Что такое ЛСТК (легкие стальные тонкостенные конструкции)?

Развитие металлостроительства, вызванное очевидным строительным бумом в сегодняшней России, и рост объемов производства стального листа для строительства заставляют металлургов и производителей металлических профилей искать новые конструктивные решения и новые строительные материалы.
На Западе хорошо известно понятие Light Gauge Steel Framing что в переводе на русский может означать Легкие Стальные Тонкостенные Конструкции (ЛСТК). Из этих конструкций возводят жилые одно- и двухэтажные здания, магазины, гаражи, общественные здания (отели, медицинские и спортивные учреждения). История строительства из ЛСТК в Европе, США и Канаде насчитывает уже более 50-ти лет. При этом за рубежом накоплен огромный опыт проектирования, финансирования, строительства и эксплуатации зданий из ЛСТК.
Постепенно ЛСТК входят и на рынок России, тем более, что в нашей стране огромная история металлостроительства, большой опыт проектирования и строительства из металла - строительство ЛСТК Киев.
Это новое направление металлостроительства связано исторически с понятиями МК (Металлические Конструкции) и ЛМК (Легкие Металлические Конструкции), но имеет свои отличительные особенности, которые требуют нового уровня проектирования, конструирования, планирования, строительства.
ЛСТК характеризуют следующие отличительные особенности:
Толщина применяемой стали не превышает 3.0 мм.
Всегда используется рулонный холоднокатаный оцинкованный лист с суммарной массой цинка не менее 275 гр./кв.м.

Технология ЛСТК в строительстве зданий

Основу ЛСТК составляют холодногнутые профили открытого и замкнутого сечений. Как одна из отличительных черт ЛСТК – применение для ограждающих конструкций (стены, потолки и пр.) тонкостенных профилей с предварительной перфорацией стенки (так называемые «термо-профили») для улучшения теплотехнических параметров теплового контура здания.
Соединение всех несущих (нагруженных) и ненесущих элементов конструкций при помощи высококачественных самосверлящих винтов из коррозионностойкой (нержавеющей) стали и/или из углеродистой стали с цинковым или кадмиевым покрытием.
Отличительной особенностью ЛСТК является также включение в работу конструкций неметаллических материалов. Например, при расчете наружных стен на продольные усилия учитывается совместная работа профилей (стоек) и внутренних (наружных) обшивок из ГКЛ, ГВЛ, ЦСП, OSB и др.
Конструктивные решения ЛСТК полностью интегрируются в понятие «сухое строительство», которое нашло сегодня широкое применение, благодаря техническим наработкам таких компаний как KNAUF, REGIPS и др.

Строительство ЛСТК под ключ

Предварительное проектирование, конструирование на базе современных программ (в том числе 3D моделирование) позволяют существенно сократить массу стальных конструкций, следовательно, уменьшить стоимость строительства, при этом существенно сокращаются и сроки производства работ. Например, масса стальных конструкций, приведенная на 1 кв.м. площади одноэтажного жилого дома – от 25 кг/кв.м. , двухэтажного здания – от 38 кг/кв.м.
Интегрирование пространственного моделирования конструкций, (автоматическое получение конструкторской и проектной документации) с автоматизированным процессом производства элементов конструкций позволяет получать полностью идентифицируемые фрагменты, которые собираются (укрупняются) на строительной площадке в короткие сроки с машиностроительными допусками.
Легкость в сочетании с прочность и устойчивостью (особенно на сейсмические нагрузки), простота и удобство сборки элементов, совмещение несущих и ограждающих функций тонкостенных профилей - это также преимущества ЛСТК, которые позволяют повысить производительность труда в 1.5…2 раза, приближают отрасль металлостроительства по уровню технического развития к машиностроению.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ МАЛОЭТАЖНОГО ГРАЖДАНСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

За последние 8–10 лет в нашей стране сформировалась новая отрасль строительной индустрии — производство гнутых профилей из оцинкованной стали. Учитывая актуальность развития этого направления, в России создана Национальная ассоциация производителей стальных гнутых профилей (NAMSCS), объединяющая более 30 фирм, изготовляющих в год около 1 млн. т гнутых профилей из оцинкованной стали. Область массового применения этих профилей включает легкие несущие и ограждающие конструкции зданий и сооружений различного назначения во всех регионах России, в т. ч. Крайний Север и сейсмические районы.
В гражданском строительстве наиболее эффективно применение конструкций из оцинкованных гнутых профилей в сейсмических районах, малоэтажных коттеджах комплектной поставки и при реконструкции зданий: надстройке мансардных этажей, создании вентилируемых фасадов и замене плоских рулонных кровель на малоуклонные металлические с герметичны ми стыками.
Применение этих конструкций вместо традиционных — из железобетона, кирпича, дерева или стального проката — дает значительный экономический эффект в вышеприведенной области строительства благодаря снижению нагрузок от собственного веса и сейсмических нагрузок, уменьшению транспортных расходов и трудозатрат на монтаже, сокращению сроков строительства без применения строительных машин.

КАРКАСНЫЕ ЗДАНИЯ

Для изготовления каркасов зданий используют номенклатуру стандартных гнутых профилей трех типов поперечного сечения - швеллерные, с-образные и z-образные (рис. 1). Высота профилей - от 100 до 350 мм.
Для повышения жесткости профилей при местной нагрузке и кручении их стенке придают ступенчатую -образную форму при профилировании.
Профили изготовляют из рулонной оцинкованной стали толщиной от 0,7 до 2,0 мм с пределом текучести от 250 до 350 МПа и относительным удлинением не менее 18%. Суммарная масса цинка на двух поверхностях рулонной стали должна составлять не менее 275 г на кв. м, что обеспечивает коррозионную стойкость профилей в течение не менее 25 лет при эксплуатации каркаса в условиях неагрессивной или слабоагрессивной среды.
Для повышения коррозионной стойкости элементов каркаса профили могут выполняться из оцинкованной стали с полимерным или лакокрасочным покрытием.
Для снижения теплопроводности гнутых профилей, используемых в ограждающих конструкциях, на их стенках в процессе прокатки выполняют перфорацию в виде продольных просечек.
Теплопроводность перфорированных профилей (или термопрофилей) сопоставима с деревянными элементами аналогичной площади сечения.
Для малоэтажных зданий разработаны две системы наружных стен:

несущие стены с каркасом из термоoпрофилей;
самонесущие стены полистовой сборки или из панелей.

В состав несущих наружных стен входят:

перфорированные профили из оцинкованной стали толщиной 0,7-1,5 мм, образующие вертикальные стойки и горизонтальные ригели, соединенные между собой на винтах-саморезах;
эффективный негорючий утеплитель (минераловатные базальтовые или стекло- волокнистые плиты), плотно уложенный между стойками: o пароизоляция из пленки типа "Юта-фол";
обшивка из гипсокартонных листов; • диффузионная пленка типа TYVEK;
наружная облицовка из кирпича, сайдинга, деревянных панелей, расположенная с воздушным зазором от поверхности утеплителя.

Толщина стены колеблется от 150 до 250 мм при приведенном сопротивлении теплопередаче от 3,2 до 5,1 кв. м·°С/Вт. Внутренний каркас здания выполняется из спаренных сплошностенчатых профилей, образующих стойки двутаврового или коробчатого сечения.
Балки междуэтажных перекрытий выполняются из одиночных или спаренных профилей с-образного сечения высотой 150–300 мм, соединенных с колоннами на болтах.
По балкам укладывается профилированный стальной настил, который обеспечивает устойчивость верхних поясов балок из плоскости и выполняет функцию диафрагмы жесткости, заменяющей горизонтальные связи. Настил должен крепиться на опорах самонарезающими винтами в каждой волне. Чердачное перекрытие включает стальной каркас, диагональные связи, подшивной потолок и теплоизоляцию из минераловатных плит.
Каркас этого перекрытия выполняется из термопрофилей, расположенных с шагом 600 мм, и обрешетки для подшивного потолка, на который укладывается утеплитель. Несущие конструкции покрытия состоят из стропильных ферм или балок, изготовленных из оцинкованных гнутых профилей. Стропильные системы пролетом от 6 до 15 м применяются в следующем виде:

одно и двухскатные треугольные фермы;
фермы с параллельными поясами;
двускатные балки с затяжками.

Элементы стропильных ферм и балок выполняются из гнутых профилей швеллерного, с-образного или z-образного сечения. Фермы выполняются симметричного сечения относительно вертикальной плоскости с прикреплением элементов решетки к поясам.
Пояса ферм выполняются как правило из одиночных профилей, элементы решетки — из одиночных или спаренных профилей с-образного сечения. При расчете ферм элементы оптимизируются по форме и площади сечения, чтобы минимизировать их общий вес. В связи с тем, что в узлах ферм имеются эксцентриситеты, пояса и элементы решетки рассчитываются с учетом изгибающих моментов.
При внеузловой нагрузке пояса рассчитываются на совместное действие продольных усилий и изгибающих моментов [2]. Соединения элементов стропильных конструкций выполняются на самонарезающих винтах или болтах, количество которых определяется расчетом.
В случае недостаточного размера полок и стенок профилей для расположения требуемого количества винтов или болтов в отдельных узлах конструкции предусматриваются фасонки или накладки толщиной от 2 до 6 мм. Узлы опирания стропильных конструкций на стойки каркаса могут решаться как шарнирные или жесткие.

РЕКОНСТРУКЦИЯ ЗДАНИЙ

Одной из важных задач реконструкции существующих зданий является дополнительное утепление наружных стен и покрытий, не отвечающих повышенным требованиям к энергосбережению. Для решения этой задачи с применением тонкостенных гнутых профилей может использоваться система, известная под названием «вентилируемый фасад» Реконструкция покрытия включает замену рулонной или другой поврежденной кровли на металлическую малоуклонную.
Монтаж металлической кровли проводится без нарушения существующего рулонного ковра за исключением мест установки несущих стоек кровли. Стойки выполняются из одиночных или спаренных гнутых профилей с-образного сечения высотой 100–150 мм и устанавливаются с шагом 2,5–3,0 м. Базы стоек изготовляются из прокатных уголков, которые крепятся к бетонному слою или плитам существующего перекрытия последнего этажа с помощью анкерных болтов длиной до 150–200 мм.
Высота стоек принимается в зависимости от требуемой толщины дополнительного утеплителя и зазора 30–50 мм, предусмотренного для естественной вентиляции пространства между кровлей и поверхностью утеплителя. По стойкам крепятся тетивы из спаренных гнутых профилей швеллерного сечения высотой 100 мм из стали толщиной 0,8–1,0 мм, которые располагаются вдоль ската кровли с шагом 1,0–1,5 м.
По тетивам крепят элементы обрешетки из гнутых профилей п-образного сечения высотой 40 мм с шагом 300–500 мм, кроме участков шириной 1,0 м по периметру кровли, где шаг снижали до 0,25 м, т. к. на этих участках расчетная нагрузка от ветрового отсоса удваивается в соответствии с нормами.
Для изготовления кровли используют листовые гнутые профили кассетного типа из оцинкованной рулонной стали толщиной 0,55–0,6 мм с лакокрасочным покрытием наружной поверхности и грунтовкой на внутренней.
Листовые профили укладываются на обрешетку из гнутых профилей, расположенных с шагом 300–600 мм в зависимости от снеговой нагрузки, и крепятся с помощью кляммеров из оцинкованной стали толщиной не более 1,0 мм. Кровельные листы соединяются между собой по продольным краям с помощью фальцегибочной машинки, образующей двойной фальц в стыке, одновременно закрепляя в нем кляммеры.
Испытания показали, что такой стык обеспечивает полную водонепроницаемость соединения листов без герметизирующего материала при уклоне кровли не менее 7%. При меньших уклонах в продольные стыки листов вводятся герметики в виде паст или мастики.При значительной длине ската кровли (более 12 м) для исключения поперечных стыков листов кровельные картины изготавливаются непосредственно на строительной площадке, их длина принимается не менее длины ската.
Для этого профилегибочный стан массой около 7 т устанавливается непосредственно на перекрытии последнего этажа или на наклонной платформе на расстоянии 15–20 м от реконструируемого здания. Кровельный лист прокатывают в непрерывном режиме и направляют на транспортерную галерею, снабженную рольгангами.
Прокатываемый кассетный профиль подается, как лента, на направляющие ролики, расположенные вдоль ската кровли. Когда длина ленты профиля достигнет ширины здания, его прокатку временно приостанавливают и лист на кровле разрезают по коньку и у карниза.
Отрезанные части листа укладываются вдоль скатов кровли, соединяются между собой по продольным краям и одновременно крепят к элементам обрешетки с помощью стальных кляммеров.
В строительной практике известны примеры, когда длина скатов кровли, выполненных из профилированных листов по этой технологии без поперечных стыков, достигала 108 м. Строительство мансард в России особенно актуально, т. к. около 20% жилых зданий, которые эксплуатировались более 40 лет, требуют реконструкции.
Возведение новых однои двухэтажных мансард позволит не только придать этим зданиям современный архитектурный облик, но и даст возможность получить дополнительные квартиры и пентхаусы.
Оригинальная конструктивная схема несущих конструкций мансард с рамным каркасом позволяет собирать их из оцинкованных гнутых профилей на строительной площадке и монтировать укрупненными секциями без применения тяжелой грузоподъемной техники. Все соединения в этих конструкциях выполняются с применением самонарезающих винтов, комбинированных заклепок (рор-rivets) или болтов.
Сварка элементов таких конструкций не допускается. Такой способ монтажа позволяет проводить реконструкцию зданий в короткие сроки без отселения людей с нижних этажей.
Производство и использование гнутых профилей из оцинкованной стали в массовом гражданском строительстве становится одним из приоритетных направлений стройиндустрии и благодаря своим очевидным достоинствам пользуется повышенным спросом в России.