БЕСКАРКАСНОЕ ЗДАНИЕ С ВЫСОТОЙ ПРОДОЛЬНЫХ НЕСУЩИХ И ТОРЦЕВЫХ СТЕН ДО 25 МЕТРОВ
FRAMELESS BUILDING WITH HEIGHT OF LONGITUDINAL BEARING AND END WALLS UP TO 25 METERS

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям бескаркасных зданий из тонколистовых профилированных волнообразных секций с продольными несущими и торцевыми стенами и может быть использовано при возведении одно- и многопролетных зданий и сооружений различного назначения с увеличенной полезной высотой, в том числе, большепролетных.
Перспективным направлением развития строительства бескаркасных зданий из металлических тонколистовых профилированных элементов является увеличение их внутреннего свободного объема, в том числе полезной высоты.
Известны стальные конструкции быстровозводимых бескаркасных зданий компании HONCO. В частности известно здание Хонко Билдингз Интернэшнл, ЛТД (СА) с выпуклой или плоской кровлей, содержащее выполненные из скрепленных между собой волнообразных секций две несущие стены, соединенные, по меньшей мере, с одной торцевой стеной, закрепленные к фундаменту и к покрытию (см. патент RU 2463411, Е04В 1/342, 2012).
Известны бескаркасные здания производства ЗАО “Эксергия”, представляющие собой конструкцию с пролетом до 75 м, содержащую скрепленные между собой по меньшей мере одну торцевую стену, две несущие продольные стены, потолок и кровлю покрытия, выполненные из профилированных волнообразных секций. Несущие и торцевые стеновые секции непрерывны на всю высоту конструкции, устанавливаются вертикально и закреплены к фундаменту. Структурная секция - основной конструктивный элемент всех зданий выполняется из стального волнистого профилированного листа толщиной 0,8-2,0 мм, высотой 128 мм и шириной 1 метр. Стены выполняются из волнистых профилированных листов толщиной от 0,8 мм до 2,0 мм с двойным гофрированием. Гофры стеновых панелей располагаются вертикально. Узлы сопряжения стен с фундаментом и покрытием шарнирные. Поперечная геометрическая неизменяемость здания обеспечивается за счет торцевых стен. Соединения всех конструктивных элементов здания выполнены на болтах. Совместно с ЦНИИСК им. Кучеренко (г. Москва) разработан Стандарт предприятия, определяющий нормативы производства и монтажа, и сертифицирована технология бескаркасного строительства (http://www.exergia48.ru/; http://lioninvest.by/p581.html; http://www.stu.lipetsk.ru/education/chair/kaf-mk/science/scienmat/4189/).
Во всех этих известных решениях бескаркасных зданий высота стеновых конструкций ограничена предельной гибкостью типовых структурных профилированных волнообразных секций примерно до 6 метров (http://www.stroybud.org/arhitektura.html).
Известно здание ЗАО «Эксергия», содержащее множество базовых структурных секций, каждая из профилированной металлической тонколистовой основной панели, сформированной с заданным сечением на основе одного базового панельного элемента, соединенных между собой посредством болтов в конструкции несущих продольных и торцевых стен и покрытия. Несущие продольные стены, выполненные из составных структурных секций, обладают повышенной прочностью и жесткостью, а следовательно, повышенной несущей способностью, т.к. основной листовой профиль структурной секции усилен стеновой накладкой. Предполагает полноценное включение в работу основного профиля и накладного листа усиления. Стеновая накладка в составе структурной секции позволяет увеличить длину основной панели, а также увеличить пролет бескаркасного здания. Составные секции в собранном виде установлены вертикально, соединены между собой боковыми краями посредством болтов, образуя несущие продольные стены. Стеновое ограждение установлено вертикально, в нижней части закреплено к фундаменту (см. патент RU 2403357, Е04Н 1/00, Е04Н 1/08, 2010). Данное решение принято за прототип.
Однако такая известная составная структурная секция из основной панели, усиленной стеновой накладкой, не может быть использована для возведения стен высотой до 25 метров, т.к. не обладает достаточной для этого жесткостью и несущей способностью, а увеличение ее длины затрудняет монтаж на строительной площадке. При увеличении высоты стен здания несущая способность и деформативность стеновых несущих составных структурных секций не обеспечивается на проектные нагрузки. Таким образом, основным недостатком является то, что высота стеновых конструкций ограничена предельной гибкостью составных структурных профилированных секций.
Задачей, решаемой в данном предложении, является разработка эффективной конструкции бескаркасного здания с увеличенной полезной высотой из тонколистовых профилированных волнообразных секций с продольными несущими и торцевыми стенами путем повышения жесткости и несущей способности стеновых панелей.
Технический результат заключается в возможности создания бескаркасного здания из тонколистовых профилированных волнообразных секций с продольными несущими и торцевыми стенами с увеличенной полезной высотой до 25 метров при максимальном пролете до 125 метров, повышении жесткости и несущей способности стеновых панелей, в том числе большой длины. Обеспечена высокая прочность стеновой конструкции и высокотехнологичность строительства в целом. Расширена область применения бескаркасных зданий и арсенал возможных объемно-планировочных решений. Обеспечено максимально возможное полезное использование высоты.
Сущность изобретения заключается в том, что в бескаркасном здании с высотой продольных несущих и торцевых стен до 25 метров, содержащем две продольные несущие и по меньшей мере одну торцевую стены, включающие скрепленные между собой болтами структурные секции - тонколистовые профилированные волнообразные панели, закрепленные к фундаменту и к потолочным панелям покрытия, особенность состоит в том, что дополнительно вдоль стен установлены ветровые стойки, соединенные ригелями, при этом ригели закреплены болтами к стеновым панелям, а каждая ветровая стойка выполнена из профиля повышенной жесткости и закреплена к фундаменту и к потолочной панели покрытия. Особенность и в том, что закрепление ветровых стоек к фундаменту желательно выполнено шарнирно. Кроме этого, закрепление ветровых стоек к потолочным панелям покрытия преимущественно выполнено посредством листового шарнира. Также ветровые стойки можно дополнительно установить в зоне стеновых проемов, при этом ветровые стойки должны быть соединены болтами со стеновой панелью по высоте. Стеновые панели могут быть выполнены непрерывно на всю высоту стен или по меньшей мере с одним монтажным стыком на болтах по высоте стен. Особенность и в том, что в качестве ветровых стоек могут быть использованы гнутые профили повышенной жесткости, в частности, одиночные или соединенные между собой, замкнутые сечения. Также в качестве ветровых стоек могут быть использованы прокатные профили. Ветровые стойки можно выполнить как одноветьевыми, так и многоветьевыми. Здание, в частности, выполнено с пролетом до 125 метров. Кроме этого, ветровые стойки предпочтительно выполнены из стали с прочностными характеристиками, соответствующими классам С255-С550.
Совокупность существенных признаков позволяет получить указанный технический результат.
Дополнительная установка ветровых стоек, соединенных ригелями, и одновременное закрепление ригелей к стеновым панелям, раскрепляющих панели по высоте из плоскости, позволяет уменьшить расчетную длину стеновых панелей и распределить горизонтальные нагрузки, обеспечить равномерное распределение напряжений. Усиливая стеновые панели, стоечно-ригельная конструкция служит компенсатором деформаций, повышает жесткость поперечных сечений, а это позволяет увеличить длину панели структурной секции. Обеспечено более равномерное перераспределение усилий по ширине сечения панели, повышение прочности и надежности, а, следовательно, несущей способности.
Использование листового шарнира в зоне сопряжения стоек с потолочной панелью компенсирует вертикальные перемещения конструкции покрытия. Дополнительное использование ветровых стоек в зоне организации проема, закрепленных болтами к стеновой панели по высоте, позволяет увеличить ее прочность.
Использование для изготовления ветровых стоек стали с прочностными характеристиками, соответствующими классам С255-С550 обеспечивают им повышенную прочность и уменьшение веса.
Предлагаемое решение стеновой конструкции удовлетворяет требованиям прочности, устойчивости и жесткости, что обеспечивает возможность увеличения полезной высотой стен до 25 метров при максимальном пролете до 125 метров с уменьшением материалоемкости и упрощением монтажа. Это определено и теоретическим расчетом по несущей способности и деформативности, который подтвержден экспериментальными испытаниями фрагментов структурного элемента несущих продольных стен. Обеспечено повышение жесткости и несущей способности стеновых панелей. Усиление стеновых панелей бескаркасного здания по всему периметру с образованием единой цельной конструкции позволяет при значительно увеличенной полезной высоте воспринимать воздействия.
На фиг. 1 представлен узел крепления ветрового ригеля к ветровой стойке, общий вид; на фиг. 2 - узел крепления ветровой стойки к фундаменту, общий вид; на фиг. 3 - узел крепления ветровой стойки к фундаменту, разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - узел крепления ветровой стойки к покрытию, общий вид; на фиг. 5 - узел крепления ветровой стойки к покрытию, вид 1-1 на фиг. 4; на фиг. 6 - узел крепления ветровой стойки к покрытию, вид 2-2 на фиг. 4; на фиг. 7 - узел крепления ветровой стойки к покрытию, вид 3-3 на фиг. 4.
Бескаркасное здание содержит структурные секции, каждая в виде металлической профилированной волнообразной тонколистовой панели 1, сформированной с заданным сечением на основе одного базового панельного элемента, скрепленные между собой посредством болтов в конструкции двух несущих продольных и, по меньшей мере, одной торцевой стен, потолка и кровли. Стеновые панели 1 установлены вертикально и закреплены к фундаменту 2 и к потолочным панелям 3. Стеновые панели 1 могут быть непрерывными на всю высоту стен или могут быть выполнены с одним или более чем с одним монтажными стыками на болтах по высоте стен. Выполнены стеновые панели 1 предпочтительно из листовой стали класса С245-С-345 толщиной 0,8-2,0 мм с двойным гофрированием на основе одного базового панельного элемента (не показано). Преимущественно базовый панельный элемент представляет собой достаточно плоскую строительную панель, включающую два продольно вытянутых главных профиля, каждый снабженный множеством продольных второстепенных профилей, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга и наложенных на главные профили, соблюдая общий рельеф профиля панели, желоба и гребни профилей сглаживаются, образуя, таким образом, одну центральную плоскую часть и плоскую боковую сторону у каждой кромки панели. Гофры стеновых панелей располагаются вертикально. Ширина каждой волнообразной секции составляет один метр, глубина рифления - 128 мм, длина - зависит от ее назначения. Волнообразные секции могут иметь защитное покрытие, например, цинковое, лакокрасочное, цинковое с дополнительным лакокрасочным, полимерное, электролитическое с дополнительным полимерным, защитно-декоративное лакокрасочное, алюмоцинковое и др.
Вдоль стен по периметру здания установлены вертикально ветровые стойки 4, которые соединены между собой ригелями 5, а ригели 5 закреплены к стеновым панелям 1. Между стойками 4 и ригелями 5 выполнено, в частности, шарнирное соединение. Шаг крепления ригелей 5 к панели 1 зависит от высоты и ветрового района (ветровой нагрузки), например, 500 мм по ширине панели. Шаг стоек зависит от ветрового района (ветровой нагрузки). Ветровые стойки 4 выполнены из стали повышенной жесткости, желательно из стали с прочностными характеристиками, соответствующими классам С255-С550. Каждая ветровая стойка 4 закреплена к фундаменту 2, например, может быть выполнено шарнирное закрепление, жесткое защемление, и закреплена в зоне сопряжения к потолочной панели 3, в частности, посредством листового шарнира или, например, непосредственным креплением потолочной панели 3 посредством известных монтажных деталей. Длина ветровых стоек 4 определяется эксплуатационными требованиями и решением общей компоновки здания. Ветровые стойки 4 и ригеля 5 расположены таким образом, чтобы не закрывать окна и проемы здания. Ветровые стойки 4 и ригели 5 объединены между собой в заданной последовательности. Например, ветровые стойки 4 могут быть установлены вдоль вертикальных стыков стеновых панелей 1 и соединены между собой горизонтальными ригелями 5, закрепленными к стеновым панелям 1 болтами.
Ветровые стойки 4 могут быть одновременно использованы для дополнительного усиления стеновых панелей 1. Так они могут быть дополнительно установлены в зоне проема стеновых панелей 1 и закреплены к стеновым панелям 1 болтами по высоте. Конфигурация поперечного сечения ветровых стоек 4 может быть различной и подбирается расчетным путем, в зависимости от требований к зданию по прочности и конструкции узлов. В качестве ветровых стоек 4 возможно использовать гнутые профили повышенной жесткости, как одиночные, так и соединенные между собой, замкнутые сечения. Также в качестве ветровых стоек 4 возможно использовать прокатные профили повышенной жесткости. Ветровые стойки 4 могут быть выполнены как одноветьевыми, так и многоветьевыми. Конструктивное выполнение бескаркасного здания зависит от габаритных размеров, нагрузок и воздействий.
Сборка конструкций бескаркасного здания осуществляется на болтах с помощью гайковертов на строительной площадке. Соединения всех конструктивных элементов здания выполнены посредством болтов, без использования сварки. Все компоненты здания, за исключением элементов стеновых проемов и проемов в покрытии, являются стальными элементами холодной формовки, изготавливаются в заводских условиях на специализированных известных автоматических линиях. Отверстия под болты также выполняются в заводских условиях.
Стандартность и транспортабельность элементов конструкции, возможность предварительного их изготовления на заводах позволяет эффективно осуществить строительство разнообразных, в том числе большепролетных зданий и сооружений. Конструкция бескаркасного здания обеспечивает возможность выполнения в самых разнообразных вариантах, в зависимости от объемно-планировочного решения или в зависимости от экономических предпочтений - увеличение количества дополнительных элементов, выполнение структурных секций продольных несущих стен с накладками. Обеспечена высокая скорость монтажа здания. Позволяет максимально эффективно использовать внутреннее пространство здания, т.к. нет стоящих внутри опорных конструкций, увеличить полезную высоту и полезный объем бескаркасного здания. Позволяет упростить транспортирование и сборку стеновых панелей большой высоты и их монтаж в условиях стройплощадки, за счет чего значительно сократить сроки возведения зданий. Позволит увеличить конкурентоспособность бескаркасных зданий.
Таким образом, разработана технически доступная и эффективная в реализации концепция увеличения полезной высоты, позволяющая обеспечить строительство разнообразных большепролетных бескаркасных зданий и сооружений.