Проектирование стальных конструкций

Проектирование строительства

Процесс проектирования включает в себя архитектурное проектирование, разработку структурной концепции, анализ стальной конструкции и проверку всех стальных элементов. Стальные решения легче, чем их бетонные аналоги, с возможностью обеспечить большую гибкую площадь без колонн, меньше фундаментов и быструю, безопасную программу строительства.

Для дизайнера стальное решение означает надежные материалы, гарантированные свойства материала и сечения, точное заводское изготовление всех конструкций и обширную базу, включая программное обеспечение, руководства по проектированию и простые в использовании таблицы сопротивления.

New home under construction using steel frames against a sunny sky.

Процесс проектирования стальных конструкций

Фундаментальный процесс структурного проектирования начинается с подготовки структурной концепции, которая сама основана на архитектурном проекте. Для простых общих форм будет возможно подготовить концептуальный проект непосредственно из архитектурного — типичные решения хорошо прижились на территории России и на практике используются чаще, чем индивидуальные.

Для более сложных конструкций или инновационных проектов передовой практикой является разработка структурной концепции в сочетании с архитектурной схемой, чтобы можно было разработать эффективное и подходящее решение.

После того, как концептуальный проект был разработан, структурный проект может быть завершен, включая определение нагрузок, анализ рамы и проверку элементов.

Стальная конструкция

Сталь идеально подходит для дизайна. Точные свойства материала известны, а свойства каждого конструктивного элемента являются крайне точными. Правила дизайна ясны и прозрачны, без чрезмерного консерватизма, они были проработаны в течение многих десятилетий. Существует множество ресурсов и баз знаний, включая программное обеспечение, для эффективного проектирования металлических конструкций из ЛСТК и ЛМК.

Концептуальный дизайн

Выбор и проектирование первичной структуры является фундаментальной частью концепции проектирования зданий и в идеале должно все это должно быть интегрировано с разработкой архитектурного проекта. Удовлетворение требований клиента, планирования и строительных норм имеет первостепенное значение, но существует ряд структурных форм, отвечающих этим требованиям, каждая из которых имеет свои преимущества. Достоинства различных структурных форм должны быть рассмотрены с учетом требований к структуре.

Ключевые особенности включают в себя:

  • Основные конструктивные элементы многоэтажного здания или одноэтажного ангара / склада.
  • Стоимость и скорость строительства.
  • Высота здания и соотношение площадей.
  • Будущая гибкость и ремонтопригодность.
  • Ограничения площадки, включая состояние грунта и подземных вод.
  • Высота конструкции (от потолка до уровня пола)
  • Стратегия обслуживания помещения, ее координация и интеграция со структурой (по горизонтали и вертикали)
  • Напольные нагрузки
  • Огнестойкость
  • Требования устойчивости к ветру, снегу, климатическому региону.

Основными конструктивными элементами типичного многоэтажного здания являются полы, балки и колонны. В многоэтажных стальных каркасных конструкциях могут использоваться самые разнообразные альтернативные формы и устройства для обеспечения следующих преимуществ:

  • экономия до 40% в отличие от зданий из кирпича и бетона
  • более дешевая конструкция пола
  • возможность включения дополнительного оборудования внутри здания
  • экономия площади без колонн
  • быстрое строительство на месте.

Как выбрать формат строительства

Напольные сетки определяют расстояние между колоннами в ортогональных направлениях, на которые влияют:

  • Проектирование пола (обычно основанная на коэффициентах 0,6 м, 1,2 м или 1,5 м)
  • Расстояние между колоннами на фасаде в соответствии с внешней оболочкой (обычно от 5,4 до 7,5 м)
  • Предполагаемое использование внутреннего пространства
  • Требования к распределению строительных услуг.

Для офисов с естественной вентиляцией обычно используется ширина здания от 12 м до 15 м, что может быть достигнуто двумя пролетами от 6 м до 7,5 м с колонной, расположенной рядом с центральным коридором. Естественное освещение также играет роль в выборе ширины плиты пола. В более крупных зданиях решение с большим пролетом обеспечивает значительное повышение гибкости планировки. Для офисов с кондиционерами часто используется свободный промежуток от 15 до 18 метров.

Высота от пола до потолка будет важным фактором на этапе разработки проекта.

Колонны в строительстве стальных конструкций

Проектирование и монтаж металлоконструкций ЛСТК

Колонны в многоэтажных стальных рамах, как правило, представляют собой Н-образные профили, несущие преимущественно осевую нагрузку. Когда стабильность конструкции обеспечивается сердечниками или незаметным вертикальным креплением, балки обычно проектируются как просто поддерживаемые. Общепринятая модель проектирования заключается в том, что номинально закрепленные соединения создают номинальные моменты в колонне, рассчитанные исходя из предположения, что реакция узла находится на расстоянии 100 мм от поверхности колонны.

Для простоты строительства колонны обычно устанавливаются в два, а иногда и в три ряда, то есть приблизительно от 8 до 12 м в длину. Секции колонн соединяются с помощью креплений, как правило, от 300 мм до 600 мм над уровнем пола.

Напольные системы

Доступен широкий ассортимент напольных решений. Хотя стальные решения подходят для коротких пролетов (обычно от 6 до 9 м), сталь имеет важное преимущество перед другими материалами в том, что для них могут быть легко обеспечены решения длинных пролетов (от 12 до 18 м). Это имеет ключевое преимущество свободного пространства без колонн, что обеспечивает адаптивность в будущем и меньше основ.

Полы, охватывающие стальные балки, обычно представляют собой либо сборные железобетонные блоки, либо композитные полы. Опорные балки могут быть ниже пола, причем опора пола находится на верхнем фланце (часто известном как балки «вниз»), или балки могут совместно использовать одну и ту же зону с конструкцией пола, чтобы уменьшить общую глубину. Доступная строительная зона часто является определяющим фактором при выборе напольного решения.

Фундамент

В центре города и на труднодоступных участках стоимость строительства фундаментов оказывает большое влияние на дальнейшую жизнеспособность проекта. Хотя вес рамы относительно невелик по сравнению с полом и стенами, стальная рама может быть значительно легче, чем сопоставимая железобетонная рама. Дальнейшее снижение веса может быть достигнуто при использовании легких конструкций пола, таких как композитные металлические настилы пола и легкий бетон.

Сложные грунтовые условия могут повлечь за собой необходимость установки большего количества колонн. Для преодоления препятствий в земле могут потребоваться длинные пролеты. В целом, широко расположенные колонны уменьшают количество и объем фундаментов, упрощая конструкцию основания и снижая стоимость.

ЛСТК здания: проектирование, строительство