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.