Стоманената сграда

по-лека, по-удобна, по-достъпна

Дали използването на стоманени сгради е целесъобразно за малкия бизнес, за непретенциозни складове, селскостопански сгради, производствени халета?
Веднага възникват въпрос след въпрос. Разходът на стомана за хале със стоманени носещи елементи е много голям, а стоманата е много скъпа. Стоманените профили са тежки. Ще са необходими тежка техника и много монтажници. А и заваръчните дейности отнемат много време. Защита от корозия? Поведение при земетръс? При пожар? Има ли смисъл от стоманена конструкция, ако и без това се губи много време за изливане на място на огромни стоманобетонни фундаменти? Може ли да се отоплява? Каква е изолацията? А отговорите са интересни и неочаквани.

Да си представим едно стоманено хале. В най-общия случай това е сграда на един етаж, предназначена да задоволява нуждите на различни производства. При едноотворни халета колоните са разположени по дългите страни, през определено разстояние, което обикновено е 4,00m или 6,00m. Пространството вътре в сградата е без колони, за да се осигури нужната експлоатационна гъвкавост. Складове, навеси, селскостопански сгради, шивашки цехове, производства с поточни линии, авторемонтни работилници, магазини и много други - предназначението им и очакваната производителност са основните фактори, определящи размерите и вида на конструкцията. Дори спомагателните сгради, необходими за времето на изграждане на големи обекти, могат да бъдат изпълнявани по този начин, ако след това могат да бъдат лесно демонтирани. Болтовата връзка осигурява това.

Ширината и височината на халето се избират според конкретните нужди. Те варират в широки граници, като най-удобните размери за ширина са от 6,00m до 20,00m и за височина от 3,00m до 6,00m. Дължината се ограничава до 150,00m, за да не се отчитат климатичните температурни въздействия, но практиката показва, че за нуждите на малкия и среден бизнес такава дължина е много повече от достатъчна.

За осигуряване на необходимото осветление, изискванията за което са различни за всеки конкретен случай, има много възможности – от вграждане на прозрачни плоскости по покрива или по стените до монтаж на дограма или на цели витрини. Тези плоскости, прозорци, врати или витрини се съобразяват с цялостното решение за топлотехническа ефективност на сградата.

Напречни рамки
При този тип сгради е установено, че оптималното решение за носещата конструкция е разделянето є на „главна” - когато преобладаващите натоварвания и въздействия действат предимно в една равнина, и „връзки” – всички останали равнинни конструкции, които осигуряват пространствената неизменяемост на конструкцията като цяло. Главната носеща конструкция - това са напречните рамки, решени най-често с пълностенни стоманени колони и прътов или пълностенен ригел. Много добри резултати се получават при изпълнение на прътов ригел от тънкостенни стоманени профили. Ако възелът между ригела и колоните се проектира като „корав”, а между колоните и фундаментите – като „ставен”, това намалява необходимите размери на фундаментите и улеснява изпълнението на фундирането.

Районът на строителство обикновено е сеизмичен – това се определя от Картата за сеизмично райониране, разработена за Република България. Масата, която участва във формирането на земетръсната сила, е сравнително малка, а самата конструкция е много съобразена – тя е проста, регулярна и симетрична, работеща в две ортогонални посоки и с целесъобразно конструиран покривен диск. Извършването на динамичен анализ за сеизмичните въздействия е чрез равнинен изчислителен модел. За останалите видове натоварвания също се прилага равнинен модел - типова напречна рамка. По този начин и проектирането е оптимизирано.

Системата от връзки е наистина целесъобразна, ако изпълнява няколко функции едновременно. Ето един пример – покривните столици са елементи, които носят покритието (т.е. поемат товарите извън равнината на главната носеща конструкция), укрепват натиснатите пояси на ригелите и улесняват монтажа.

За да се осигури максимална икономическа ефективност, още при проектирането на напречните рамки се търси минимална трудоемкост при изработване и монтаж на конструкцията. Сглобяването на предварително заготвени елементи пести време, а когато свързването на отделните елементи е разработено за болтова връзка, това още повече ускорява монтажа. Възлите между елементите трябва да се проектират с особено внимание, защото част от възловите плочи могат да бъдат заменени с директна болтова връзка между допиращи се елементи. Където това не е възможно, предварително изработената възлова плоча с разпробити отвори просто се поставя на проектна позиция и болтовете фиксират елементите към плочата - бързо и лесно.

Стоманени профили за носещата конструкция
Доскоро се подразбираше, че колоните и ригелите се изпълняват или от листова стомана, или от горещо валцовани профили. И в двата случая разходът на стомана е относително висок. Тогава влизат в употреба студено валцованите поцинковани стоманени профили. Това са профили, на които съвременните технологии са дали големи възможности. Използваната стомана е висок клас, S355/EN10025, и готовото изделие, след формоването, е с много добри якостни характеристики. При валцоването дебелината на изходния листов материал не се променя съществено. Получават се елементи с малка дебелина и постоянно напречно сечение по цялата им дължина. Стандартните дебелини на профилите са от 1mm до 4mm. Самата геометрия на напречното сечение е разработена така, че профилът да има максимална устойчивост при минимално тегло. Класическите напречни сечения са с геометрията на буквите C, Z, Sigma и други, като се прилага и надлъжно „укрепяване” – допълнително сгъване на профилите по дължина. Укрепяването е „крайно”, така че да се огъне надлъжната стена в края, и „вътрешно”, при което се оформят плитки улеи (вкоравители), които осигуряват по-голяма устойчивост на стените на профилите.

Малката дебелина на профилите изисква специална антикорозионна защита. Прилага се горещо поцинковане (стандартно количество 275g/m2 цинково покритие), което се полага след нарязване на елементите по проектните дължини и след разпробиване на необходимите отвори за монтаж. При този метод цинкът прониква в кристалната решетка на стоманата. Това осигурява трайна защита на стоманените елементи за десетилетия. Освен минимален разход на метал за строителната конструкция, студено огънатите профили придават лекота и елегантност на носещата конструкция, а поцинкованата повърхност осигурява естетичен и завършен вид.

Фундаменти
Като при всяко строително съоръжение, носещата конструкция на стоманеното хале предава товарите от връхната конструкция върху земната основа чрез фундаменти. Начинът на фундиране зависи от много фактори, но тук ще разгледаме възможностите за изграждане на фундаменти при обикновени инженерногеоложки и хидрогеоложки условия. В общия случай обикновени условия за фундиране са свързани с това здравият пласт, върху който стъпват фундаментите, да е на сравнително малка дълбочина и да липсват високи подпочвени води.

Основите на халето могат да бъдат отделностоящи стъпки (под всяка колона) или ивични структури. Единичните фундаменти са напълно подходящи за този вид носеща конструкция, тъй като тя не е толкова силно чувствителна към неравномерни слягания, както стоманобетонната носеща конструкция. При наличност на по-слаби почви може да се премине към използване на ивични основи. Фундаментите се изпълняват от бетон или стоманобетон. Както споменахме по-горе, ставната връзка във възела колона-фундамент допринася за намаляване на размера на основната плоскост на фундамента. Все повече се налага използването на готови за монтаж единични стоманобетонни блокове, със заложени в тях анкерни болтове за връзка с колоните. Главните предимства на монтажните фундаменти са бързината на изпълнението, нуждата от по-малко работници и възможността за фундиране при ниски температури, когато изливането на бетон на място е рисково.

Дълбочината на фундиране се определя от геоложките условия, релефа на терена, големината и характера на натоварванията и др., но се съобразява и с Нормите за проектиране на плоско фундиране. В земетръсни райони тази дълбочина зависи от степента на сеизмичност и височината на сградата. При обичайно срещаните годни за фундиране почви (пясъци, чакъли, твърди или твърдопластични глини), минималната дълбочина на полагане на основите се приема равна на 1/15 от височината на сградата, но минимум 0,80m. Височината на разглеждания тип сгради най-често варира между 3,00 и 6,00m – т.е. очакваната дълбочина на основите е около 0,40m. Оказва се, че фундирането на леките сгради има още едно предимство - малка дълбочина на изкопите за полагането на монтажните фундаменти.

Покритие и ограждане
В миналото се ширеше една порочна практика – между стоманените колони на халето да се зидат тухлени стени. Няма да навлизаме в подробности защо това е недопустимо, ще споменем само два фактора – тегло и време за изпълнение. И винаги лош резултат - грозни мазилки, избила ръжда, отворени фуги.

А е толкова просто да се следва логиката на стоманената конструкция. Щом използването на тънкостенни профили с малко тегло, но много добри якостни характеристики и външен вид, е подходящо за носеща конструкция, то очевидно е подходящо и за носачи за стенното ограждане. По покрива скарата за покритието се оформя от „столиците”. Това са покривните второстепенни елементи между ригелите на напречните рамки. Скарата за стенното ограждане е подобна – състои се от хоризонтални елементи между колоните. При разполагането на носачите за външните стени може да се наложи поставянето на допълнителни вертикални и хоризонтални профили, за да се оформят рамки за врати и прозорци, ако предназначението на сградата го изисква. Профилите, използвани във фасадните и покривни системи, също са студеноогънати, изработени от горещопоцинкована стомана.

Самото ограждане може да бъде изпълнено по много начини. Ако няма нужда от отопление, ограждане от единични листове профилирана ламарина е достатъчно. Вече се произвеждат и прозрачни полиестерни или поликарбонатни листове с профила на ламарината, които, монтирани по покрива, осигуряват добра светлопропускливост. При необходимост от топлоизолиране може да се направи послоен монтаж – под ламарината се полагат дюшечета от каширана минерална вата. За специални изисквания за топлоизолиране, съчетано със защитена от механични въздействия вътрешна повърхност, се монтират леки панели – два слоя ламарина и полиуретан межу тях. Един много технологичен вариант за стенно ограждане е използването на специално оформени „касети”. Това са коритообразни елементи, с ширина 50см и дължина, равна на разстоянието между колоните. Произвеждат се от ламарина, която е профилирана така, че да осигури достатъчно корави участъци (ребра) по дължина на касетата, които да съвместяват две функции – да предават натоварването от собствено тегло и вятър върху колоните, без да има нужда от стенни профили, и да служат като корито, в което се полага топлоизолацията. Дъното на „касетите” се монтира върху колоните, към вътрешността на сградата, и това е много подходящ детайл за производства, които изискват вътрешни повърхности без запрашаване, подлежащи на лесно почистване, миене или дезинфекция. Полиестерното покритие осигурява завършен и естетичен вид на стените отвътре. От външната страна, върху надлъжните ребра на касетите, се захващат листове профилирана ламарина.

Дебелината на изолационния слой се избира в зависимост от климатичната зона, където ще се изпълнява сградата, от изискванията за комфорт на работещите или за нуждите на производството, които трябва да бъдат удовлетворени и от условието сградата да бъде енергоефективна, с възможно най-малък разход на енергия за отопление и охлаждане.

За всички видове ограждане ламарината, освен че е поцинкована, е и с полиестерно покритие, осигуряващо допълнителна защита от атмосферните въздействия, с широк избор на цветове за екстериора.

Изпълнение
От фундаментите до последния елемент на носещата стоманена конструкция – всичко е подчинено на идеята за целесъобразност и съвместна работа. Резултатът е окуражаващ – такава конструкция се сглобява бързо и лесно. Профилите са сравнително леки, повечето могат да бъдат пренасяни и монтирани ръчно, а за по-тежките един лек автокран е напълно достатъчен. Предварително заготвените елементи с разпробити отвори дават възможност за сглобяване като детски конструктор. Малък брой монтажници, от двама до четирима, стълба и ръчни инструменти – и халето „расте” не с дни, а с часове. Изправя се първата рамка, временно се укрепва. Изправя се втората, следват връзки, столици, трета рамка – и за броени дни скелетът е готов. Оформя се растерът за стенното ограждане според наличието на врати и прозорци. Ограждането, покривно или стенно, от ламарина или панели, се монтира много бързо върху подготвената скара от метални профили със самопробивни винтове. По същия начин се монтират и прозрачните листове – доставени с нужните размери, те просто се полагат вместо някои от листовете ламарина, със същите инструменти и операции. Постига се минимален срок за въвеждане в експлоатация на проектирания обект.

Поведение при пожар
Много важна задача при проектирането и изпълнението на една сграда е осигуряването на пожарната безопасност. Това включва осигуряване на устойчивостта на носещата конструкция за определен период от време, предвидени мерки за разпространяване на пожара, предвидена възможност за евакуация и за достъп на спасителни екипи и др. Действащата „Наредба за строително-технически правила и норми за осигуряване на безопасност при пожар” дава необходимите изисквания и начините за удовлятворяването им. За всяка сграда, в зависимост от нейната категория по пожарна опасност, се търси най-доброто и същевременно най-икономичното решение. Вариантите са много – разделяне на сградата на по-малки участъци със специални пожарозащитни прегради, огнеустойчиви облицовки или обмазване на елементи, системи за пожароизвестяване и пожарогасене и много други.

За разглеждания тип едноетажно хале, за вариант „незащитена стоманена конструкция” и примерна категория Ф5В, най-малката застроена площ, без да се изискват допълнителни мерки, е 1500м2. Това е площ, напълно достатъчна за нуждите на едно средно производство.

Възможности
Стоманената сграда дава безброй възможности. Бързо строителство, оптимизирани разходи и добър външен вид; осветление и топлоизолация – според нуждите; разположение в план и височина – съобразно технологичните изисквания; пожарна защита – при определени случаи; междинни етажи; използване на среден ред общи колони за съседни сгради.

И можете да използвате простото хале от стомана за всичко – цехове за текстилна, шивашка, обувна, хранително-вкусова промишленост, за складиране на филмови ленти, CD и DVD, груб фураж, зърно, ремонтни работилници, автосервизи, хангари, гаражи, дори еднофамилна жилищна сграда. Продължете списъка по Ваше желание – стоманената сграда сега е по-удобна и по-достъпна от всякога.