SteelLib
Первая в России энциклопедия по стальному строительству
Главная Печать
Сообщить об ошибке

Коммерческая недвижимость

Проектирование коммерческих зданий требует комплексного подхода, обусловленного множеством факторов. Далее приводится обзор основных особенностей данного процесса с описанием преимуществ, которые достигаются применением стальных и сталежелезобетонных конструкций.
Содержание:

Преимущества строительства коммерческих зданий со стальным каркасом

Как правило, проекты коммерческих зданий отличаются относительно большой площадью (8 000 - 20 000 м2) и высотой в 4-10 этажей. Зачастую Заказчик предъявляет требование устройства внутренних помещений со свободной планировкой и пролётами горизонтальных конструкций до 12м, а иногда и до 15-18м. Максимальная высота здания определяется с учётом ограничений градостроительных комитетов города. Подобные ограничения обуславливают необходимость сокращения высоты профиля перекрытий, например, путём размещения инженерных коммуникаций в одном уровне с конструкциями перекрытия.

В деловых городских кварталах существует спрос на офисные помещения повышенного класса. Крупные компании, такие как коммерческие банки, требуют проектировать здания в соответствии с современными архитектурными тенденциями, с выполнением требований международных стандартов качества. Инвестиционная привлекательность проекта является главным критерием для Заказчика и, соответственно, влияет на выбор архитектурных решений и инженерного обслуживания здания. К особенностям современных коммерческих зданий можно также отнести сложные внешние архитектурные формы и фасады со сплошным остеклением.   


Рис.1 Современное коммерческое многоэтажное здание на стальном каркасе

Скорость и условия строительства

График строительства, определяемый на одном этапе со стоимостью конструкций, оборудования и отделочных материалов, играет особенную роль для Заказчика, так как от скорости монтажа зависит насколько быстро помещения перейдут к арендаторам и инвестиции в строительство начнут возвращать прибыль. Основополагающим фактором, влияющим на скорость, является конструктивная схема здания, и здесь нужно отметить, что использование стальных конструкций позволяет достичь наибольшего темпа возведения здания.  

Важной характеристикой строительной площадки являются грунтовые условия. Зачастую площадка строительства располагается на слабых естественных грунтах, либо насыпных, насыщенных строительным мусором. При строительстве в центре города грунтовые условия осложняются наличием инженерных сетей, проходящих на глубине, а также линий метро. Всё это необходимо учитывать при выборе технологии строительства.

При сложных грунтовых условиях в общем случае рекомендуется сокращать количество фундаментов и, соответственно, опор здания, что предполагает увеличение пролётов наземной части конструкции. Это условие естественным образом наводит на использование стальных конструкций, вес которых в среднем в ~2 раза меньше аналогичного железобетонного каркаса.

Строительство в условиях плотной окружающей застройки может накладывать определённые ограничения, например, ограничение габаритов элементов конструкций, доставляемых на строительную площадку. В подобных случаях часто целесообразно использовать сталежелезобетонные конструкции перекрытий. 

Сталежелезобетонные перекрытия 
Подобные перекрытия устраиваются, как правило, с использованием стального профилированного настила, который доставляется на этаж с помощью крана, а затем укладывается монтажниками в проектное положение. Балочная клетка перекрытия, покрытая профилированным настилом может служить в качестве рабочей площадки для непрерывного монтажа вышележащих конструкций. Из этого следует, что бетонирование перекрытий рационально начинать после завершения укладки настила на несколько смежных этажей (как правило, на группу из 3-х этажей).


Рис.2 Уложенный профилированный настил создаёт удобную площадку для выполнения монтажных работ

Сборные железобетонные плиты

Раскладка сборных железобетонных плит перекрытий может быть сильно затруднена, если она будет производиться после монтажа стального каркаса всего здания. Это приводит к необходимости производить укладку плит сразу после монтажа каркаса очередного этажа, а в этом случае работы по раскладке плит оказываются в сфере ответственности исполнителя монтажа стального каркаса.

Инженерные системы здания

Несмотря на современную тенденцию повышения энергоэффективности зданий и максимального использования естественной вентиляции, в большинстве крупных коммерческих зданий по-прежнему требуется оборудование механическими системами вентиляции и кондиционирования. Подобные системы значительно влияют на планировочные решения и заставляют искать пути рациональной интеграции этих систем в здании. 

Размещение инженерных систем в объёме конструкций перекрытий, либо под перекрытием определяют выбор конструктивных решений, способ пожаротушения, узлы внутренней отделки и высоту здания. Как правило, для размещения трубопровода под перекрытием достаточно пространства высотой 450мм. Дополнительные 150-200мм позволяют разместить также элементы системы пожаротушения, электрику и учесть нормативный прогиб конструкции перекрытия. Некоторые системы кондиционирования можно разместить в пространстве фальшпола.

Для компактного размещения инженерных систем в объёме конструкций перекрытия используются так называемые перфорированные балки, которые изготавливаются в заводских условиях путём сварки двух тавровых профилей, полученных путём выполнения зигзагообразного разреза стенки горячекатаного двутавра вдоль его продольной оси. Сквозь отверстия в стенке перфорированной балки проводятся трубы инженерных систем, а само сечение балки обладает большей жёсткостью и несущей способностью, чем исходная для тавровых заготовок двутавровая балка. 


Рис.3 Размещение трубопровода инженерных систем в объёме перекрытия 

Динамические характеристики перекрытий

Наиболее распространённым методом контроля динамических характеристик перекрытий является оценка вибрации, выраженной через ускорения отдельных точек конструкции. Уровень вибрации зависит от величины веса колеблющейся конструкции (массы перекрытия). Большепролётные конструкции обладают большей массой и, соответственно, менее подвержены вибрации по сравнению с конструкциями небольших пролётов.

Пожарная безопасность

При проектировании здания необходимо учесть целый комплекс мероприятий по пожарной защите: пути эвакуации из здания, доступ пожарных бригад в здание, ограничение распространения огня, дымоудаление.

Работа конструкции в условиях пожара должна соответствовать требованиям в соответствующих нормах, определяющих периоды времени воздействия огня, в течение которых конструкция должна обладать достаточной несущей способностью. 


Рис.4 Конструкции перекрытия, покрытые огнезащитным составом

Теплоизоляция

Характеристики теплоизоляции ограждающих конструкций здания традиционно входят в зону ответственности архитектора, однако инженер-конструктор участвует в разработке соответствующих узлов соединений. Например, при разработке несущей конструкции балконов, необходимо искать конструктивные способы снижения эффекта “мостика холода”.

Нагрузки

Нагрузки, которые необходимо учесть при разработке конструктивных разделов проекта, приведены в Своде правил СП 20.13330.2011 “Нагрузки и воздействия”. Конструкции рассчитываются по предельным состояниям 1-ой (несущая способность и устойчивость) и 2-ой (прогибы и перемещения, трещиностойкость) групп. 

Ветровые нагрузки передаются на ядро жёсткости здания через фасадную систему и плиты перекрытий. Конструктивные схемы с горизонтальными связями или рамный каркас применяются, как правило, для зданий высотой до 7 этажей. Большепролётные стальные балки для сталежелезобетонных перекрытий часто выполняют со строительным подъёмом, выгибая из на заводе для снижения прогибов от собственного веса конструкций на строительной площадке. 

Конструкции перекрытий

Конструкция перекрытия состоит из балок и плит перекрытия. Балки соединяются с колоннами, которые располагаются в соответствии с максимально эффективным использованием внутреннего пространства помещений. В настоящее время распространённым является требование свободной планировки в коммерческих зданиях, что достигается устройством большепролётных перекрытий. Существует опыт проектирования подобных конструкций пролётом до 18м, что в большинстве случаев означает возможность исключить наличие внутренних колонн.

В дополнение к своей основной функции – нести полезные нагрузки – перекрытия часто работают в качестве горизонтального диска жёсткости, передавая горизонтальные нагрузки на систему связей или ядро жёсткости. Кроме того, все составляющие перекрытия (плита, балки) должны обладать требуемой огнестойкостью.

Как уже было отмечено, инженерные коммуникации могут располагаться в объёме конструкций перекрытия, либо под ним. В качестве отделки может использоваться цементно-песчаная стяжка с напольным покрытием, либо фальшполы, в которых проведены кабели различных инженерных систем. Наиболее распространёнными системами перекрытий являются:
  • Сталежелезобетонные балки и сталежелезобетонные плиты
  • Стальные балки в одном уровне с плитой
  • Перфорированные балки
  • Сталежелезобетонные балки с использованием сборных железобетонных плит
  • Стальные балки со сборными сталежелезобетонными плитами.


Рис.5 Варианты расположения главных и второстепенных балок

Сталежелезобетонные балки и сталежелезобетонные плиты с использованием профилированного настила в качестве арматуры

Основной особенностью сталежелезобетонных конструкций является объединение стального элемента перекрытия с железобетонным с помощью анкерных устройств. Анкерные устройства представляют собой гибкие стальные стержни с круглыми головками - стад-болты, которые привариваются к стальным балкам на строительной площадке. В качестве профилированного настила используются гофрированные оцинкованные стальные листы.

Для бетонирования монолитной плиты, как правило, используется тяжёлый бетон (плотность 2400 кг/м3), реже – лёгкий бетон (плотность 1700-1950 кг/м3).

Существует также практика использования сборных железобетонных пустотных плит перекрытий, которые обычно используют без объединения со стальной балкой. Однако, есть примеры, когда в пустотных плитах прорезают полости, которые после монтажа плит бетонируют в местах расположения приваренных к стальной балке стад-болтов, объединяя тем самым стальную балку с пустотной плитой.


Рис.6 Сталежелезобетонное перекрытие с профилированным настилом, работающим совместно с плитой

Для устройства каркаса сталежелезобетонного перекрытия используются стальные балки широкополочного или нормального профиля с анкерными стержнями, приваренными к балкам на строительной площадке. Анкерные стержни объединяют стальную балку с бетонной плитой после затвердевания бетонной смеси, что позволяет получить сталежелезобетонную конструкцию, обладающую большей жёсткостью и несущей способностью, чем у использованной стальной балки, не объединённой с плитой.

Сталежелезобетонные плиты (профилированный настил, объединённый с бетоном) перекрывают пролёты между второстепенными балками, которые в свою очередь могут опираться на главные балки. Крайние балки перекрытия могут проектироваться как стальные без совместной работы с бетоном, однако объединение их с плитной частью также рекомендуется для передачи горизонтальных усилий на диски жёсткости.

Плитная часть перекрытия состоит из тонкого стального настила и бетона, которые работают совместно. Плита усиливается стержневой арматурой для повышения огнестойкости, передачи горизонтальных нагрузок и обеспечения трещиностойкости.

Стальной настил обычно проектируется без дополнительных временных опор, и воспринимает вес бетонной смеси и монтажные нагрузки. Схема работы настила как правило принимается неразрезной с перекрытием двух смежных пролётов. Сталежелезобетонная плита в общем случае проектируется с шарнирным соединением к балкам.


Рис.7 Пример расположения балок перекрытия

Пролёты балок: 
а) второстепенные балки: 6-15м при шаге 2.5-4м,
б) главные балки: 6-12м.

Основные положения при проектировании
Шаг второстепенных балок выбирается таким, чтобы исключить необходимость временных опор для профилированного листа на стадии бетонирования плиты. Второстепенные балки проектируют обычно большим пролётом, чем главные. При назначении второстепенным балкам незначительного по высоте сечения проектировщику приходится размещать инженерные коммуникации под балками, что существенно увеличивает высоту профиля перекрытия. В стенках балок с высоким сечением есть возможность вырезать отверстия для проводки коммуникации. Иногда требуется увеличить сечения крайних балок по сравнению с внутренними, так как нагрузка на крайние балки от веса наружного ограждения, в частности, от остекления, может превышать полезную нагрузку на внутренние балки.

Преимущества
Меньший расход стали на балки по сравнению с вариантом без совместной работы плиты и балок, следовательно - лёгкость и экономичность конструкции. Балки производятся из широко распространённого горячекатаного двутаврового профиля

Размещение инженерного оборудования
Габаритное технологическое оборудование для отопления и вентиляции может размещаться в пространстве между второстепенными балками. При этом трубопровод может располагаться как под балками, так и проходить через отверстия в стенках балок.


Дополнительные рекомендации по проектированию
Второстепенные балки пролётом 6-15м располагают с шагом 3м. Пролёт главных балок назначается в 2-3 раза большим, чем шаг второстепенных, т.е. 6-9м. 
Определяют сечение профилированного листа и плиты перекрытия. Рекомендуется исключать необходимость временных опор для профлиста на стадии бетонирования. Железобетонная плита проверяется на соответствие требованиям огнестойкости. Расположение (шаг) анкерных упоров вдоль второстепенных балок назначается в зависимости от шага гофров профлиста и результатов расчёта прочности соединения плиты с балкой.

Типовые размеры сечений балок 
В первом приближении балкам назначаются сечения высотой: “Пролёт/24” для второстепенных балок, “Пролёт/18” для главных.

Класс прочности стали
Сталь для балок могут назначать в широком диапазоне: C245 – C440

Общая высота профиля перекрытия
Данный показатель может достигать ~1200мм при большой сетке колонн (например, 9м x9м) с фальшполом и трубопроводом, расположенным под балками перекрытия.

Бетон
Тяжёлый бетон с плотностью 2400кг/м3, лёгкий бетон с плотностью 1850 кг/м3. Тяжёлый бетон обладает лучшей звукоизолирующей способностью, поэтому распространён в проектах жилых зданий, больниц и пр.  Преимущество лёгкого бетона в низком весе, что позволяет сократить металлоёмкость и расход материалов фундамента. 

Класс бетона
Как правило, назначается класс прочности не ниже В20.

Огнезащита 
Для обеспечения предела огнестойкости до 90 мин балки покрывают вспучивающимся покрытием толщиной до 1.5 мм, а также плитными материалами на основе гипса толщиной 15-25мм. Для защиты колонн распространённым решением является применение гипсоволокнистых плит толщиной до 15мм (до 60 мин), до 25 мм (до 90мин).

Перекрытие из балок, расположенных в одном уровне с плитой

Рис.8 Пустотные плиты опираются на нижний пояс стальной балки.
1- сборная железобетонная плита, 2 – стальная балка, 3 – стальная колонна.

Данный вид перекрытия представляет собой каркас из стальных балок с несимметричным сечением (нижний пояс балки шире верхнего), на нижний пояс которых опираются сборные железобетонные пустотные плиты. Несимметричное сечение балки получается в результате разреза прокатного двутавра на два тавровых элемента с последующей приваркой к стенке полученного тавра стального листа, большей ширины, чем пояс тавра. Это же сечение можно получить путём составления из трёх сваренных листов (сварной двутавровый профиль), либо приварить широкий лист к двутавровому прокатному профилю. В последнем случае ширину листа назначают такой, чтобы создать достаточную площадь опирания плиты. После монтажа плит зазоры между плитами и балками замоноличиваются бетоном для объединения отдельных плит в единую систему (диск перекрытия). 

В зависимости от вида работы стального каркаса и плит различают два основных типа перекрытия: без совместной работы балок с плитами, либо с совместной работой. Во втором случае необходимо обеспечить достаточное пространство для размещения анкерных упоров на верхнем поясе балок. Шаг балок обычно находится в диапазоне 5-7,5м при использовании плит толщиной 200-350мм. Пролёт балок как правило не превышает пролёта пустотных плит. Крайние балки двутаврового сечения не рекомендуется располагать в одном уровне с плитой из-за возникающих в балке высоких значений крутящих усилий. В противном случае рекомендуется вместо двутаврового сечения использовать замкнутое – профильную трубу с приваренным снизу листом. 


Рис.9 Сечения стальных балок


Рис.10 Пример расположения балок перекрытия

Пролёты балок
Шаг балок обычно находится в диапазоне 5-7,5м при использовании плит толщиной 200-350мм. Пролёт балок как правило не превышает пролёта пустотных плит.

Основные положения при проектировании 
При конструктивном анализе балок, на нижний пояс которых приложена нагрузка (край плиты перекрытия), необходимо учитывать крутящие моменты, возникающие в сечении балки. Этот эффект нужно учитывать не только для крайних балок, но и для внутренних, так как во время монтажа перекрытия плиты укладываются неравномерно с двух сторон балки, и возникает ситуация, когда балка загружена плитой только с одной стороны, что провоцирует её кручение вокруг продольной оси балки.  
Общая высота профиля перекрытия в большой степени зависит от толщины бетонного слоя над верхним поясом балки (определяется в том числе в зависимости от требуемой огнестойкости конструкции). Арматурная сетка укладывается поверх верхнего пояса балки в случае, если верхняя грань пустотной плиты находится на одном уровне с верхним поясом балки, либо проводится через просверленные в стенке стальной балки отверстия. Это необходимо для объединения плит перекрытия в единую систему.

Преимущества
  • Значительная часть поверхности балок закрыта плитами перекрытий и бетоном монолитных участков перекрытия, что позволяет снизить затраты на огнезащиту балок (незащищённым при этом остаётся только нижний пояс балок). Относительно низкая общая высота профиля перекрытия приводит к сокращению высоты здания и отделочных материалов; 
  • Плоская поверхность перекрытия обеспечивает свободу расстановки внутренних стен и перегородок; 
  • Максимальное использование элементов заводской готовности (металлоконструкции и железобетонные сборные плиты) снижает объём “мокрых” строительных процессов.

Размещение инженерного оборудования 
Отсутствие ограничений в связи с плоской поверхностью перекрытия.

Дополнительные рекомендации по проектированию
Назначается типовая ячейка балочной клетки со сторонами 6-9м. При прямоугольной сетке колонн рекомендуется пролёт балок назначать вдоль короткой стороны ячейки. Определяется номенклатура типовых сборных пустотных плит под заданные нагрузки. Необходимо рассмотреть возможность среза верхних углов пустотных плит для увеличения пространства для замоноличивания стальной балки. Необходимо проанализировать возможность объединения стальной балки с плитами в совместную работу. Основным условием при этом является возможность размещения анкерных упоров на верхнем поясе балок. При расчёте крайних балок, на нижний пояс которых опираются плиты, необходимо учесть крутящие усилия в балках, либо рассмотреть возможность расположить крайние балки ниже плиты. 

Класс прочности стали
Сталь для балок могут назначать в широком диапазоне: C245 – C440

Общая высота профиля перекрытия ~600мм при стандартных размерах трубопровода, размещённого под балками для варианта с фальшполом.

Огнезащита
Расположение балки в одном уровне с плитой и замоноличивание бетоном стыков существенно повышают огнестойкость стальной конструкции. Для защиты открытого нижнего пояса балки используют стандартные способы огнезащиты – вспучивающиеся покрытия и материалы на основе гипсокартона.

Сталежелезобетонные плиты по перфорированным балкам, работающими совместно с плитой

Перфорированные балки представляют собой стальные двутавровые балки с регулярными отверстиями в стенке. Балки могут быть сварными из трёх листов, либо производиться из двух тавров, образованных продольной зигзагообразной расшивкой прокатного двутавра. Отверстия, как правило, выполняют круглой формы, реже эллиптической, прямоугольной или шестиугольной формы. На участках балки, где могут возникнуть большие поперечные усилия, воспринимаемые стенкой, отверстия усиливают приваркой рёбер жёсткости. Так же как и в других системах перекрытий, перфорированные балки могут выполнять роль как главных, так и второстепенных.


Рис.11 Сталежелезобетонные балки с перфорированной стенкой

Пролёты балок: 
а) второстепенные балки: 10-18м при шаге 2,5-4м,
б) для главных балок: до 12м.

Основные положения при проектировании
Шаг второстепенных балок назначается в пределах 2,5-4м, чтобы исключить необходимость временных опор для профилированного листа на стадии бетонирования плиты. 
Высокие касательные напряжения от поперечных усилий в главных балках зачастую заставляют ограничивать пролёт этих балок. При значительных пролётах главных балок размеры отверстий сокращают и/или усиливают участок стенки вокруг отверстия. Вытянутые в направлении длины балки отверстия (эллиптической или прямоугольной формы) необходимо располагать в зоне наименьших касательных напряжений в стенке - в пределах средней трети длины балки при равномерно-распределённых нагрузках. 

Преимущества
  • Возможность перекрывать большие пролёты;
  • Низкая, относительно других систем перекрытий, металлоёмкость;
  • Возможность разместить инженерные коммуникации в межбалочном пространстве, что позволяет снизить общую высоту здания;
  • Возможность выполнения строительного подъёма балок без пластических деформаций – упругий выгиб тавровых профилей выполняется перед их соединением продольными швами;
  • Размещение инженерного оборудования;
  • Регулярные отверстия в стенках балок позволяют провести сквозь них трубы различного по форме и размеру сечения. Габариты отверстий определяются с учётом технологических требований, в том числе наличия внешней теплоизоляции труб.

Размещение инженерного оборудования
Регулярные отверстия в стенках балок позволяют провести сквозь них трубы различного по форме и размеру сечения. Габариты отверстий определяются с учётом технологических требований, в том числе наличия внешней теплоизоляции труб. 

Дополнительные рекомендации по проектированию
Перфорированные второстепенные балки рационально располагать в направлении наибольшего пролёта ячейки перекрытия с шагом 3-4м. Пролёт главным балок при этом выбирается величиной, в 2-3 раза превосходящий шаг второстепенных балок. При определении сечений профилированного листа и плиты перекрытия необходимо учитывать требования огнестойкости.


Рис.12 Пример расположения балок

Диаметр отверстий в стенках балок как правило находится в диапазоне 60-80% от высоты стенки. Вытянутые отверстия могут потребовать дополнительного усиления участка стенки балки вокруг отверстия. Размеры и положение отверстий должны согласовываться с проектировщиком инженерного оборудования.

Типовые размеры сечений балок
В первом приближении балкам назначают сечения высотой ~ “Пролёт/22”.

Класс прочности стали
Рекомендуется назначать класс прочности не ниже С345 из-за концентрации напряжений в перфорированной стенке балок.

Общая высота профиля перекрытия
1000-1200мм в стандартных условиях (пролёт балки ~15м, наличие инженерных коммуникация, фальшпол).

Огнезащита
На практике используются вспучивающиеся покрытия толщиной 1,5-2мм. 

Перекрытия, в которых стальные балки объединены со сборными железобетонными плитами 

Совместная работа балок и плит обеспечивается монолитными участками перекрытия, объединяющими балки с плитами анкерными упорами, приваренными к верхнему поясу балок. Пустотные плиты укладываются на верхний пояс стальных балок, а оставшиеся зазоры заливаются армированным бетоном. При проектировании необходимо предусмотреть достаточную площадь опирания плит на балки, а также достаточный объём для замоноличивания анкерных упоров. Указанный объём часто обеспечивают подрезкой торцов пустотных плит. Дополнительно в плитах делают вырезы, совпадающие с расположением анкерных упоров. В эти вырезы укладывается стержневая арматура с последующим замоноличиванием на монтаже.


Рис.13 Усечённые края сборных плит и анкерные упоры, приваренные к стальной балке

Пролёты балок
Балки проектируются пролётом 10-18м, сборные пустотные плиты пролётом до 9м.

Основные положения при проектировании
При проектировании используются стандартные пустотные плиты пролётом 6-9м. Допускается применение плит без пустот пролётом 3-4м. Ширина верхнего пояса балки назначается как правило не менее 200мм из соображений достаточности площади опирания плиты. Сечения крайних балок перекрытия обычно подбирают без учёта совместной работы с плитой, однако и их соединяют с плитами с помощью анкерных устройств, чтобы обеспечить неразрывность диска перекрытия.
Балки необходимо рассчитывать с учётом крутящих усилий, предполагая этап монтажа, на котором балка загружена плитами с одной стороны. Зачастую этот фактор является определяющим при подборе сечения балки. Также необходимо учитывать, что верхний пояс балок до набора прочности бетона монолитного участка не раскреплён от потери устойчивости в горизонтальной плоскости. Одним из способов решения этой проблемы может быть установка временных раскрепляющих связей верхнего пояса.


Рис.14 Варианты исполнения сталежелезобетонных балок со сборными плитами

Преимущества
Сокращение количества балок в перекрытии диктуется использованием плит сравнительно большой длины (6-9м). Отсутствие несъёмной опалубки в виде профилированного листа позволяет приваривать анкерные упоры в заводских условиях.

Размещение инженерного оборудования
Крупное инженерное оборудование (фанкойлы – прим.) размещается в межбалочном пространстве под плитами.

Дополнительные рекомендации по проектированию
Рекомендуется использовать модульную сетку колонн со сторонами ячейки 6, 7.5, 9м с балками пролётом до 18м. Выбор сборных плит необходимо выполнять с учётом требований огнестойкости конструкций. Рекомендуется подбирать сечения крайних балок без учёта совместной работы с плитами.

Класс прочности стали
Сталь для балок может быть назначена в широком диапазоне: C245 – C440.

Общая высота профиля перекрытия
При использовании большепролётных плит (до 9м) общая высота перекрытия может достигать 900мм (без учёта инженерных коммуникаций).

Огнезащита 
Поверхность балок может покрываться напыляемыми, вспучивающими составами или плитами на основе гипсокартона.

Перекрытия с пустотными плитами без объединения с балками

Сборные железобетонные пустотные плиты опираются на верхний пояс стальных балок, либо на элементы уголкового профиля, соединёнными со стенками балок. Данное соединение может выполняться на болтах, либо на сварке. Ширина полки (пера) уголков должна обеспечивать достаточную ширину опирания плит. Поверх плит укладывается цементно-песчаная стяжка, в отдельных случаях конструкцию фальшпола устанавливают непосредственно на поверхность сборных плит. Помимо пустотных плит применяются также полнотельные (без пустот) плиты толщиной 75-100мм.


Рис.15 Укладка большепролетных пустотных плит

Размеры ячеек балочной клетки
В практике принято назначать пролёты балочной клетки 6-7.5м.


Основные положения при проектировании
При проектировании необходимо учитывать последовательность монтажа, в частности, одностороннее загружение балок плитами. Часто проектировщик предусматривает временные монтажные связи для обеспечения устойчивости стальных балок на монтаже. Рекомендуется избегать расчётных ситуаций, в которых балка загружена с одной стороны на стадии эксплуатации. В противном случае необходимо при расчётах учитывать действие крутящего момента в сечениях балок. 



Рис.16 Варианты устройства перекрытий из сборных плит без совместной работы со стальными балками

Преимущества 
Отсутствие “мокрых” строительных процессов.

Размещение инженерного оборудования
Крупное инженерное оборудование (фанкойлы – прим.) размещается в межбалочном пространстве под плитами.

Дополнительные рекомендации по проектированию 
Выбор сборных плит необходимо выполнять с учётом требований огнестойкости конструкций. Необходимо дополнительно учесть расчётные ситуации, которые могут возникнуть на монтаже (крутящие моменты при одностороннем нагружении балок). Необходимо рассмотреть возможность устройства временных монтажных связей для раскрепления балок.

Класс прочности стали
Сталь для балок может быть назначена в широком диапазоне: C245 – C440, при этом должны быть соблюдены требования соответствующих норм.

Общая высота профиля перекрытия
До 800мм при сетке колонн до 7.5м (с учётом подвесного потолка).

Огнезащита
Поверхность балок может покрываться напыляемыми, вспучивающими составами или плитами на основе гипсокартона.  

Колонны

Стальные колонны

Стальные колонны многоэтажных зданий выполняют, как правило, из элементов с двутавровым сечением. Подобное сечение эффективно работает в условиях нагружений, вызывающих в колонне сжатие с изгибом, а стыковые соединения двутавров отличаются относительной простотой.

Существуют примеры колонн, выполненных из стальных труб круглого и квадратного (прямоугольного) сечения. Данное решение обычно диктуется архитектурным замыслом внешнего вида конструкций.

Размеры сечения колонны зависят от принятой схемы перекрытий (покрытий), а также от величин пролётов перекрытий и количества этажей. В таблице ниже представлены ориентировочные размеры сечений двутавровых колонн в зависимости от количества этажей в случае стандартной сетки колонн (6м х 6м).

Количество этажей,
передающих нагрузку на колонну   
Размерный тип колонны
из стандартного сортамента     
до 4 20К
до 8 25К
до 15 30К
до 25 35К
до 40
40К
Табл.1 Ориентировочные размеры двутавровых колонн

Для удобства монтажа колонны обычно производят отправочными марками высотой в 2-3 этажа (6-12м). Это также увеличивает скорость монтажа и снижает количество узлов в конструкции.  

Рис.17 Основные типы сечений колонн

Стыки колонн обычно располагают на ~600мм выше отметки этажа для удобства выполнения болтовых либо сварных соединений в узле. Это также позволяет увести узел из зоны действия максимальных изгибающих напряжений (узел соединения балки с колонной). Сейчас стало принято из соображений безопасности увеличивать высоту стыка до 1100мм и устанавливать на этой высоте монтажные ограждения.

В связи с тем, что колонны по высоте здания нагружены в разной степени, обычной практикой считается назначать колоннам разные сечения. При этом рекомендуется соблюдать вдоль всей высоты единый размерный тип. Например, 25К3 для нижних этажей, 25К2 для средних и 25К1 для верхних. Это позволит максимально унифицировать размеры балок перекрытий и снизить количество доборных элементов в узле.     


Рис.18 Пример оптимизации стыка колонн за счёт назначения единого размерного типа сечений

Сталежелезобетонные колонны

Сталежелезобетонные колонны представляют собой железобетонные элементы прямоугольного/квадратного сечения с жёсткой арматурой в виде стальных двутавров, а также стальные замкнутые профили, заполненные бетоном. На рисунках ниже приведены наиболее часто встречающиеся типы сечений.


Рис.19 Основные типы сечений сталежелезобетонных колонн

На начальных стадиях развития идеи использования сталежелезобетона в колоннах основной идеей являлась эффективная огнезащита стальных профилей наружным слоем бетона. При этом при натурных испытаниях было определено существенное повышение прочностных и жёсткостных свойств колонн по отношению к стальным незащищённым. Это дало толчок развитию научно-исследовательской деятельности в направлении подробного анализа всевозможных решений использования сталежелезобетона в колоннах многоэтажных зданий, особенно, в проектах высотных зданий.

Преимущества сталежелезобетонных колонн в сравнении со стальными:
  • Экономия стали за счёт совместной работы стального и железобетонного сечений
  • Высокая жёсткость и, соответственно, меньшая гибкость колонны, что повышает сопротивление потере устойчивости колонны
  • Высокий предел огнестойкости
  • Эффективная защита от коррозии
Основным стандартом проектирования сталежелезобетонных колонн в РФ является СП 266.1325800.2016 "Конструкции сталежелезобетонные. Правила проектирования".

Устойчивость каркаса

Пространственную устойчивость каркаса здания обеспечивают с помощью системы связей, передающей горизонтальные нагрузки на конструкцию фундамента. В зависимости от назначенного решения обеспечения устойчивости различают следующие конструктивные системы
  • Рамные
  • Связевые
  • Рамно-связевые
  • Системы с ядрами жёсткости

Рис.20 Схематичное изображение различных связевых систем. a - связевая, б - рамная, в - рамно-связевая, г - с ядром жёсткости

Во всех многоэтажных зданиях требуется устройство одного либо нескольких лестнично-лифтовых узлов (ЛЛУ), состоящих из конструкций лестничных клеток и шахт лифтов. Как правило, это является определяющим фактором при выборе системы связей и принимается система с ядром(-ами) жёсткости.


Рис.21 Ядро жёсткости, выполненное из стальных конструкций

Конструкции ЛЛУ позволяют устраивать в зданиях консольные и подвесные этажи. Как правило, ЛЛУ выполняют из железобетона, однако, существует практика и стального и сталежелезобетонного исполнения. ЛЛУ из стальных конструкций позволяет существенно ускорить процесс монтажа здания за счёт применения конструкций заводской готовности. 

Огнезащита стальных конструкций

Основные требования пожарной безопасности в части огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций для многоэтажных общественных зданий изложены в СП 2.13130.2012 “Обеспечение огнестойкости объектов защиты”. 

Высота здания и площадь этажей в пределах пожарного отсека определяют характеристику здания, от которой зависят требования по защите строительных конструкций от воздействия огня при пожаре, - степень огнестойкости здания (от I до V). В зависимости от степени огнестойкости здания назначается предел огнестойкости элементам конструкций по следующей таблице (из Федерального закона №123):


Табл.2 Пределы огнестойкости строительных конструкций

Многоэтажные здания, как правило, имеют степень огнестойкости не ниже III, что означает необходимость обеспечивать защиту конструкций от воздействия огня при пожаре продолжительностью не менее 45 минут.

Сталь является негорючим материалом, но, как и все материалы, используемые в строительстве, не может в течение длительного времени выдерживать воздействие высокой температуры, возникающей внутри здания при пожаре.

Поскольку собственный (фактический) предел огнестойкости стальных строительных конструкций, как правило, не превышает 15 минут, то для приведения в соответствие с требуемым пределом огнестойкости предусматривают их огнезащиту.

Традиционно для повышения пределов огнестойкости применяют такие меры как обетонирование, оштукатуривание, отделка гипсокартоном и конструкциями из камня (кирпичом).

При проектировании, в зданиях I и II степеней огнестойкости для обеспечения требу­емого предела огнестойкости несущих элементов здания, отвечающих за его общую устойчивость и геометрическую неизменяемость при пожаре, тонкослойные огнеза­щитные покрытия применяются для конструкций с приведенной толщиной металла со­гласно ГОСТ Р 53295 не менее 5.8 мм (пункт 5.4.3 СП 2.13130.2012). 

Типовые решения огнезащиты конструкций


Рис.22 Огнезащита минераловатными плитами


Рис.23 Двутавровая балка, покрытая вспучивающейся краской и покрывным составом
    
Рис.24 Решения Knauf

Строящиеся и реализованные проекты

Торговый центр “Arena”, г. Барнаул


Рис.25 Торговый центр "Arena"

Авторы конструктивных решений каркаса здания – компания Astron. Адрес: г. Барнаул, Павловский тракт, дом 188.

В начале 2015 года в Барнауле состоялось торжественное открытие крупнейшего торгового центра в регионе. Arena – современный региональный торговый центр для людей различного уровня доходов, посетители которого получают возможность качественно отдохнуть и совершить покупки в одном месте.Ежедневная посещаемость составляет 30 – 35 тысяч человек в день. 

Общая площадь торгового центра составляет 170 000 кв.м, из них сдаваемая в аренду площадь – 95 000 кв.м.

    
 
 
Рис.26 Общий вид торгового центра

Первоначально планировалось построить торговый центр площадью 100 000 кв.м. От начала поставки и до официального открытия центра прошло 2 года 9 месяцев. Конструкции в полном объеме были отгружены за 40 недель. Средняя скорость строительства, включая всю отделку и инженерные коммуникации, составила 4 545 кв.м в месяц. 


Рис.27 Каркас здания торгового центра

Особенностью многоэтажных зданий Astron являются колонны маленького сечения, которые обеспечивают большое пространство для размещения торгового оборудования при сохранении прочностных характеристик.

В данном проекте инженерами Astron применено нестандартное решение разуклонки кровли. Поскольку по периметру здание окружено парапетом, образовывался большой перепад высот между парапетом и скатами кровли, что влекло за собой большую аккумуляцию снега и, соответственно, повышенные снеговые нагрузки. В связи с этим было предложено заменить двускатную кровлю на четырехскатную, которую схематически можно обозначить буквой W. 


Рис.28 Внутренняя отделка 

Многофункциональный общественно-деловой комплекс «Лахта-Центр», г. Санкт-Петербург

    
Рис.29 Многофункциональный комплекс "Лахта-Центр"

Генеральный подрядчик строительства – “Ренейссанс Констракшн”
Генеральный проектировщик – “Самсунг С&Т”
Работы по устройству «стены в грунте» - ЗАО “Геострой”
Устройство свай – “Бауэр” (Германия), “Геоизол”

“Лахта-Центр” — инновационный проект современного делового центра в Приморском районе Санкт- Петербурга с широкими общественными функциями, развитой социальной и транспортной инфраструктурой. Небоскреб “Лахта-Центр” имеет проектную высоту 462 м и состоит из 87 надземных и 3-х подземных этажей. Подземные этажи в плане имеют форму равностороннего пятиугольника с длиной каждой стороны 57.5 м. Площадь участка составляет 14 га. Объем строительства зданий — 400 000 кв.м.

    
Рис.30 Конструкции комплекса и его модель

В «Лахта-центре» соблюден оптимальный баланс между офисными и общественными пространствами. Ядром станет штаб-квартира компании «Газпром нефть» и офисы структур группы «Газпром». Более трети площадей будет отведена под общественные функции: выставочные пространства, детский научно-образовательный центр, планетарий, обзорная площадка, медицинский центр, многофункциональный зал для проведения конгрессов, конференций, театральных постановок, музыкальных и костюмированных представлений, спортивный центр и еще целый ряд общедоступных сервисов, включая банки, магазины, рестораны, кафе и т.д.

В августе 2012 года было получено разрешение на строительство первого этапа общественно-делового комплекса «Лахта-Центр», включающего высотное здание и прилегающую стилобатную часть, в сентябре 2013 года - разрешение на строительство всего комплекса, включая многофункциональное здание. В 2015 году были завершены работы «нулевого цикла», в настоящий момент выполняются работы по возведению надземных частей высотного и многофункционального зданий и стилобата, строительство комплекса планируется закончить в 2018 году.

    
Рис.31 Конструкции перекрытия и фундамента под колонну

Основная несущая конструкция здания – центральное железобетонное монолитное ядро, которое сопротивляется ветровым воздействиям и несёт часть вертикальной нагрузки от собственного веса и людей. Вокруг ядра по кругу установлены сталежелезобетонные (композитные) колонны. Каждые 22 этажа колонны периметра объединены с ядром сталежелезобетонными радиальными фермами (аутригерами).

  
  
Рис.32 Конструкции связей каркаса

Существенным технологическим и конструктивным отличием строительства «Лахта-Центра» от других российских высотных проектов стало применение композитных колонн из стали и бетона, с использованием высокопрочных материалов (сталь до С460 и бетоны до В80). Колонны представляют собой забетонированные стальные сердечники с общим квадратным сечением 1,5 на 1,5 м. Сердечник имеет сечение в виде креста. Сооружение такой колонны происходит в два этапа: сначала монтируется сердечник, затем на него устанавливается арматура с опалубкой и выполняется заливка бетоном. Такая комбинированная конструкция стала результатом обмена профессиональным опытом между западными и российскими специалистами. В частности, некоторые испытания проводились в лаборатории ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. 

Концертный зал «Роза Холл», г. Сочи

    
Рис.33 Концертный зал "Роза Холл"

«Роза Холл» - это современный универсальный концертный зал, расположенный в красивейшем месте - горнолыжной курортной зоне «Роза Хутор» в г. Сочи. На территории «Роза Холл» разместились современный киноконцертной зал (вместимостью 1500 человек и VIP-ложами на 106 посадочных места), многофункциональный конгресс-центр с конференц-залом (вместимость 500 человек) и 7 небольших конференц-залов и переговорных для проведения фестивалей, и концертов, конференций, форумов, симпозиумов.

Основные участники проекта:
  • Заказчик - ООО «Вента Инжиниринг»
  • Проектировщик – АО «Северсталь Стальные Решения»
  • Поставщик металлоконструкций - АО «Северсталь Стальные Решения»                     
Задачи, которые стояли перед «Северсталь Стальные Решения»: 
1. При проектировании необходимо учесть особые снеговые и ветровые нагрузки, сейсмичность района расположения концертного зала; 
2. Необходимо запроектировать и изготовить металлоконструкции для двухэтажного здания в кратчайшие сроки: договор был заключен 17.05.2015 г., а последние отгрузки прошли 02.11.2015 г.   

    
Рис.34 Монтаж металлоконструкций

Количество этажей     2
Общая площадь здания 10 034 м2  
Строительный объем 115 660 м
Общий объём металлоконструкций   942 т
Размер сцены 26 х 18 м
Табл.3 Технико-экономические показатели 
                                                                                                                                                   


Рис.35 Календарный план

  
  
Рис.36 BIM-модель комплекса "Роза Холл"

Торговый центр «SPAR», г. Калининград

    
Рис.37 Торговый центр "SPAR"

Здание торгового центра известной сети «Spar» имеет очень сложную конфигурацию и разновысотное по высоте. При возведении необходимо было учитывать, что строительство должно было вестись в существующем жилом квартале и вписываться в окружающую застройку как технически, так и эстетически. Вести строительство внутри плотной городской застройки, имея ограниченные размеры стройплощадки, довольно сложно. Именно использование технологии строительства на стальном каркасе позволяет быстро, качественно, с минимальным привлечением рабочей силы и строительной техники возводить здания и сооружения в ограниченном пространстве. Важным требование к торговому центру «Spar» – это внешний вид, которое придает зданию индивидуальность и неповторимый, запоминающийся внешний облик.

Основные участники проекта:
  • Заказчик - ООО «Вента Инжиниринг»
  • Проектировщик – АО «Северсталь Стальные Решения»
  • Поставщик металлоконструкций АО «Северсталь Стальные Решения»
Задача, которая стояла перед «Северсталь Стальные Решения»: при проектировании необходимо учесть особые требования по конструктиву каркаса и изготовить металлоконструкции в сжатые сроки. 

    
Рис.38 Металлоконструкции покрытия

Количество этажей     2
Площадь застройки 1400 м2   
Пролёты горизонтальных конструкций 7,2 - 12 м
Табл.3 Технико-экономические показатели 

Конструкторские разработки и чертежи: разработка КМ, КМД 

Процесс изготовления металлоконструкций на заводе
На заводе в Орле было изготовлено и отгружено 100 тонн металлоконструкций для этого проекта.

Процесс строительства
Начало отгрузки металлоконструкций на строительную площадку - 20.01.2017, окончание -  10.02.2017.

    
  
Рис.39 BIM-модель торгового комплекса "SPAR"

Покрытие торгово-развлекательного центра «Авиапарк», г. Москва


Рис.40 Торгово-развлекательный комплекс "Авиапарк"

Основные показатели здания:
  • общая площадь – 390 000 м2
  • торговая площадь – 230 000 м2
  • высота – 39м (Верхняя точка светового фонаря от уровня земли) 
По статической схеме покрытие делится на 2 участки двух типов. Крайние участки представляют арочные неразрезные 5-ти пролетные балки из прокатных двутавров, опирающиеся по краям на контурные неразрезные балки и в пролете на наклонные стойки, которые, в свою очередь, опираются на железобетонные колонны. Средний участок выполнен в виде системы трехгранных пространственных ферм арочного очертания, опирающихся на контурные неразрезные балки. По торцам фонаря установлены арочные неразрезные фермы с поясами двутаврового сечения. По арочным балкам и фермам предусмотрена система прогонов. На участках, перекрытых арочными фермами, предусмотрена системы связей в плоскости покрытия.

Устойчивость и пространственная жесткость покрытия обеспечивается геометрией конструкции и системой связей по покрытию. Колонны каркаса здания выполнены из железобетона.Трехгранные фермы арочного типа запроектированы из замкнутых электросварных труб. Арочные и контурные балки, а также нижний пояс торцевых ферм запроектированы из прокатных и сварных профилей. Связи - из гнутосварных квадратных профилей.

    
Рис.41 BIM-модель покрытия здания

Конструкции кровли разрабатывались в Tekla Structures. Производитель изготавливал металлоконструкций на станках с ЧПУ по средствам получения данных из BIM-модели.

Основные участники проекта:
  • Генеральный проектировщик - “Callison” и “ABD Architects”
  • Генеральный подрядчик - АО «Ренейссанс Констракшн»
  • Поставщик металлоконструкций - ООО "Белэнергомаш - БЗЭМ"
  
    
Рис.42 Монтаж конструкций покрытия

Публикации



Напишите нам
Подписаться на рассылку
Сообщить об ошибке