструкций полностью автоматизирован, что обеспечивает оптимизацию и минимизацию сроков исполнения каждого заказа.
Высокая точность размеров, высокий процент использования изготовленных заранее готовых элементов и быстрый монтаж делают строительство из легких стальных конструкций и в том числе на основе легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК) выгодной альтернативой традиционным методам строительства.
С точки зрения защиты окружающей среды от вредных воздействий, ЛСТК имеют ряд очевидных преимуществ. Во-первых, ЛСТК - это сухая конструкция, не содержащая органических материалов, что снижает риски проблем с влагой и синдрома "больного здания". Во-вторых, сталь, гипс, минераловолокнистые плиты являются материалами закрытого цикла и могут быть рециркулированы на 100%. В-третьих, ЛСТК подразумевает меньшее энергопотребление в процессе производства по сравнению с каркасом из монолитного бетона. В-четвертых, технология ведения работ предусматривает меньшее количество отходов при монтаже и сохранение возможности разборки компонентов здания для повторного использования. В-пятых меньший вес конструктивных элементов здания облегчает условия труда и способствует снижению транспортных расходов.
Для системы "СТАЛДОМ" вполне подойдет фундамент мелкого заложения. Нет необходимости устраивать фундаменты глубиной 1,5-2,Ом.
В соответствии с главой СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений" глубину заложения фундаментов допускается назначать независимо от расчетной глубины промерзания, если "специальными исследованиями и расчетами установлено, что деформации грунтов основания при их промерзании и оттаивании не нарушают эксплуатационную пригодность сооружения". Требования по конструированию и расчету мелкозаглубленных фундаментов жилых зданий до 3-х этажей включительно в грунтовых условиях Московской области изложены в Территориальных строительных нормах ТСН МФ-97 МО "Проектирование, расчет и устройство мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных жилых зданий в Московской области", Москва, 1968г.
Тип и конструкция мелкозаглубленного фундамента, способ подготовки его основания зависят от свойств грунта площадки строительства, и прежде всего, от степени его пучинистости.
Основной принцип конструирования мелкозаглубленных фундаментов зданий с несущими стенами на пучинистых грунтах заключается в том, что ленточные фундаменты всех стен здания объединяются в единую систему и образуют достаточно жесткую горизонтальную раму, перераспределяющую неравномерные деформации основания. При мелкозаглубленных столбчатых фундаментах рама формируется из фундаментных балок, которые жестко соединяются между собой на опорах.
Применение мелкозаглубленных фундаментов позволяет сократить расход бетона на 50-80%, трудозатраты на 40-70%. Стоимость мелкозаглубленных фундаментов в 2-4 раза меньше, чем традиционно применяемых.
