Вопрос 21. Монтаж зданий с металлическим каркасом.

Материал для каркаса сооружения выбирают проектировщики, исходя из условий строительства. Так, для зданий в 20 – 30 этажей лучше всего использовать стальные установки, так как они наиболее прочные, увеличивают занимаемые места в сооружениях. Компоновочные элементы каркаса состоят из колонн и балок. Наглядно это выглядит так: вертикально стоящие колонны соединены сверху ферменными установками, которые огибают крышу будущего сооружения. Колонны и фермы создают рамы, разъединенные элементами опоры, которые закрепляют несколько стоек. Рамы связывают друг с другом прогоны, выполненные из стального профиля. Форма и диаметр профиля зависит от объема, цели и напряжения сооружения.  Прогоны нужны для распределения нагрузок и крепления стен и крыши ограждающих установок. Прочность и устойчивость конструкций многоэтажного здания обеспечивают горизонтальные и вертикальные связи. Вместе они составляют систему, которая воспринимает горизонтальные и вертикальные нагрузки и передает их влияния самому сооружению. Вертикальные нагрузки – это вес самого здания, его площадей, горизонтальные – природные воздействия.

Фундамент обычно ставят на железобетон, который наилучшим образом распределяет воздействия по всей площади возводимого устройства. Вертикальные нагрузки передаются через балки перекрытия на колонны, а потом на само основание здания. Горизонтальные нагрузки подаются через жесткие в горизонтальном направлении системы. Они могут быть двух видов: в виде вертикальных соединений, которые связываются друг с другом с помощью жестких дисков (монолитные железобетонные плиты) покрытия и рамных конструкций, находящихся по каждому ряду колонн и совмещенных также горизонтальными дисками. Другие балки и колонны, не входящие в систему дисков, собираются как обычная балочная система с шарнирными сопряжениями в узлах. Связевая система позволяет делать большинство деталей каркаса легкими, упрощенной конструктивной формы. Рамная труднее конструируется, она предпочтительна в возведении невысоких зданий. Что же касается проектирования вертикальных связей, то они выполняются в виде консольных ферм, прижатых фундаментом. В местах прижатия металлическая конструкция испытывает большие напряжения, возникающие при порывах ветра. Вертикальные и горизонтальные нагрузки можно передать и на большие вертикальные фермы. Тогда межэтажные перекрытия подвешиваются к тягам, которые закрепляются на горизонтальные траверсы. Расход стали на каркас определяется проектировщиками за счет расстояния между колоннами. Если увеличивается оптимальный шаг колонны, то ее вес уменьшается, а масса балок возрастает. Уменьшается шаг, все будет наоборот. Оптимальный шаг колонны зависит от высоты сооружения. Снижается высота здания, шаг будет тоже меньше. В высотках в 30 – 40 этажей шаг колоны будет составлять 4 – 6 метров. Если у сооружения имеется сложная форма в плане, то его нужно разделить на отдельные прямоугольные очертания. Расстояние между колоннами должно быть типовым, а с учетом высоты постройки колонны идут непрерывно. Работа по монтажу металлических конструкций Компоновка связей металлических конструкций должна обеспечивать пространственную жесткость сооружению, которая помогает избежать ветровой нагрузки на него. Связевые фермы располагают как в продольном, так и в поперечном сечении соразмерно центральной оси постройки. Важно, чтобы при компоновке сечений колонн они были наиболее компактными. Это позволит увеличить объем занимаемых мест возводимого сооружения. При больших нагрузках в нижних этажах используют квадратные, прямоугольные сечения колонн: к ним легко примыкают балки, к тому же они компактны. При малых нагрузках используются сечения из двух уголков, сваренных перьями и четырех уголков, которые усиливаются за счет вставленного в них листа. В облегченных колоннах используются сквозные разрезы из двух швеллеров. Что же касается стыков колонн, то они делаются по высоте через два этажа. В рамном каркасе стыковка упрощается, так как изгибающие моменты в этих сечениях малые. В многоэтажных зданиях стыки делают с фрезеровкой торцов, что обеспечивает упрощенность и быстроту монтажа. Закрепление колонн в процессе сборки фиксируются стяжными болтами. Колонны ввинчиваются в фундамент анкерными болтами или с помощью закладных деталей, а потом бетонируется основание. В многоэтажных сооружениях балки прилегают к колоннам сбоку. Минимальное расстояние в 20 миллиметров, которое находится между торцом балки и колонной, облегчает монтаж каркаса и производство балок. Балка закрепляется установочными болтами. Крепление частей самого каркаса между собой может быть сделано с помощью болтов или сварки.  После того, как состоялась сборка несущего каркаса постройки, начинается его обшивка панелями на основе трехслойной конструкции из металлического листа и среднего слоя-утеплителя, гофрированным металлическим листом, композитным материалом в виде листов или обкладка кирпичом.  Такая процедура позволяет повысить уровень огнеустойчивости здания. На практике это выглядит так: сэндвич – панели устанавливаются с помощью метода полистовой сборки. Тонкие стальные профилированные листы окрашивают на заводе специальными составами, которыми потом покрывают ограждающие стены и крышу конструкции. Соединение к прогонам обеспечивают самонарезающие болты.  Таким способом собирается и крыша с применением более объемных стальных профлистов. Нетвердеющая лента обеспечивает сохранность герметичности за счет положенных один над другим листов в местах креплений. Если говорить про временные затраты на монтаж металлоконструкций каркасного типа, то они малозатратны, как в сборке, так и в демонтаже. Например, сборные устройства, имеющие облегченный каркас и панели с использованием материала для удержания тепла. Они разбираются без особых усилий и переносятся на другое место.

Поэлементный монтаж из отдельных конструктивных элементов (колонны, ригели, панели перекрытий и т. д.) требует минимума затрат на подготовительные работы. Широко применяют при возведении гражданских и промышленных зданий, их монтаже с приобъектного склада и с транспортных средств.

Крупноблочный монтаж из геометрически неизменяемых плоских или пространственных блоков, предварительно собранных из отдельных элементов. Массу блоков доводят, по возможности, до максимальной грузоподъемности монтажных механизмов. При этом уменьшается число монтажных подъемов, исключается выполнение на высоте большинства монтажных операций. Примеры плоского блока - рама каркаса многоэтажного здания, блок оболочки покрытия; пространственные элементы — блоки покрытия одноэтажных промышленных зданий размером на ячейку, включая фермы, связи, конструкции покрытия.