Многоэтажное строительство из стали

Многоэтажное строительство из стали,

как набор типовых элементов Никита Беляев

ведущий инженер-конструктор

Семинар «Стеновые и кровельные ограждающие конструкции», г. Киев, 17 сентября 2015

Сиерс (Виллис) Тауер, Чикаго, 1973г. 57 этажей за 19 дней, современный Китай

Башня Евразия, Москва Паркинги в Германии

Тема презентации

Steelbuildings.com.ua

Больше БМЗ в Украине

СОВРЕМЕННОЕ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО МК

Проектирование

Информационное моделирование здания (Building Information Modeling или BIM)— это подход к

возведению, оснащению, обеспечению эксплуатации и ремонту здания (к управлению жизненным

циклом объекта), который предполагает сбор и комплексную обработку в процессе проектирования

всей архитектурно-конструкторской, технологической, экономической и иной информации о здании

со всеми её взаимосвязями и зависимостями, когда здание и все, что имеет к нему отношение,

рассматриваются как единый объект.

Для сохранения

конкурентоспособности

Для выхода

на внешние рынки

В кратчайшие сроки следует переходить к 3D-моделированию!!!



Современное производство металлоконструкций

Схема современного производства , в том числе и

заводов металлоконструкций:

Одна из основных причин запроса на

переход к 3D-моделированию –

автоматизация производств оборудованием

с ЧПУ, в которое данные 3D-модели

передаются автоматически.

Это помогает:

1. Снизить трудоемкость производства;

2. Исключить ошибки при ручном вводе

данных.

Иностранный Заказчик часто согласен

платить больше, но работать с

компаниями, использующими

современный подход к

проектированию и производству.

И отечественный, и, особенно,

иностранный Производитель

заинтересован работать с

проектировщиком, который говорит с

ним «на одном языке»



Монтаж

3D-модель дает высокую точность,

позволяет проектировщику видеть

фактическую картину и выполнять

проверки на конфликты.

Получения большинства текущих данных из

3D-модели не составляет труда.

Используя 3D-модель, проектировщик,

в первую очередь, страхует себя от

ошибок и последующих рекламаций

Исключение ошибок в проектной

документации повышает качество,

ускоряет последующие изготовление и

монтаж, в чем заинтересован Заказчик,

Производитель и Монтажник



Проектирование металлоконструкций в 3D

Привычное нам разделение на КМ, КМД и выполнение их раздельно при использовании

3D-модели теряет смысл и не практикуется за пределами СНГ, где уже давно перешли к

информационному моделированию и нет смысла создавать 2-е и более 3D-модели на один

объект.

Заказчику передаются монтажные чертежи (assembly drawings – наши монтажные схемы раздела

КМД) и заводские чертежи (workshop drawings – наши деталировочные чертежи раздела КМД).

Небольшие объекты (до 100т), как правило, проектируются одним конструктором и одним

чертежником в течении месяца. На многие типовые конструктивы в ПО заложены макросы еще

больше облегчающие процесс.

Для больших объектов существуют режимы совместной работы.



СВАРНЫЕ МЕТАЛЛОКОНСТУКЦИИ.

СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОН.

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



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.



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 низкий настил (только как опалубка) профнастил с рифами с закрытым гофром максимальных высот с фабричным каркасом

тонкие ж/б плиты пустотные плиты тонкие ж/б плиты несъемной опалубки со штрабами с петлями с выпусками

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:




Ж/б плиты, включенные в работу с балками:

- увеличение шага балок;

- снижение трудозатрат.



Комбинации

Прогоны из ЛСТК:

- снижение металлоемкости;

- цинковое покрытие.

Малоэлементная ферма из ЛСТК

с преднапряженными элементами:

- снижение металлоемкости;

- цинковое покрытие;

- пропуск коммуникаций.

Балки пониженных перекрытий

с обетонированнием стенки:

- уменьшение высоты в пределах 400мм;

- огнестойкость R60;

- минимальная площадь огнезащиты;

- снижение металлоескости.

Тонкие ж/б плиты несъемной опалубки:

- увеличение шага балок;

- монолитная бесшовная плита;

- совместная работа с балкой.

Декоративные композитные

балки с перфорированной стенкой:

- уменьшенная металлоемкость


- декоративная функция

- сокращение 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);

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;

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



ЛСТК

Каркасы малоэтажного

жилья

Надстройки и другие виды

реконструкции

ЛСТК и их применение

ЛСТК (Легкие Стальные Тонкостенные Конструкции) – каркасная технология строительства из

тонкостенных стальных, преимущественно холодноформованных, профилей толщиной до 4мм.

Применения:

Панели многоэтажных

зданий

Каркасы зданий средней

этажности

Модульные конструкции

Бескрановые здания

павильонного типа

Системы прогонов

МАФы (СТО, гаражи, мойки,

павильоны)

Стропильные системы

Элементы строительной

технологии



Элементы строительной технологии

Проблематика: - высокая трудоемкость ребристых перекрытий; - затратность возведения монолитных ребристых перекрытий; - отсутствие на рынке Украины профнастилов высотой более 160мм для ребристых перекрытий; - отсутствие на рынке Украины настилов достаточной высоты для перекрытий; - пониженной высоты.

Решение: - несъмная опалубка ребристых перекрытий; - низкие ребра из С-профиля; - высокие ребра из спаренных Z-профилей; - замена натилов высотой более 160мм, не представленных в Украине; - использование в системах пониженных перекрытий.



Элементы строительной технологии

Проблематика: - высокая трудоемкость кладки стен при многоэтажном строительстве; - низкое качество кладочных работ (кривые стены); - элементы кладки из подручных материалов.

Решение: - направляющие стен из профилей ЛСТК; - обрамление проемов из профилей ЛСТК; - перемычки из ЛСТК.



Модульные здания

Проблематика: - наличие сегмента недвижимости с однотипными планировками, где используются классические строительные системы. - выполнение всех работ на строительной площадке; - высокие общестроительные расходы; - неконтролируемые факторы затрат на строительство.

Решение: - модульное строительство из ЛСТК в сегменте зданий с однотипными планировками (недорогих отелей и хостелов, общежитий, баз отдыха, больниц и поликлинник, детских садов и школ, зданий временного размещения людей); - простые и красивые архитектурные решения; - максимальная заводская готовность; - серийная сборка на конвейере; - дальнейшее укрупнение в типовые части зданий.



Панели многоэтажных зданий

«Облегченный» вариант

на основе минеральной ваты

Более «капитальный» вариант

на основе легких бетонов

Полистиролбетон – это особо

легкий бетон, состоящий из

портландцемента, песка и

теплоизоляционного заполнителя

Основа – металлический каркас из гнутых оцинкованных профилей



Сравнение стоимости 1м2

Стены из камня Панели

Кирпичная

стена 380мм с

утеплением

минеральной

ватой

Стена 375мм

из

газобетонных

блоков

AEROC

толщиной

Стена из

газобетонных

блоков AEROC

250мм с

утеплением

минватой

Панель из

ЛСТК с

внешней

магнезитовой

плитой

Панель из ЛСТК с

внешней

фиброцементной

окрашенной

плитой

Навесной фасад из

керамогранита 130,865 119,225 120,301 - -

Навесной фасад из

стальных кассетонов 112,4 100,7 101,8 - -

Фасадная штукатурка 50,146 38,506 39,582 - -

Облицовка панели

керамогранитом - - - 113,62 -

Облицовка стальными

кассетонами - - - 110,12 -

Окрашивание

магнезитовой плиты - - - 47,98 -

Облицовка цветной

фиброцементной

плитой

- - - 93,56 -

Без дополнительной

отделки - - - - 57,39

ИТОГО – ЭКОНОМИЯ ДО 12,5%



Сравнение веса 1м2

ИТОГО – СНИЖЕНИЕ ВЕСА ДО 90%

Конструкция стены Вес, кг/м2

Каркас из ЛСТК с легкой металлической

облицовкой 30-60 кг/м2

Каркас из ЛСТК с утепленным

оштукатуренным фасадом 50-80 кг/м2

Каркас из ЛСТК с облицовкой изделиями из

керамики 60-100 кг/м2

Каркас из ЛСТК с облицовкой кирпичом 150-200 кг/м2

Панели заводской готовности на основе ЛСТК

с легкой металлической облицовкой 40-70 кг/м2

Панели заводской готовности на основе ЛСТК

с облицовкой изделиями из керамики 100-150 кг/м2

Навесные железобетонные панели заводской

готовности 300-400 кг/м2

Сэндвич-панели 25-35 кг/м2

Остекление (металл/стекло) 70-100 кг/м2

Двойное остекление 80-120 кг/м2

Кладка из кирпича полнотелого 600-700 кг/м2

Кладка из кирпича пустотелого 450-550 кг/м2

Кладка из газобетонных блоков 200-250 кг/м2

РАЗГРУЗКА КАРКАСА И ФУНДАМЕНТА



Сравнение трудоемкости и полезной площади

Конструкция стены Затраты труда рабочих, чел.-час

Кирпичная стена 380мм с утеплением

минеральной ватой 4,03

Стена 375мм

из газобетонных блоков AEROC толщиной 1,75

Стена из газобетонных блоков AEROC 250мм с

утеплением минватой 2,85

Панель на основе ЛСТК 0,82

ИТОГО – СНИЖЕНИЕ ТРУДОЗАТРАТ ДО 80% СОКРАЩЕНИЕ ОБЩИХ СРОКОВ СТРОИТЕЛЬСТВА

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ПЛОЩАДЬ



Опыт различных стран

1. Великобритания 2. США

3. Швеция 4. Россия 5. Казахстан



Исключение термовключений – 2 способа

Термопрофиль

Термопрофиль – особый тип

профилей с несколькими рядами

продольной перфорации, которая

зигзагообразно увеличивает путь

мостика холода.

Внешнее утепление



Результаты съемки зданий тепловизором

Сравнение панелей на основе ЛСТК с железобетонными аналогами

Жилой 12-этажный дом с

панелями на основе ЛСТК Жилой 9-этажный дом с

железобетонными панелями



Огнестойкость

Класс огнестойкости

REI 75, REI 60

Ненесущая стена толщиной 242 мм

из С1501,2-55/15-55/15 ДБН В.1.1-7-2002

Пожарная безопасность объектов строительства



Варианты отделки

1. Листовые материалы

2. Навесные системы



Варианты отделки

3. Кирпич и бетон

4. «Под отделку»



Основные узлы

Примыкание

сверху №1 Примыкание

сверху №2 Примыкание

снизу


сбоку №1 Примыкание

сбоку №2


сбоку №3

Опорный узел

с четвертью

Стойка –

направляющая №1

Стойка –

направляющая №2

Угловое

примыкание №1 Угловое

примыкание №2


панели

Перемычка №1 Перемычка №2 Усиление

перемычки Порог Подоконник

Стык панелей по

принципу

сэндвич-панели



Монтаж

Благодаря легкости панелей

возможно исключить использование основного крана на монтаже

Высокая заводская готовность и отсутствие мокрых

процессов позволяют минимизировать отходность, монтировать в стесненных условиях и в любую погоду



Логистика

В одну стандартную фуру помещается до 300м2 панелей



Инженерные сети

Благодаря каркасной схеме облегчается разводка инженерных сетей



Высокая точность

Машиностроительная точность панелей

обеспечивает высокое качество монтажа и поверхностей под отделку



Живучесть и ремонтопригодность

Взрыв газа в доме из ЛСТК

Взрыв газа в доме из сборного железобетона



СПАСИБО!

Никита Беляев ведущий инженер-конструктор

Real Estate

Многоэтажное строительство из стали