Особенности проектирования многоэтажных зданий со стальным каркасом

В России ведётся массовое строительство многоэтажных жилых зданий из монолитного железобетона. Технология устройства перекрытий отработана да приемлемом уровне.

Однако, применение стального каркаса здания, накладывает отпечаток на устройство монолитных перекрытий. В монолитных зданиях плита перекрытия образует единую конструкцию с балками. В зданиях, где применяется стальной каркас, балки работают как независимо, так и совместно с плитой. На рисунке ниже показаны варианты перекрытий с монолитной железобетонной плитой.

Толщина плиты перекрытия, как правило, принимается равной 100-200 мм, шаг балок 1000-4000 мм.

В вариантах а), б), в) и г) монолитная плита и стальные балки соединяются друг с другом таким образом, чтобы исключить потерю устойчивости балок и обеспечить, за счёт формирования жёсткого диска перекрытия, связь колонн с вертикальными связями и ядрами жёсткости, что решает проблему устойчивости и жёсткости здания. На восприятие вертикальной нагрузки балки и плита работают раздельно. Такое применение стального каркаса менее экономично по расходу стали. Однако, за счёт простоты и изученности напряжённо-деформированного состояния плиты и стальных балок, стальной каркас используется в строительстве.

• Варианты а) и б) с увеличенной строительной высотой, при этом не все балки размещены по контуру помещения, что ведёт к увеличению высоты здания.

• Варианты а) и в) реализуются с применением инвентарной опалубки. Эта технология отработана на монолитных зданиях. После установки опалубки в проектное положение, выполняется армирование и укладывается бетонная смесь. Опалубка разбирается после набора прочности бетона. Эти варианты с пониженным расходом стали по сравнению с вариантами б) и г). Преимущество варианта в) - гладкая нижняя поверхность, что упрощает отделку помещения.

• При реализации вариантов б) и г) за счёт использования несъёмной опалубки из профилированного настила ускоряется устройство монолитной плиты из-за отсутствия операции разборки опалубки.

• Расход стали и бетона на монолитные перекрытия а) и в) несколько больше, чем на перекрытия из сборных железобетонных плит. Трудоёмкость устройства монолитных перекрытий выше, чем перекрытий из сборных железобетонных плит.

Варианты монолитных перекрытий с объединением железобетонной плиты и стальных балок в сталежелезобетонную конструкцию уменьшают расход стали на перекрытие. Суммарная высота таких перекрытий меньше, чем перекрытий, в которых балка и плита не объединены. В объединённой конструкции плита, главным образом, работает на сжатие, стальная балка – преимущественно на растяжение. Бетонирование плиты выполняется, как правило, без использования временных монтажных опор. В этом случае при действии расчётной нагрузки в балке возникают пластические деформации. Если пластика в стальной балке недопустима, то перед бетонированием балки устанавливают на временные монтажные опоры, которые убирают после полного набора прочности бетона. Расчёт монолитных сталежелезобетонных перекрытий конструкции и стального каркаса здания выполняется с использованием рекомендаций и действующих нормативных документов.

В 2016 году был утверждён стандарт СТО АРСС 11251254.001-2015 “Сталежелезобетонные конструкции. Правила проектирования”. В будущем планируется придать этому документу статус свода правил.

СТАЛЬНОЙ КАРКАС ЗДАНИЯ. ПИЛОТНЫЙ ПРОЕКТ АРСС: “НОВОМАРУСИНО”, Г. НОВОСИБИРСК

Описание проекта:

Проект – 5 десятиэтажных жилых зданий, общей площадью около 75000 кв. м.
Каркас – стальные конструкции заводской готовности (болтовая сборка на строительной площадке).
Перекрытия – монолитные железобетонные по несъёмной опалубке из стального профилированного настила.
Ограждающие конструкции – лёгкие термопанели на основе тонкостенных стальных профилей с фасадной фиброцементной плитой заводской окраски.
Удельная металлоёмкость – 36 кг/кв. м.
Стоимость возведения каркаса дешевле полностью монолитного железобетонного варианта на 5%.
Скорость возведения “коробки” 10-этажного двухподъездного здания – 2 месяца; здание “под ключ” – 8 месяцев.

Применение стального каркаса в проекте “Новомарусино” подчёркивает общеизвестные преимущества данной технологии:

• Высокое качество – заводское изготовление элементов каркаса;
• Вариативность планировок – отсутствие несущих стен;
• Сокращение количества рабочих на стройке (примерно в 2 раза);
• Вес здания из стального каркаса ниже, чем с монолитным железобетонным (примерно в 3 раза) – сокращение затрат на нулевой цикл (до 30%);
• Всесезонность, возможность строительства в отдалённых районах.

Конструктивной особенностью проекта является решение междуэтажных перекрытий, при котором общая конструктивная высота профиля перекрытий с учётом отделки составляет 210 мм. Объёмно-планировочные решения позволили разместить колонны с шагом, не превышающим 4,8м, что дало возможность авторам проекта подобрать сечения стальных балок каркаса перекрытий сечением высотой 180мм. При этом, стальной профилированный настил (несъёмная опалубка перекрытия) опирается на нижний пояс балок каркаса.

Каркас здания – рамно-связевой. Стены лифтовых шахт реализованы в сборном железобетонном исполнении, и отделены от основного каркаса деформационными швами.

Степень огнестойкости здания – II. Требуемый предел огнестойкости колонн обеспечивается отделкой огнезащитными материалами на основе гипсокартона, открытые поверхности стальных балок защищены специальным огнезащитным составом.