Особенности металлического каркаса здания

Металлические каркасы активно применяются в строительстве. Они универсальны и способны выдерживать значительные нагрузки.

Основными сферами их использования выступают:

• Склады и ангары. Быстровозводимые металлические каркасы идеальны для логистических и производственных объектов благодаря своей высокой прочности и экономичности.
• Производственные помещения. Металлоконструкции позволяют разместить тяжелое оборудование и поддерживать необходимую высоту потолков.
• Жилые здания. Металлические каркасы используются для строительства современных многоквартирных домов и таунхаусов. Они позволяют воплощать сложные архитектурные решения и гарантируют прочность и устойчивость сооружения.

Особенности

Металлокаркас представляет собой систему несущих элементов, обеспечивающих прочность и жесткость конструкции. При грамотном расчете и соединении составляющих частей каркас способен выдерживать разные нагрузки.

Одним из главных аспектов проектирования является обеспечение пространственной жесткости. Она достигается благодаря равномерному распределению нагрузок и устойчивости узлов. Это гарантирует защиту сооружения от деформаций под воздействием внешних сил (ветра или снега) и повышает устойчивость к сейсмическим воздействиям.

При проектировании каркасов специалисты используют пространственные расчеты, чтобы оптимально распределить нагрузки и правильно подобрать элементы.

Чтобы безошибочно определить параметры и выбрать оптимальные материалы для каркаса, проводятся предварительные инженерные расчеты:

• Поперечных элементов. Поперечные рамы обеспечивают жесткость конструкции и стойкость к изгибающим нагрузкам.
• Продольных элементов. Продольные связи противодействуют ветровым нагрузкам, защищая здание от боковых воздействий. Сюда входят покрытие кровли, прогонные элементы для стен и подкрановые балки.

Металлокаркас состоит из следующих конструктивных элементов:

• Несущие колонны и балки. Основные части, на которых держится вся конструкция, обеспечивают стойкость и прочность.
• Поперечные и продольные связи. Препятствуют изгибу и скручиванию каркаса под воздействием ветровых и других боковых нагрузок, добавляя пространственную жесткость.
• Фасадные и стеновые ограждения. Фахверковые конструкции поддерживают стеновые панели и обеспечивают защиту от внешних факторов.
• Лестницы, площадки и кронштейны. Облегчают доступ и обеспечивают безопасность внутри здания.

Вдоль и по покрытию сооружения монтируется система связей. Это структурные элементы, связывающие части каркаса между собой и увеличивающие жесткость и устойчивость здания. Данная система предотвращает смещение конструкции при внешних воздействиях.

Для соединения частей используются такие методы:

• Болтовые соединения. Просты в установке и могут быть разобраны при необходимости.
• Сварка. Обеспечивает прочное скрепление, однако требует высокой квалификации рабочих.
• Заклепки. Применяются в конструкциях с динамическими нагрузками, где болтовые соединения могут ослабнуть.

Преимущества и недостатки металлокаркасов

Среди преимуществ металлокаркасов выделяют:

• Экономичность. Стоимость металлических конструкций может быть ниже бетонных или каменных аналогов. Прежде всего это касается применения ЛСТК.
• Одновременную прочность и легкость. Благодаря своей легкости и высокой прочности металлокаркасы снижают нагрузку на фундамент. Именно поэтому они часто используются в ходе строительства на слабых грунтах.
• Заводское изготовление. Конструкции производятся на высокоточном оборудовании. Это уменьшает риск ошибок на строительной площадке и гарантирует экономию времени.
• Огнестойкость и защиту от коррозии. Металлические конструкции можно защитить с помощью огнестойких и антикоррозийных покрытий. Это увеличивает их срок службы и устойчивость.
• Архитектурные возможности. Металлокаркасы позволяют реализовать сложные архитектурные проекты, включающие открытые пространства и нестандартные формы.

К минусам металлокаркасов относят:

• Высокую теплопроводность. Металлические конструкции быстро теряют тепло, требуя дополнительной теплоизоляции. Проблема особенно актуальна для холодных регионов.
• Подверженность коррозии. Без защиты металл ржавеет, из-за чего уменьшается срок службы сооружения. Применение антикоррозийных покрытий или нержавеющей стали помогает решить проблему, но увеличивает затраты.
• Высокую стоимость по сравнению с деревом. Хоть металлические каркасы и дороже деревянных, они прочнее и долговечнее. Поэтому расходы оправданны.
• Необходимость квалифицированного монтажа. Установка металлокаркасов требует точных расчетов и участия профессионалов. Любые ошибки могут снизить уровень безопасности конструкции.

Классификация металлокаркасов

Выделяют несколько видов металлокаркасов:

• для быстровозводимых конструкций;
• несущие;
• арматурные.

Металлокаркасы для быстровозводимых сооружений часто встречаются в промышленности, торговле и логистике. Они представляют собой конструкции, состоящие из стандартизированных элементов (балок, колонн, прогонов). Их легко транспортировать и собирать на месте. Такие каркасы особенно популярны при строительстве ангаров, торговых павильонов и складских помещений.

К их особенностям относят:

• Легкость монтажа. Быстровозводимые металлокаркасы разрабатываются так, чтобы все элементы можно было собирать и закреплять без сложных инструментов.
• Мобильность. Конструкции можно перемещать, при необходимости – демонтировать и устанавливать на новом месте.
• Экономию времени и затрат. Каркас не требует тяжелой техники для сборки, позволяя существенно снизить расходы на строительство.

Несущие металлокаркасы считаются основой сооружений, обеспечивая их структурную устойчивость. Такие устройства предназначены для больших нагрузок и часто применяются в зданиях с большими пролетами и этажностью.

Их основными компонентами выступают:

• Вертикальные стойки – основной несущий элемент, который принимает на себя вес здания.
• Горизонтальные ригели – соединяют вертикальные стойки и передают нагрузку на колонны.
• Связи – продольные и поперечные. Обеспечивают жесткость и устойчивость конструкции, предотвращая изгибы и деформации.

Арматурные каркасы используются для армирования железобетонных конструкций, увеличивая их прочность.

Существует три типа арматурных металлокаркасов:

1. Сварные – готовые блоки из арматуры, сваренные между собой. Такие каркасы обеспечивают равномерное распределение нагрузок.
2. Линейные – применяются для усиления продольных и поперечных элементов и позволяют создавать конструкции со сложной геометрией.
3. Объемные – используются для крупных железобетонных конструкций. Состоят из нескольких слоев арматуры, соединенных между собой. Применяются для построек с большими объемами бетона.

Классификация металлокаркасов для быстровозводимых сооружений

Для таких сооружений предусмотрено два варианта каркасов – из легких стальных конструкций (ЛСТК) и легких металлоконструкцией (ЛМК).

• ЛСТК представляют собой тонкостенные профили из оцинкованной стали. Они характеризуются высокой прочностью при незначительном весе. Применяются при строительстве жилых домов, офисов, спортивных комплексов.
• ЛСТК не требует сложного фундамента, сокращая время и затраты на строительство.

Преимуществами таких конструкций считаются:

• Энергоэффективность. Стены из ЛСТК обеспечивают высокую тепловую изоляцию, уменьшая затраты на отопление и кондиционирование.
• Универсальность. Подходят для возведения сооружений разной конфигурации и этажности.
• Неприхотливость. Монтаж возможен в любое время года и вне зависимости от погодных условий.

ЛМК — это легкие конструкции из стального профиля, используемые для возведения сооружений с огромными пролетами (стадионов, аэропортов). Они значительно уменьшают общий вес здания и обеспечивают высокую прочность благодаря рациональному использованию материалов.

Среди их особенностей выделяют:

• Экономию материала. ЛМК позволяют оптимизировать расходы за счет применения облегченных профилей.
• Устойчивость к нагрузкам. Позволяют создавать просторные интерьеры без дополнительных опорных элементов.
• Универсальность. Могут быть интегрированы в здания различных форм и размеров.

Особенности монтажа металлокаркаса

Монтаж начинается с установки колонн, которые являются основными вертикальными опорами каркаса. На первом этапе необходимо поддерживать эти конструкции в вертикальном положении до их окончательной фиксации. Поэтому на время установки формируют временные связи, которые удерживают колонны и предотвращают их наклон. После выравнивания опор и подтверждения вертикальности их закрепляют с применением анкерных болтов.

Далее начинается монтаж ферм рядовых рам. Они гарантируют прочность металлокаркаса и позволяют распределять нагрузку на колонны и перекрытия. Первая ферма удерживается вертикально с помощью специальных траверсов и строп.

Фермы устанавливаются с точностью до миллиметра и закрепляются на верхней части колонн, создавая устойчивую структуру.

Затем начинается монтаж каркаса торцевых стен. Прогоны и распорки фиксируются по периметру, гарантируя требуемую жесткость. Затем каждая конструкция проверяется с помощью уровня и отвеса. Такой контроль нужен для обеспечения точности процесса.

Следующий этап — кровельные прогоны. Они устанавливаются на верхнем уровне каркаса, способ зависит от типов ферм и колонн. Прогоны монтируются в соответствии с утвержденными схемами, которые определяют места фиксации. Они должны выдерживать вес кровельных материалов, снеговую нагрузку и возможное оборудование.

Защитные покрытия металлокаркаса

Защитные покрытия продлевают срок эксплуатации металлокаркасов, предохраняя их от коррозии и внешних воздействий. В частности, выполняется покрытие слоем цинка или хрома. Оцинковка и хромирование защищают металл от коррозии в условиях повышенной влажности.

Оцинковка горячим способом предусматривает погружение элементов в расплавленный цинк. В результате создается прочное покрытие и гарантируется защита от повреждений. Покрытие хромом обеспечивает дополнительную устойчивость к коррозии. Хромирование актуально для конструкций, расположенных в агрессивной среде.

Существует несколько методов покрытия металлических конструкций:

• Погружение в горячий металл. Формируется слой металла, который дает защиту от ржавчины.
• Осаждение солей. Химическая реакция создает защитный слой, подходящий для тонких элементов.
• Газотермическое напыление. Тонкий слой покрытия наносится при высокой температуре.
• Плакирование. Защитное покрытие сплавляется с металлом каркаса, повышая устойчивость к коррозии.

Органические покрытия (краски, лаки и полимеры) также эффективно защищают металлические конструкции от агрессивных сред – влаги, солей и химических соединений. Лаки и краски заполняют микропоры на поверхности металла и предотвращают проникновение влаги. Полимеры образуют плотный слой, устойчивый к ультрафиолету и химическим воздействиям. Оксидирование предусматривает покрытие металла оксидами (например, оксидом железа или алюминия), которые обеспечивают дополнительную защиту от коррозии.

Большинство перечисленных методов применяется в заводских условиях. В быту обычно используются краски либо лаки.