Минстрой России разрабатывает свод правил для проектирования уникальных большепролетных объектов — СП «Конструкции покрытий пространственные металлические. Правила проектирования».
В России такие конструкции применяются уже давно. Одним из первопроходцев в этой области стал выдающийся русский инженер Владимир Шухов. Еще до революции были созданы сетчатый цилиндрический свод павильона Всероссийской Нижегородской выставки, дебаркадер Киевского вокзала в Москве, известное всем здание торговых рядов на Красной площади (ныне — ГУМ). Сегодня пространственные конструкции широко применяются при строительстве стадионов, концертных залов, торговых центров и выставочных павильонов, достаточно вспомнить стадионы чемпионата мира по футболу, Гостиный двор, филармонию в парке «Зарядье». И «спрос» на такие сооружения постоянно увеличивается. Между тем в российских нормативных документах отсутствуют требования к проектированию металлических конструкций пространственных покрытий. И что важно, в стране пока не производятся необходимые для возведения таких конструкций закрытые спиральные канаты комплектной поставки с анкерными устройствами и канаты, изготавливаемые по принципу монострендов, с высокими допускаемыми напряжениями, ударной вязкостью, свариваемостью и усталостной прочностью.
Именно возрастающая потребность в сооружениях с большим внутренним пространством, свободным от промежуточных опор, потребовала развития нормативной базы в части пространственных металлических конструкций. «Уникальные большепролетные объекты требуют применения особенных конструкций. Традиционные фермы, балки, рамы, арки применить здесь практически невозможно, — отметил директор ФАУ «ФЦС» Сергей Музыченко. — При этом с увеличением пролета экономическая целесообразность применения таких конструкций возрастает, и для этого, естественно, требуются новые решения и технологии, которые и будут учтены в своде правил».
Дорогу новым решениям
Инициатором разработки нового СП выступил ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко АО «НИЦ Строительство». По словам главного научного сотрудника лаборатории металлических конструкций этого института Павла Еремеева, этот документ определит базовые требования к конструктивным решениям зданий и сооружений с металлическими пространственными конструкциями. «В проекте свода правил применены новые конструктивные решения, методы расчета и проектирования с применением современных пространственных стержневых конструкций, вантовых и висячих систем, тонколистовых оболочек, комбинированных пространственных систем, таких как сетчатые оболочки, системы типа «велосипедное колесо», тенсегрити-системы, — отметил эксперт. — Экономическая эффективность решений с пространственными конструкциями в зависимости от величины пролета покрытия, которая варьируется от 40 до 250 метров, может составлять примерно от 5% до 20% по сравнению с т радиционными конструкциями».
В документе предусмотрено применение стали повышенной прочности. Так, если обычные стали С255 и С355 имеют расчетное сопротивление соответственно 2550 и 3550 кг на квадратный сантиметр, то стали повышенной прочности — 3900-5000 кг, стальные канаты — 7000 кг на квадратный сантиметр и выше. Как отметил в своем докладе на недавно состоявшемся в Екатеринбурге международном форуме 100+ Forum Russia генеральный директор компании «Стальпроект» Сергей Лубенец, область применения сталей класса прочности С350 ограничена типовыми и малоэтажными конструкциями, а также конструкциями с пролетом до 40 метров, а вот из стали класса прочности С390 и выше можно проектировать высотные, большепролетные, свыше 50 метров, конструкции и конструкции с повышенными нагрузками. К преимуществам стали прочности С390 и выше относится сохранение прочности при увеличении толщины проката, уменьшение веса конструкций и объема наплавляемого металла при сварке.
В свод правил включены положения более десяти СТУ по проектированию большепролетных спортивных объектов сочинской Олимпиады 2014 года и чемпионата мира по футболу 2018 года в части требований по нагрузкам, расчетам, проектированию металлических конструкций пространственных покрытий. Вошли в него и ранее отсутствовавшие в нормативной базе требования по определению снеговых нагрузок для сооружений, минимальный размер которых в плане превышает 100 метров, а также в части определения аэродинамических коэффициентов для уникальных сооружений повышенного уровня ответственности с нестандартной формой поверхности покрытия. Включены в СП требования в части устройства в металлической конструкции покрытия пролетом свыше 100 метров антисейсмических швов. Определены требования к защите несущих конструкций стадионов от аварийных воздействий, которые могут вызвать их прогрессирующее обрушение.
А еще экономия
Для снижения расхода материалов, трудоемкости и стоимости возведения объектов, а также для сокращения сроков строительства в проекте документа предусмотрен учет работы элементов стержневых конструкций на сжатие-растяжение без изгиба, висячих конструкций — на растяжение без опасности потери устойчивости, а также максимальное использование несущей способности высокопрочной стали, позволяющее снизить собственный вес покрытия и нижележащих конструкций. Кроме того, в ряде случаев предусмотрено совмещение несущих и ограждающих функций строительных конструкций, а также возможность перекрытия без промежуточных опор практически любых требуемых пролетов. Снижения трудоемкости и сокращения сроков строительства помогает добиться и монтаж конструкций без устройства лесов и подмостей.
Как сообщил «Строительной газете» заведующий сектором реконструкции и мониторинга уникальных зданий и сооружений ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко АО «НИЦ Строительство» Михаил Фарфель, в новом СП рассматриваются покрытия из тонкого металлического листа, которые называют еще мембранными. Такие конструкции работают в основном на растяжение, что позволяет рационально проектировать покрытие, используя основное свойство стали — преимущественную работу на растяжение. Мембранные покрытия имеют более высокий предел огнестойкости по сравнению с традиционными металлическими конструкциями, что дает возможность не применять при их возведении специальных мер по огнезащите. Локальные повреждения в тонколистовых системах не влияют на их несущую способность. В покрытиях такого типа совмещены несущие и ограждающие функции.
По словам Михаила Фарфеля, перспективным направлением, позволяющим сократить вес покрытия и не использовать антикоррозионную защиту, является применение атмосферостойких нержавеющих сталей, а также сталей типа CORTEN, отечественным аналогом которой является сталь марки 10ХНДП, у которой образующаяся поверхностная коррозионная пленка защищает мембрану от проникающей коррозии. Мембранные покрытия позволяют перекрывать практически любые пролеты при толщинах листа от 1,5 до 6 мм, причем эффективность применения мембран повышается с увеличением пролета покрытия.
Цитата в тему:
Министр строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ Ирек Файзуллин:
«Разрабатываемый свод правил призван не только сохранить лучший опыт, но и способствовать внедрению самых передовых технологий в практику строительства при сохранении безопасности строительных конструкций и одновременно стимулировать развитие промышленности в соответствующем сегменте отрасли»