В США после Второй мировой войны здания из легких металлоконструкций оказались наиболее экономически оправданным вариантом при строительстве промышленных объектов. В России их начали возводить в начале 60-х гг.

Использование современных технологий и высококачественных материалов способствует значительному расширению области их применения: складские помещения, производственные цеха, торговые и выставочные комплексы, административно-бытовые, спортивные сооружения, ангары всевозможного назначения, гаражи и многое другое. При этом экологически безвредные и пожаростойкие материалы позволяют строить объекты любого назначения в различных климатических условиях в соответствии с самыми высокими требованиями надежности, безопасности и долговечности. По сравнению с аналогичными зданиями из кирпича и железобетона строения из легких металлоконструкций обладают рядом бесспорных преимуществ: невысокая стоимость и быстрая окупаемость, сжатые сроки монтажа независимо от сезона, а также возможность быстрого демонтажа сооружения и оперативного возведения на другой территории. В зависимости от конструктивных особенностей строительных объектов металлоконструкции имеют различное исполнение. Например, форма зданий может быть не только типовой (то есть прямоугольной), но и арочной, а также многоярусной. Попробуем разобраться, что представляет собой строение из легких металлоконструкций при ближайшем рассмотрении.

Любое сооружение начинается с фундамента. При возведении здания из легких металлоконструкций, как правило, выбирают один из трех возможных вариантов: столбчатый, свайный или ленточный железобетонный фундамент. Это зависит от типа строения и ряда объективных условий. Скажем, столбчатые фундаменты применяются при достаточной несущей способности оснований. Их конструкция представляет собой монолитные железобетонные подошву и подколонник, заглубление ниже отметки промерзания грунта. Крепление колонн к фундаменту осуществляют с помощью анкеров или закладных деталей. Если же грунт имеет незначительную несущую способность, оптимальным вариантом будет свайный фундамент: конструкция, посредством которой нагрузки от опорных частей металлокаркаса сооружения передаются на грунты, расположенные ниже заострений свай. Крепление колонн также анкерное. Наконец, ленточные незаглубленные фундаменты используют в небольших строениях, а также при относительно слабых грунтах. При этом монолитные железобетонные ленты заглубляют на небольшую глубину и устанавливают на массивную щебеночную подготовку. Арматурный каркас таких фундаментов достаточно прочен.

Каркас объектов из легких металлоконструкций представляет собой плоские металлические рамы, установленные на железобетонный фундамент и расположенные в параллельных плоскостях. Между собой они объединены металлическими распорками, а также прогонами и второстепенными балками межэтажных перекрытий. Деревянные или металлические прогоны служат для крепления к металлокаркасу стеновых или кровельных конструкций, а также для восприятия передаваемых ими ветровых и снеговых нагрузок. Шаг расстановки рам обычно составляет 3, 4, 6, 9 или 12 м. Этажность здания определена количеством пролетов, ярусов рам. Так, пролеты одноэтажных объектов достигают 50 м (при высоте строения до 15 м), а пролеты сооружений в несколько этажей - 9 м (высота этажа - до 6 м). Каркасы зданий из легких металлоконструкций различаются с точки зрения типа их соединений, которые могут быть сварными либо болтовыми. Тот и другой имеют свои достоинства. Сварные используют при изготовлении конструкций на заводе. Легкие сварные конструкции незаменимы в тех случаях, когда свои условия диктуют нестандартный промышленный дизайн объекта и чрезмерные затраты на доставку строительных материалов в труднодоступные районы. Изготовленные из них здания и строения имеют высокую степень заводской готовности и низкую металлоемкость.

Болтовые монтажные соединения позволяют собирать каркас сооружения непосредственно на строительной площадке с минимальными трудозатратами. Их неоспоримые преимущества - быстрота и точность сборки. Межэтажные перекрытия объектов из легких металлоконструкций, как правило, выполняют по второстепенным балкам покрытия и изготавливают из ребристых и пустотных железобетонных плит, монолитных железобетонных плит по несъемной опалубке из стального оцинкованного профилированного листа и т.д. Выбор того или иного материала зависит от назначения и степени капитальности здания. Далее логично перейти к стенам. В данном случае их уместнее назвать ограждающими конструкциями строения.

Здесь также возможны варианты: поэлементная (полистовая) сборка или сэндвич-панели. Первый вариант предполагает последовательную установку следующих элементов: внутренняя ограждающая конструкция (обычно это оцинкованная профилированная тонколистовая сталь с цветным полимерным покрытием), утеплитель, наружная ограждающая конструкция. Впрочем, без использования утеплителя удастся существенно снизить ее общую стоимость. В качестве утеплителя, как правило, применяют минераловатную плиту, пенполистирол, пенопласт, пеноизол и прочие материалы с низкой теплопроводностью. Полистовая сборка обходится дешевле сэндвич-панелей, не требует высокой точности сборки металлокаркаса, однако весьма трудоемка при монтаже, а это весьма существенный недостаток. Сэндвич-панели производят на заводе, крепят их непосредственно к прогонам с помощью самонарезающих болтов. При этом принципиально важны точность изготовления металлокаркаса и правильность разрезки панелей перед их монтажом. Панели крепят к каркасу, образуя стену с проемами для окон и дверей. Внутренняя отделка помещений зависит от их назначения. Окна делают на основе деревянных, металлических и металлопластиковых переплетов. Ворота и двери выполняют из любого материала. Размеры, материал, расположение окон и дверей определяют индивидуально. Надо сказать, что кровля строения также может иметь проемы, включающие вентиляционные, технические выходы, световые фонари, глухие светопрозрачные вставки, а также элементы снегозадержания и ограждения. При необходимости на объект проводят соответствующие коммуникации: отопление, освещение, электроснабжение, канализацию. Использование современных инженерных систем и применение высококачественных материалов при внешней и внутренней отделке сооружений позволяет строить здания, отвечающие повышенным требованиям, предъявляемым к функциональности, комфортности и эстетике.

Мы уже говорили о том, что строения из легких металлоконструкций могут иметь разную форму, отвечающую тем или иным требованиям эксплуатации. Вот несколько возможных вариантов: ангары арочного или шатрового типов, здание с вертикальными стенами или полигонального типа. Ангары арочного типа традиционно используют в качестве помещений для складов (хотя там вполне удастся разместить и небольшое производство).

Основообразующим элементом арочного ангара является арка, вписанная в полуокружность. Ее пролет составляет от 8 до 24 м, при этом шаг равен от 3 до 4 м. Арки устанавливают на незаглубленный ленточный фундамент и скрепляют между собой системой крестовых и продольных связей.

Арка каркаса ангара шатрового типа имеет несколько иную конструкцию, соответственно, иной будет и форма свода здания. Обычно арку каркаса выполняют из прокатных балок, состыкованных на фланцах при монтаже. Пролет ангара от 8 до 24 м при высоте от 4 до 12 м. Преимуществом шатровых ангаров является расширенный объем, который увеличивается за счет использования более компактных и устойчивых несущих конструкций арок. Наиболее универсальные в эксплуатации, пожалуй, объекты с вертикальными стенами. В отличие от арочных сооружений они более капитальные, практически не имеют ограничений по ширине, высоте и длине. Основообразующим элементом таких строений служат одно- или многопролетные, одно- и многоярусные рамы каркаса, устанавливаемые с шагом от 3 до 9 м на железобетонные монолитные фундаменты. Размер пролета одноэтажного здания может достигать 40 м (в сооружении в несколько этажей - 9 м). Стены и кровлю выполняют в виде полистовой сборки либо с применением сэндвич-панелей. Изготовление проемов в стеновых конструкциях не вызывает каких-либо проблем. Наконец, объекты полигонального типа используют для перекрытия больших пролетов, достигающих 50 м при высоте до 15 м. По форме они напоминают строения шатрового типа, отличия заключаются лишь в конструкциях формообразующих арок каркаса (в данном случае это вписанные в эллипс плоские решетчатые фермы или балки двутаврового сечения, имеющих фланцевые монтажные стыки на высокопрочных болтах), а также в применяемых ограждающих конструкциях. Устраивать проемы предпочтительнее в торцевых частях здания.

Существенным значением в функции полезности и при выборе варианта здания и сооружения являются трудозатраты на подготовительные общестроительные работы, трудозатраты на изготовление отдельных частей здания, трудозатраты на монтаж и эксплуатационное обслуживание зданий.

Анализом информационных источников установлены трудозатраты заводского изготовления единицы массы конструкций из ЛМК.

Для конструкций массового изготовления эти показатели представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Технология возведения сооружений из легких металлоконструкций переживает в данный момент бурное развитие, что вполне оправданно. Легкость и высокая скорость монтажа, относительная дешевизна конструкции и минимальные трудозатраты при строительстве как нельзя лучше соответствуют современным тенденциям в производстве и сфере услуг.