Сортамент металлопроката на бумажном носителе «Линейка – S»

                                                                             Источник: Металл в архитектуре.

Читать предыдущую страницу 7                                                 Страница 8

Жесткие конструкции, объединенные в лежачие системы, широко применяются в промышленных и гражданских зданиях самого различного назначения. Особую область применения жестких металлических конструкций составляют покрытия зданий и сооружений больших пролетов. Эффективность применения металла возрастает также с увеличением этажности зданий, и в высотных зданиях металлические конструкции являются в настоящее время основной формой несущих конструкций. Большую роль играют жесткие металлические конструкции в различного рода открытых сооружениях.

Существуют два принципа формообразования конструкций зданий—дифференциальный и интегральный. Первый принцип предполагает разделение конструкций на несущие и ограждающие, второй —  совмещение несущих и ограждающих функций в одних и тех же конструкциях.

Для металла до последнего времени основным был дифференциальный принцип формообразования, реализуемый в форме несущего каркаса с заполнением. Металлический каркас представляет собой совокупность несущих конструкций здания, воспринимающих нагрузки от собственной массы, массы кровельного и стенового ограждений, атмосферного воздействия (снег, ветер), массы оборудования и другие полезные нагрузки. Объединенные в решетчатую трехмерную систему, эти несущие конструкции образуют жесткий скелет (остов) здания. Способный воспринимать большие нагрузки, хорошо сочетающийся с любыми материалами наружного ограждения, металлический каркас получил широкое распространение в гражданских и, особенно, в промышленных зданиях.

Свыше половины всей стали, затрачиваемой на металлоконструкции, приходится на каркасы промышленных зданий. Металлический каркас такого здания включает в себя следующие группы конструкций:

вертикальные (стойки) и горизонтальные (балки, ригели, фермы) несущие конструкции, жестко или шарнирно соединенные между собой в одном или двух направлениях;

покрытие (шатер) здания, образующее остов горизонтальной ограждающей поверхности (кровли);

стеновой каркас (фахверк), образующий остов вертикальной ограждающей поверхности (стены);

вертикальные и горизонтальные связи, обеспечивающие пространственную устойчивость сооружения.

Основными конструкциями металлического каркаса промышленных зданий являются одно- или многопролетные плоские поперечные рамы, образованные колоннами и стропильными фермами (ригелями). На поперечные рамы в продольном направлении опираются подкрановые балки, прогоны покрытия, фонари, ригели стенового фахверка. Общая устойчивость и геометрическая неизменяемость каркаса в продольном направлении обеспечиваются горизонтальными и вертикальными связями между поперечными рамами.

В современном промышленном строительстве выделяются два основных типа зданий: с тяжелым и легким режимом работы, или, как их иногда   называют, тяжелые и легкие промышленные здания.

Каркасы тяжелых зданий (мартеновские, бессемеровские, конверторные цехи, цехи заводов тяжелого машиностроения, прокатные цехи и др.) образуются двух, трех- и многопролетными рамами со сложным профилем. На стойки рам (колонны), несущие большие нагрузки от кранового оборудования и многочисленных технологических площадок-перекрытий, приходится свыше 35%, а вместе с мощными подкрановыми балками до 75% всей массы металла каркаса. Развитие конструкций тяжелых зданий идет преимущественно по пути совершенствования системы колонн и подкрановых балок. Здания тяжелого типа проектируются, как правило, для определенного производства со стабильным технологическим процессом и конкретным технологическим оборудованием, с которым неразрывно связаны конструкции металлического каркаса. Эти два фактора  —  технология и оборудование  —  определяют, в конечном счете, и пространственную форму тяжелых производственных зданий.

Каркасы легких одноэтажных промышленных зданий (предприятия легкого и среднего машиностроения, текстильной, отчасти химической промышленности), как правило, не связаны с технологическим оборудованием. Здания такого типа представляют собой более или менее универсальную «коробку» со свободным внутренним пространством, рассчитанным на мобильность технологического процесса и периодическую модернизацию относительно небольшого по габаритам оборудования. Каркасы таких зданий обычно проектируются как многократно повторяемые поперечные многопролетные рамы относительно простого профиля, образованные стальными или железобетонными колоннами и фермами покрытия. В настоящее время наиболее распространены трапецеидальные фермы с продольными фонарями в коньковой части каждого пролета. Применяются также фермы с параллельными поясами, шедовые покрытия и другие формы шатра. Развитие конструкций легких промышленных зданий идет главным образом по пути укрупнения планировочных ячеек и совершенствования шатра, на который приходится свыше 60% всей массы металла каркаса.

Новый этап в развитии многопролетных одноэтажных зданий в нашей стране связан с быстрым ростом автомобилестроения. Большие размеры производственных зданий (механосборочный корпус Горьковского автозавода имеет 18 пролетов по 24 м каждый и занимает общую площадь 200 тыс. м2), скоростные методы строительства, технологические особенности автомобильного производства, разветвленная сеть подвесного транспорта, в том числе цепных и толкающих конвейеров, потребовали новых конструкторских решений. При строительстве зданий Волжского автозавода впервые были применены фермы с параллельными поясами повышенной жесткости и легкая кровля из профилированного стального настила и эффективного утеплителя. В проекте завода автомобильных прицепов предусмотрены стропильные фермы из трубчатых профилей.

В последние годы в каркасы многопролетных одноэтажных промышленных зданий все активней внедряются легкие конструкции из гнутых профилей. В шатрах используются также объемные конструкции в виде трех- и четырехпоясных ферм, системы поверхностей двоякой кривизны, пространственные решетчатые конструкции.

Многократная повторяемость планировочной ячейки одноэтажных промышленных зданий и независимость строительной оболочки от технологического процесса позволяют унифицировать элементы металлического каркаса и организовать поточное производство металлоконструкций «на склад». В нашей стране серийно изготавливаются не только унифицированные составные части металлического каркаса (колонны, фермы, подкрановые балки и т. д.), но и целые здания комплектной промышленной поставки. Примером таких унифицированных промышленных зданий из легких конструкций серийного заводского изготовления могут служить однопролетные здания-секции (типа «Плауэн»), в цельнометаллических рамах которых применен профилированный стальной лист, а также секции для многопролетных зданий с покрытиями из легких трубчатых ферм и пространственных стержневых конструкций типа ЦНИИСК, «Берлин» и «МАрхИ — Кисловодск».

На строительство поставляются конструкции каркаса, все элементы ограждения, оконные переплеты и панели фонарей, конструкции перегородок изделия для наружной и внутренней отделки здания. Комплексность — одна из важнейших отличительных особенностей новой отрасли строительной индустрии.

По расчетам специалистов, суммарный эффект от внедрения легких индустриальных конструкций будет заключаться в снижении к 1980 г. по сравнению с уровнем 1975 г. массы зданий и сооружений производственного назначения в целом на 10—15%, сокращении затрат труда на изготовление конструкций для них в 1,3—1,5 раза и сметной стоимости на 8—10%.

Массовое поточное серийное производство и комплектная поставка металлических конструкций развиваются в настоящее время и в большинстве зарубежных стран.

В последние 10—15 лет металлический каркас наряду с традиционным использованием его в промышленном строительстве все шире  используется  в  гражданских  зданиях. Он  стал  уже обычной формой несущих конструкции многоэтажных административных зданий, а во многих странах Европы широко применяется в одно-двухэтажных зданиях школ, детских садов, плавательных бассейнов, торговых павильонов и жилых домов типа коттеджей.

Внедрение металлического каркаса в общественные здания массового строительства стимулировало развитие за рубежом так называемого модульного способа проектирования и строительства, основанного на унификации пространственных параметров зданий, аналогично тому, как это принято в Советском Союзе. К 1970 г. модульное строительство в Англии составило половину общего объема строительства средних и высших школ, причем 75% этого объема приходилось на здания с металлическими конструкциями. Во Франции модульное строительство, наполовину осуществлявшееся в металлоконструкциях, составило 90% общего объема строительства школ. Модульное строительство зданий школ, детских садов, вузов с металлическими несущими конструкциями быстро развивается в Италии, Австрии, ФРГ.

Унификация и заводское изготовление металлоконструкций, внедрение в строительство легких конструкций, переход от линейных и плоскостных форм к пространственным усиливают преимущества металлического каркаса перед другими несущими конструкциями. Однако в канонической форме многопролетных промышленных зданий и в гражданских зданиях массового строительства металл обычно выступает лишь как более технологичный и менее массивный заменитель железобетона. Собственные формообразующие возможности металла остаются за пределами традиционных каркасных систем и, следовательно, архитектурной формы.

Более активно возможности жестких металлических элементов используются в зданиях со сложной объемно-пространственной структурой, в крупных уникальных общественных зданиях, как, например, Дворец съездов в Кремле. К сожалению, металлические конструкции зачастую не получают соответствующего выражения во внешнем облике и интерьерах таких зданий. И. А. Бартенев обращает внимание, на эту конструкционную обезличенность многих современных сооружений, сравнивая с Дворцом съездов новые аэровокзалы Москвы Внуково и Шереметьево, в которых использованы сборные железобетонные конструкции. «В архитектуре Дворца мало внешних признаков металлической основы здания. В пилонах фасадов, балконе зрительного зала можно скорее «заподозрить» железобетонную конструкцию. Единственно, что наталкивает на мысль о металле,  —  это огромные пролеты и плоскостность плафонов главного и банкетного залов».

Может быть, именно стремление преодолеть эту нивелировку в архитектурной форме двух основных конструкционных материалов способствовало развитию тенденции композиционного акцентирования металлических конструкций, использования их как средства архитектурной выразительности зданий. Идущая еще от фабрики Менье и залов Анри Лабруста «обнаженность» металлического каркаса в работах Мис ван дер Роэ была утверждена как эстетическая концепция и в качестве таковой развивается в современной архитектуре. Концентрированным воплощением этой концепции представляется здание Национального центра искусств на плато Бобур в Париже. Его рамный каркас с ригелями в виде легких трубчатых большепролетных ферм раскрывается снаружи и в интерьерах здания, сливаясь с технологическим оборудованием и коммуникациями в единую пространственную структуру. Правда, слияние несущего каркаса с оборудованием и коммуникациями здесь только композиционное. Задача совмещения в одних и тех же формах несущих и технологических функций, которая выдвигается современным развитием архитектуры и находит в металле предпосылки своего решения, в здании Национального центра искусств не решена, да, очевидно, и не ставилась.

Технологичность жестких металлических элементов, возможность изготовления их любой длины и формы, простота соединений, допускающая практически совершенно произвольное сочетание элементов в пространстве, позволяют компоновать самые разнообразные по размерам и форме пространственные ячейки, руководствуясь функциональными и композиционными соображениями. Наиболее полно эта архитектурно-композиционная «гибкость» металлического каркаса раскрывается в сооружениях типа выставочных павильонов. Здесь и строгие прямоугольные объемы павильонов Чехословакии на выставках «ЭКСПО-58» в Брюсселе и «ЭКСПО-67» в Монреале, и треугольные призмы павильона Югославии («ЭКСПО-67»), и сложная полусферическая форма павильона Франции («ЭКСПО-67»). Особый интерес вызывает главный павильон Канады на выставке «ЭКСПО-67». Здание представляло собой перевернутую вверх основанием пирамиду, которая поддерживалась четырьмя V-образными опорами. Размеры основания 58X58 м, высота от уровня земли 30 м. Ребра пирамиды были образованы четырьмя мощными угловыми консолями длиной 41 м переменного коробчатого сечения размерами 2,6X0,75 м в нижней части и 1,5X0,37 м поверху. Каждая грань пирамиды создавалась 20 промежуточными консолями двутаврового сечения. Жесткость всей системы обеспечивалась верхней и нижней бортовыми балками-обвязками,  соединявшими ребра пирамиды, и плитой из предваодним из основных направлений развития металлоконструкций и существенно повлияло на архитектурную форму зданий и сооружений с металлическим каркасом.

Металл становится незаменимым материалом в особых условиях строительства при ограниченности площади основания. Так, двухэтажное здание, имеющее форму замкнутого каре общим размером в плане 60X80 м, с административными помещениями, холлами, залами собраний, поднято над зданием Национального собрания в Праге на четырех стальных колоннах. Появился новый тип зданий— здание-мост, как, например, ресторан над автострадой около Монтепульчано (Италия), подвешенный к двум несимметричным Т-образным стальным рамам. Свободный для проезда транспорта пролет между опорами под рестораном составляет 48 м.