Каркасные дома из лёгких стальных конструкций ДОМ С

Каркасные дома из лёгких стальных конструкций
ДОМ С КАРКАСОМ ИЗ ЛЕГКИХ СТАЛЬНЫХ ТОНКОСТЕННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ
1. ЛСТК
- это общая концепция новой
технологии строительства, которая
включает:
лёгкие стальные профили,
минераловатную плиту (МВП)
или
другой эффективный утеплитель,
гипсокартонные или гипсоволокнистые листы.
Стальные каркасы используются при строительстве внутренних стен и перегородок
уже на протяжении более чем 30 лет. Но принцип строительства зданий полностью из
структурных стальных каркасов не завоёвывал Европейский рынок до тех пор, пока не
были разработаны экономически выгодные легкие стальные тонкостенные конструкции.
Разработка системы строительства под названием «лёгкие стальные тонкостенные
консрукции» велась при сотрудничестве архитекторов, дизайнеров, инженеров,
производителей строительных материалов, исследователей и подрядчиков. Общей целью
являлось радикальное снижение затрат на строительство. Усовершенствование каждой
отдельной составляющей этого метода основывалось на общих принципах «жизненного
цикла» здания от проекта до сноса. Эти общие принципы включают
в
себя
усовершенствование всей процедуры строительства, т.е. разработку деталей и методов
производства, где выбор продукта, габаритов, физических свойств здания полностью
координируется с проектом, производством и строительством. Для того, чтобы сделать
строительство более эффективным, тем самым, снизить издержки, мы предлагаем более
технологичное промышленное строительство- выпуск объемных модулей.
Одно из основных преимуществ лёгких стальных тонкостенных конструкций - это
«сухое» строительство со значительным снижением риска возникновения проблем,
связанных с влажностью.
Снижение стоимости строительных материалов, как таковых, не влияет значительно
на общую себестоимость. Для того, чтобы достичь снижения издержек при строительстве,
должны быть сокращены сроки строительства. При более технологичном промышленном
строительстве производительность увеличивается на всех стадиях.
Стальные профили производятся с очень жесткими допусками, листы ГКЛ и ГВЛ и
минвата (аналогично) производятся по точным размерам, что является одним из
необходимых условий индустриального строительства. Производство панелей стен и
перекрытий в заводских условиях находится под жёстким контролем, а быстрая
промышленная сборка также вносит свой вклад в высокое качество на выходе.
Сталь, листы ГКЛ и минераловатная плита имеют замкнутый жизненный цикл и на
100% могут быть использованы вторично, что также является одной из предпосылок
строительства в будущем.
2. Несущий каркас
Многоквартирные здания из лёгких стальных тонкостенных конструкций строятся
двумя различными методами. Один из них – ТЕРМОБЛОК (несущие стены с каркасом из
тонких листовых профилей и легкими перекрытиями из гнутых профилей). ТЕРМОБЛОК
- комбинация каркаса из лёгких стальных тонкостенных конструкций и гипсовых
стеновых листов даёт в результате большую несущую способность и сравнительно
высокую жёсткость относительно веса конструкций. Данный способ имеет наилучшее
соотношение прочности и веса среди всех возможных сборных конструкций.
3. Наружные стены
ЛСТК с ребрами жесткости используются для возведения наружных стен. Прорези
(перфорация) стенки профилей значительно снижают потери тепла через стены из-за
удлинения пути холодного потока и особенностей краевых свойств прорезей. Толщина
материала профиля также влияет на снижение потерь, которые часто могут быть меньше,
чем теплопотери для строений с каркасом из цельного дерева. Такие перфорированные
профили, а также профили для перекрытий и покрытий производятся из стали с
расчетным сопротивлением
R>350Mna. Профили изготавливаются из полосы
тонколистовой, горячеоцинкованной стали. Вес цинкового покрытия составляет не менее
275г/м2. Перфорированные стальные
профили изготавливаются высотой сечения 100,
120, 145, 150, 170, 195 и 200мм.
Также существуют системы, где несущая способность
комбинированных
стен определяется взаимодействием между лёгкими стальными профилями и
утепляющим наполнителем - например, пенополистирол или пенополиуретан.
Табл. 3.1. В данной таблице показано сравнение Up между стойками из перфорированных
стальных профилей и деревянными стойками с двумя слоями ГКЛ изнутри. При расчете
Up влияние профилей и соединений на тепловые потери были учтены.
Деревянный каркас
Измерение
(Ватт/м2 °С)
45x145
0,295
45x195
0,237
Перфорированные профили
145/0.7 145/1.0 145/1.2 195/0.7 195/1.0 195/1.2
0,298
0,305
0,315
0,247
0,255
0,264
В качестве внешней отделки наружных стен могут быть использованы самые
разнообразные материалы: кирпич, сайдинг, камень, деревянные панели, стекло, сталь.
Наиболее важная техническая функция внешней отделки - это защита самой панели от
осадков.
Для того, чтобы внешняя влага или конденсация изнутри не повредили стены
рекомендуется применять систему так называемого «вентилируемого фасада», когда
между отделкой фасада и его каркасом создается вентилируемое пространство. По этому
воздушному зазору любая влага будет удаляться из стен. Приток воздуха осуществляется
через специальные зазоры у окон , дверей, в парапетах и у цоколя наружных стен.
Слой защиты от ветра на наружной стене часто состоит из внешнего влагостойкого
листа ГКЛВ / ГВЛВ толщиной 9мм или из специальных ветрозащитных плёнок. Внешняя
гипсовая панель - это наиболее распространённое решение дизайна наружных стен для
звукоизоляции, пожарной безопасности и для обеспечения устойчивости.
Наиболее важная функция защиты от ветра - это обеспечение сохранения тепла за
счёт предохранения теплоизоляции от влияния потока воздуха, который движется в
вентилируемом зазоре (так называемого относительного ветра). Качество ветрозащиты
зависит от того насколько герметичны материалы сами по себе и от того, насколько
герметичны соединения. Работа по соединению и монтажу должна проводиться
тщательно.
Пароизоляционный барьер наружной стены, как правило, состоит из устойчивой к
старению влагозащитной полиэтиленовой пленки толщиной 0.1-0,2мм.
Полиэтиленовая плёнка имеет высокую герметизирующую способность, а также
высокую сопротивляемость проникновению водяного пара. Если внутренняя часть
наружной стены состоит из двух слоев листов ГКЛ / ГВЛ, то полиэтиленовую плёнку
лучше расположить между этими листами. Если применяется только один слой листа ГКЛ
/ГВЛ с внутренней части стены, то влагозащитный барьер приклеивается к стальному
каркасу в определённых точках.
Профили изготавливаются из стального горячеоцинкованного листа с расходом
цинка - 275 грамм на один квадратный метр, что соответствует толщине слоя цинка в 20
мкм с обеих сторон. Горячее цинкование достаточно для защиты стальных профилей от
коррозии на протяжении всего срока службы здания, если оно было построено правильно
и без нарушений. Самое серьёзное коррозионное действие на сталь оказывается во время
перевозки и хранения стальных профилей на открытом воздухе.
После проделывания отверстий в профилях из горячеоцинкованной стали, как
правило, нет необходимости в какой-либо дополнительной их обработке, так как слой
цинка обладает «залечивающим» эффектом, т.е. он переходит на незащищённые
поверхности.
Стальные профили из горячеоцинкованной стали защищены от коррозии на
протяжении всего срока службы здания. Срок службы профилей был изучен в
«Бритиш Стил». Потери в весе цинка были около 0,1 г на один квадратный метр в
год в закрытом помещении. Аналогичные исследования были проведены для
стальных оцинкованных профилей перекрытий на открытом воздухе. В результате
было показано, что 275 г/м2 цинка достаточно для долговечности примерно в 100 лет.
Основная причина коррозии в стенах - наличие влаги. Можно избежать конденсации
влаги внутри наружной стены путём герметизации стены слоем пароизоляционного
барьера , который предотвратит смешивание теплого и влажного внутреннего воздуха с
холодным внешним и предотвратит конденсацию. Следовательно, главное правило - это
располагать паробарьер как можно ближе к тёплой стороне стены.
Защита от влажности (паробарьер из полиэтиленовой
пленки)
используется для предотвращения воздействия влаги внутреннего воздуха на
конструкции наружной стены. Причина конвекции влажности - это разница между
внутренним
и
внешним
давлением.
Влага
переносится воздухом через места утечек в герметизирующем
слое. Лучший
способ предотвратить опасную конвекцию влажности - это делать стены
воздухонепроницаемыми.
В целях достижения высокой теплоизоляции, кроме теплоизоляционного материала
требуются ещё и воздухонепроницаемые стены с хорошей ветрозащитой. Часто в качестве
теплоизоляции применяются минераловатные плиты (МВП). Важно, чтобы все полости в
стенах были заполнены теплоизоляционным материалом, особенно рядом со стальными
профилями. Для этого при заполнении МВП их размеры должно быть больше (обычно на
5 мм) по длине и по ширине, чем габариты между стойками панелей. Толщина МВП также
должна соответствовать ширине конструкции панели.
Для снижения эффекта «мостиков холода» в наружной стене вертикальные и
горизонтальные стальные профили имеют специальную перфорацию по
стенке.
Принципы
снижения
эффекта температурного мостика в профилированном каркасе
таковы:
-эффективные отверстия в стальных профилях, которые
удлиняют
протяжённость
воздушного потока.
-применение как можно более тонкой стали,
-использование как можно меньшего числа профилей в стене,
-хорошо спроектированные узлы и детали соединений,
-тщательное заполнение МВП внутри перфорированных профилей.
4. Внутренние стены
Внутренние стены можно поделить на стены внутриквартирные и на стены между
двумя разными квартирами здания. Внутренняя стена может выполнять несущую
функцию, обеспечивать продольную и поперечную устойчивость здания. Кроме того, к
ней предъявляются требования по звукоизоляции и пожарной безопасности.
Как внутриквартирные так и межквартирные внутренние стены возводятся при
помощи каркаса из лёгких стальных профилей с зашивкой при помощи листов ГКЛ /ГВЛ.
Для усиления звукоизоляции между квартирами и, например, между ванными комнатами
и спальнями, применяется изоляция из МВП.
5. Перекрытия (Полы)
Конструкции перекрытий зданий также относятся к ЛСТК. Перекрытия (полы)
состоят:
-лёгкие стальные С- и Z-образные профили с толщиной материала 2-Змм. Профили
производят высотой 150, 200, 250 и 300мм.
-для обрамления блоков перекрытий по периметру стен применяют U- или С-образные
профили соответствующей высоты.
-профилированные стальные листы высотой 20 или 45мм и толщиной 0,6мм. Профлисты
закрепляют к верхнему поясу С-профиля, создавая, таким образом, тип несъемной
опалубки. Опалубка из профлиста распределяет вертикальные нагрузки, и также создает
жесткий диск перекрытия, обеспечивающий устойчивость всего здания.
-верхняя отделка состоит из листов ГВЛ или тонкого слоя ангидрита (безводного гипса).
Чаще всего для покрытия пола применяются 13 мм стандартные листы ГВЛ и 15мм
половые панели. Нижние листы ГВЛ прикрепляются к опалубке из профлиста, а верхние
листы ГВЛ приклеиваются к нижним листам. Возможно, первый лист ГВЛ приклеивать к
профлисту, а верхний лист затягивать винтами.
-подвесные потолки состоят из двух слоев листов ГВЛ. Стык нижних (потолочных)
листов ГВЛ к С-образным прогонам выполняется на «гибком» подвесе с тем, чтобы
обеспечить звукоизоляцию перекрытия. «Гибкость» подвески обеспечивается
применением либо специальных акустических скоб, либо специального акустического
потолочного профиля.
6. Кровельные перекрытия и покрытия
Кровельные стропила для жилищного строительства из ЛСТК изготовлены из
тонкостенной оцинкованной стали.
7. Крепление ЛСТК
Крепление ЛСТК может быть осуществлено с помощью: резьбовых соединений,
закладной клепки, штамповочной клепки, сварки, склейки, петлевых соединений,
костыльных пистолетов. Винты для крепления металлических листов могут быть
разделены на три группы: шурупы, самосверлящие винты, нарезающие винты с
предварительным просверливаем.
Стальной профлист используется для полов между помещениями с целью
распределения нагрузки, как по горизонтали, так и по вертикали. Листы крепятся винтами
к расположенным внизу балкам из тонкостенной стали. Для получения жесткой
конструкции пола требуется много точек крепления, т.е. винт либо в каждой гофре, либо
через одну гофру профлиста.
Поверхность пола обычно покрывается двумя слоями гипсовых листов: один 13-мм
стандартный гипсовый лист ГВЛ и один 13-мм напольный гипсовый лист. Гипсовые
листы крепятся на клею или винтах. Соединения между короткими сторонами гипсовых
листов должны быть расположены сверху краев профилей. Два слоя плит
устанавливаются с внутренним смещением так, чтобы избежать длинных стыков. Боковое
смещение должно быть 300 мм, т.е. половина ширины плиты, а продольное, по крайней
мере, 400 мм.
При приклеивании, достаточное количество клея наносится на ребра профилей, и
листы кладутся на жидкий клей. Листы крепятся шурупами так, чтобы сталь и лист
находились в контакте друг с другом. Верхний слой гипса прочно клеится к нижнему
слою; листы для пола крепятся винтами или гвоздями с широкой шляпкой.
Для крепления листов ГВЛ для пола используются винты. Нижний слой крепится в
точках вдоль краев с большим центральным расстоянием, чем верхний слой. Верхний
слой также крепится по центру плиты.
Подвесные потолки из листов ГКЛ / ГВЛ крепятся винтами к потолочным профилям
в конструкции пола. Важно помнить, что винты не должны быть слишком длинными,
иначе они будут касаться рамы, что ухудшит звукоизоляцию.
Гипсовые листы привинчиваются к профилям стеновой панели самосверлящими
винтами. Второй слой листов ГКЛ /ГВЛ устанавливается со смещением в половину
ширины листа и крепится к первому винтами. Головки винтов должны быть потайными
8. Прогиб
Перекрытие из гнутых тонколистовых профилей имеет небольшой собственный вес.
Если пол состоит из двойных гипсовых листов, то его вес составляет около 65 кг/м 2 , при
слое бетона толщиной 30 мм по профлисту, вес пола около 135 кг/м2. Небольшой
собственный вес перекрытия обуславливает невысокие вибрационные и жесткостные
свойства легких полов, которые сильно отличаются от показателей тяжелых бетонных
перекрытий, чей вес около 500 кг/м2.
9. Пожаробезопасность
В ЛСТК целая конструкционная рама из стоек из тонкостенной стали встроена в
стены и полы, и, таким образом, часто достигается существенный уровень пожарной
безопасности без специальных дополнительных мер. Поскольку в конструкциях пола и
стены нет горючих материалов, они не способствуют распространению огня. В легких
стальных тонкостенных конструкциях плита, покрывающая стены и полы, может
защитить сталь от огня на время до 120 минут, в зависимости от материала плиты и
количества плит. Выбор изоляционного материала - как правило, негорючей базальтовой
минеральной ваты - важен для пожарной безопасности.
10. Окружающая среда
ЛСТК - это сухая конструкция, не содержащая органических материалов. Сухая
конструкция значительно снижает риски проблем с влагой и синдром «больного здания».
Сталь, гипс и минеральная вата - это материалы закрытого цикла. Все перечисленные
материалы, используемые в ЛСТК могут быть рециркулированы на 100%. Существует
возможность разборки компонентов здания для повторного использования.
ЛСТК подразумевает меньшее энергопотребление в процессе производства по
сравнению с каркасом из монолитного бетона. ЛСТК задействует только 25% материалов,
используемых для сооружения равнозначных зданий из бетона. Меньшее количество
отходов - более чистая строительная площадка, а меньший вес компонентов здания
обеспечивает хорошую рабочую обстановку. Низкий вес означает снижение транспортных
расходов.
11. Продолжительный срок службы
Продолжительность срока службы здания в большей степени закладывается еще на
стадии дизайна. Необходимы стойкие материалы, архитектурное предвидение
перспективы, а также здание, которое сможет в дальнейшем быть приспособлено к
текущим нуждам рынка. Свойства стали не меняются в течение всего срока службы
здания. Здания со стальным каркасом имеют большой срок службы. Защита от коррозии в
форме современных красок, горячего цинкования погружением, а также сухой или
умеренной влажности климат предохраняют сталь от коррозии.
Тонкие стальные профили подвергаются горячему цинкованию погружением с
расходом Zn - 275 г/м2, что обеспечивает защиту от коррозии и продолжительность срока
службы минимум в 100 лет.
12. Низкое энергопотребление
Энергопотребление при эксплуатации здания в 10 раз выше, чем при его
строительстве. Поэтому важно проектировать и строить так, чтобы потребление энергии
было как можно ниже. Энергопотребление в процессе эксплуатации также зависит от
стиля жизни. Потребление ресурсов в ходе эксплуатации напрямую связано с
энергопотреблением здания и с возможностью замены элементов, т.к. свойства и
очертания стальной конструкции не изменяются, то энергопотребление здания также не
будет меняться. Внешняя стена из профилированных стальных элементов обеспечивает ту
же самую теплоизоляцию, что и такая же стена из деревянных брусьев. Части здания
свинчиваются вместе и поэтому могут быть разобраны. Возможность разборки здания
делает его гибким в
плане последующего
использования. Энергопотребление
в здании с легким каркасом не выше, чем в здании с тяжелым каркасом, где может
сохраняться тепло.
13. Повторное использование
Стальные конструкции могут быть разобраны, так как чаще всего компоненты
свинчиваются. После повторного использования стойкость продукта сохраняется, и он
продолжает соответствовать требованиям, предъявляемым к новым зданиям. Благодаря
стандартным размерам колонн, решеток и легких стальных профилей, продукты легко
распознаются и используются повторно.
14. Проектирование
Существует широкий выбор инструментов для проектного планирования: от
изображения с использованием программ 2D CAD до т.н. моделирования, основанного на
3D CAD инструментах. Выбор инструмента проектирования зависит от типа и размеров
проектируемой конструкции, а также от доступности соответствующих ресурсов. В
настоящее время графические программы CAD наиболее часто используются для
проектного планирования в строительстве с применением легких стальных каркасов.
Одновременно развивается и дает хорошие результаты моделирование на основе 3D
инструментов 3D - моделирование.
Трехмерное моделирование продукта (3D Model) предлагает возможность
интегрирования всей информации в одной базе данных и, затем, выбор способа ее
представления, например, чертеж для сборки, спецификации и т.п.
3D моделирование означает, что компьютерная модель здания создается в трех
измерениях. Модель строится из элементов, имеющихся в базе данных. Элементы
содержат информацию о своем геометрическом положении, размерах и свойствах.
Элемент может представлять из себя стальную стойку, балку перекрытия или 13-мм лист
ГКЛ.
Все стандартные элементы содержатся в базе данных, где также указан крепеж,
соединения, отверстия, автоматическая нумерация, спецификации и прочее. В ходе
проектирования все проектировщики и строители имеют доступ к общей базе данных, в
которой содержится информация о здании. Таким образом, участники строительства
всегда имеют под рукой самые последние документы.
15. Заводское производство
Могут выпускаться в виде готовых секций элементы стен и полов, обрешетка крыш,
а также завершенные объемные модули и специальные узлы, например, панели и блоки
для ванных комнат. Стационарное производство требует больше капиталовложений по
сравнению с другими видами производства, но оно обладает рядом преимуществ:
-высокая степень точности и высокое качество.
-высокая производительность и малое время сборки.
-малое количество отходов.
-значительно снижается необходимость в складских площадях на строительной площадке.
Недостатки стационарного производства:
-затрата времени на доставку.
-колебание цен.
-качество соединения готовых панелей (блоков).
-повреждения при погрузке-выгрузке и транспортировке.
-необходимость тщательного проектного планирования и принятия решения на ранних
стадиях строительства.
-высокие инвестиции в цеха и оборудование.
Результатом стационарного производства может стать возрастание объема
перевозок, т.к. материалы доставляются на производство и вывозятся на строительные
площадки, где осуществляется сборка, но с увеличением
объемов
производства,
использование транспорта становится более эффективным.
В настоящее время внутренние коммуникации часто оказывают влияние на
стоимость каркаса, стен и половых элементов. Из-за недостатка координации между
проектным планированием и конструированием, это влияние часто бывает неожиданным
и с трудом подлежит управлению. Проектное планирование должно быть достаточно
всесторонним, для того, чтобы избежать всевозможных конфликтов. При снижении
зависимости от работ, производимых на стройплощадке, и устранения конфликтов между
работами по монтажу коммуникаций и самому строительству, влияние на затраты по
другим компонентам здания будут также снижаться. Все оборудование ванных комнат
может быть установлено на заводе, а не на стройке. Вся работа в таком случае сводится
только к подключению к внешним сетям.