Металлические конструкции применяются сегодня во всех видах зданий и инженерных сооружений, особенно если необходимы значительные пролеты, высота и нагрузки. [1, с.17]
Металлические конструкции имеют следующие достоинствами, позволяющими их применять в разнообразных сооружениях:
1. Надежность металлических конструкций обеспечивается сходством их действительной работы (распределение напряжений и деформаций) с расчетными предположениями. Материал металлических конструкций обладает большой однородностью структуры и достаточно близко соответствует расчетным предпосылкам об упругой или упругопластичной работе материала.
2. Легкость – из всех изготавливаемых несущих конструкций металлические конструкции являются наиболее легкими.
3. Непроницаемость – металлы обладают не только значительной прочностью, но и высокой плотностью – непроницаемостью для газов и жидкостей. Плотность металла и его соединений, осуществляемых при помощи сварки, является необходимым условием изготовления и возведения конструкций [1, с.23].
4. Металлические конструкции легко транспортируются и хорошо поддаются механизированному монтажу.
5. Удобны в эксплуатации, легко ремонтируются, могут быть приспособлены к изменениям технологических условий производства.
6. Использование металлических конструкций обеспечивает короткие сроки возведения зданий.
Долговечность и сохранение работоспособности металлических конструкций при условии их правильного расчета и конструирования, высококачественного изготовления и возведения, надежной защиты от воздействия коррозии, может исчисляться сотнями лет [2].
Металлические конструкции имеют следующие недостатки, ограничивающие их применение:
1. Коррозия – не защищенная от действия влажной атмосферы, а иногда загрязненная агрессивными газами сталь корродирует (окисляется), что постепенно приводит к ее полному разрушению. При неблагоприятных условиях это может произойти через два-три года. Повышение коррозионной стойкости металлических конструкций достигается путем включения в сталь специальных легирующих элементов, периодическим покрытием конструкций защитными пленками, а также выбором рациональной конструктивной формы элементов (без щелей и пазух, где могут скапливаться влага и пыль), удобной для очистки и защиты.
2. Небольшая огнестойкость – у стали при температуре около 200° С начинает снижаться модуль упругости, а при температуре 600° С сталь полностью переходит в пластическое состояние. Поэтому металлические конструкции зданий, опасных в пожарном отношении должны быть защищены огнестойкими облицовками [1, с.23-24].
Одним из распространенных видов объектов, при строительстве которых применяются металлические конструкции, являются промышленные здания. Конструкции одноэтажных промышленных зданий выполняются в виде цельнометаллических или смешанных каркасов, в которых по железобетонным колоннам устанавливаются металлические конструкции покрытия здания ("шатер") и подкрановые пути. Цельнометаллические каркасы в основном применяются в зданиях с большими пролетами, высотами и оборудованных мостовыми кранами большой грузоподъемности. Каркасы промышленных зданий являются наиболее сложными и металлоемкими конструктивными комплексами. [1, с.18]
Во второй половине XX века в России построено и введено в эксплуатацию большое количество промышленных зданий. Учитывая то, что строительство промышленных зданий было массовым, в них имели место дефекты конструкций, связанные с ошибками проектирования и нарушениями технологического процесса монтажа. Кроме того, эксплуатация металлических конструкций осложнялась существенными статическими и в некоторых случаях динамическими воздействиями.
Таким образом, можно выделить следующие основные проблемы конструкций промышленных зданий:
- ошибки проектирования промышленных зданий;
- дефекты материала или конструкции;
- дефекты монтажа конструкции (например, при обследовании одного из цехов ООО «Пензхиммаш» в г.Пенза обнаружено, что опорный раскос фермы вместо двух уголков общей площадью А=39,4см2 (100%) выполнен из уголков общей площадью Афакт=17,56см2 (44,6%) , что привело к деформации фермы в целом (рис.1)[3];
Рис.1 Аварийное состояние ферм одного из цехов ООО «Пензхиммаш»
- повреждения, возникшие в ходе неправильной эксплуатации;
- повреждения от статических и динамических нагрузок;
- повреждения от неправильной установки ремонтного оборудования;
- несвоевременные обследования.
В настоящее время состояние конструкций вызывает большие опасения с точки зрения их надёжной эксплуатации. Часть этих конструкций находятся в аварийном или предаварийном состоянии, так как на стадии проектирования, строительства и эксплуатации были допущены нарушения.
В связи с этим у промышленных зданий, построенных в XX веке, имеется несколько путей развития:
Исходя из исторического опыта возможным способом решения сохранения рабочей площади промышленных зданий, может быть их реконструкция путем пристройки новых цехов или строительства цехов на месте обрушения.
Периодическое обследование конструкций, поддержание их в условиях нормальной эксплуатации и своевременное усиление.
Модернизация старых зданий под новое производство более рентабельна, чем строительство с нуля нового завода, так как на месте старых промышленных зон уже есть здания и необходимые коммуникации. По мнению специалистов, капитальный ремонт и переоснащение старых цехов стали самым распространенным способом возрождения производства в регионах.
В некоторых случаях в промышленном строительстве выгоднее не реконструировать, а возводить с "нуля". Причем для такого рода зодчества теперь основным заказчиком является не государство, как ранее, и не частный инвестор–физическое лицо, как в жилищном строительстве, а средний и малый бизнес, ориентированный на быстрый оборот инвестиций.
Предприниматели заняты сейчас строительством, в первую очередь, складов, ангаров и грузовых терминалов. Вслед за бурным развитием ритейлерских сетей стала ощутимой острая нехватка таких помещений, и на спрос живо отреагировал строительный комплекс. В стране возводятся объекты пищеперерабатывающей промышленности, автосборочные цеха. Важнейшим направлением промышленного строительства сегодня стало сооружение выставочных и ярмарочных корпусов. Свою нишу в промышленном строительстве занимает и возведение автозаправок, количество которых продолжает увеличиваться.
Сегодня основные черты промышленного строительства строятся из облегченных металлоконструкций. При этом приоритетом является функциональность строений, экономия затрат на строительство за счет сокращения его сроков и усилий на капитальную подготовку тяжелых фундаментов, поскольку в современных условиях эффективность инвестиций - основополагающий фактор любой бизнес-активности.
К тому же, вес модульных стальных конструкций меньше, чем у кирпичных или бетонных блоков, и, соответственно, не так уж велики нагрузки на фундамент. Это позволяет устанавливать их в сложных, не весьма подходящих для промышленного строительства участках города.
Легкие металлические конструкции – здания небольших пролетов, в которых ограждения выполнены с использованием тонколистового профилированного металла и облегченного синтетического утеплителя, что позволяет снизить расход металла в 1,5- 2 раза, а общую массу здания в 3-4 раза по сравнению с традиционными конструкциями, что, в свою очередь, способствует снижению общих трудозатрат в 1,3 – 1,5 раза (рис.2). Характерным для ЛМК является их комплектная поставка на строительную площадку, т.е. поставляются как несущие, так и ограждающие конструкции и в ряде случаев технологическое оборудование, что позволяет сдавать здание «под ключ».
Рис. 2 Здание из легких металлических конструкций
Таким образом, металлические конструкции имеют широкое распространение в строительстве. Некоторые здания невозможно было бы создать без использования металла. Но, как и все остальные конструкции, металлические, имеют ряд недостатков, которые существенно усложняют процесс их эксплуатации. Наибольшее распространение эти конструкции получили в строительстве промышленных зданий. Это объясняется тем, что металл обладает незаменимым набором качеств, которые и позволяют его так широко применять в данной области. Перед учеными стоит задача совершенствования материалов и конструкций (особенно в части их защиты от внешних воздействий).
- Литература:
Беленя Е.И. Металлические конструкции, издание 6-е переработанное и дополненное. М.: Стройиздат, 1986. 594с.
Эксплуатация металлических конструкций [Электронный ресурс] URL: http://domremstroy.ru/da/zdanie27.html (дата обращения 20.02.2011)
Анализ состояния и причин обрушений строительных конструкций в промышленных зданиях [Текст] / Нежданов К.К., Жуков А.Н.// Региональная архитектура и строительство. — 2011. — №1.
