Объем капитального строительства в Советском Союзе растет с каждым годом. За первые 30 лет Советской власти в капитальное строительство было вложено около 95 миллиардов рублей; за один прошлый год - 98 миллиардов рублей.
Ежегодно вступают в строй тысячи новых заводов, комбинатов, фабрик, реконструируются старые предприятия. Стране нужно все больше металла, топлива, хлеба, пряжи, обуви, молока - всего, что требуется для укрепления могущества социалистического государства, повышения благосостояния советских людей. Капитальное строительство превратилось в одну из крупнейших отраслей народного хозяйства. Мощная строительная индустрия наращивает объем производства строительных материалов и конструкций.
Чтобы добиться повышения эффективности капиталовложений, сократить сроки возведения зданий, надо превратить строительное производство в монтажный конвейер из изделий, полностью изготовленных на заводах.
Большую роль в решении этой задачи играет принятое в мае 1972 года постановление ЦК КПСС, и Совета Министров СССР об организации производства и комплектной поставки легких металлических конструкций для сооружения промышленных зданий.
Редакция журнала попросила начальника Главного управления по изготовлению легких конструкций Министерства монтажных и специальных строительных работ СССР инженера В. Землеруба и инженера Л. Арсеньева рассказать, что такое легкие конструкции, что дает их применение народному хозяйству страны.
МЕТАЛЛ ОТВОЕВЫВАЕТ ПОЗИЦИИ
За длинную историю своего существования человек применял для строительства многие материалы и прежде всего естественные камень, глину, дерево. Из камня возводили колонны; из кирпича (обожженной глины) собирали своды и купола, складывали стены; дерево шло на стропильные фермы, перегородки. Эти материалы служат и сегодня, но главенствующее положение они давно утратили. Для несущих конструкций их применяют все реже.
Постепенно основным материалом для конструкций промышленных зданий становится металл.
Бурными темпами развивается его производство в нашей стране. Не менее быстро растет и спрос на металл.
В послевоенное время, в годы восстановления народного хозяйства страны, металлургическая промышленность не могла дать строителям нужного им количества металла.
Недостаток металла в то время строители компенсировали железобетоном. Это отличный материал. Ему можно придать практически любую форму, он долговечен, достаточно огнестоек и хорошо сопротивляется атмосферной коррозии. Сборный железобетон - материал индустриальный. Все это и обеспечило ему широкое применение, а его заводскому производству - бурное развитие. Фундаменты, колонны, стропильные фермы, кровельные плиты, стеновые панели и другие конструкции делают из железобетона на специализированных заводах. Сборный железобетон позволил значительно ускорить и темпы жилищного строительства.
Но при всех достоинствах железобетон имеет серьезный недостаток он тяжел. Большой вес железобетонных конструкций - это более тяжелые здания и фундаменты, увеличенные транспортные расходы, мощные монтажные механизмы, немалые затраты времени и труда на установку конструкций.
Наименее эффективно применение сборного железобетона для стропильных ферм больших пролетов. При пролетах 24, и более метров они настолько тяжелы, что значительная доля их «мощи» уходит на то, чтобы нести самих себя.
Рост производства металла в стране (в 1940 году стали было выплавлено 18,3 миллиона тонн, в 1973 году - 131 миллион тонн!) позволил строителям расширить применение прогрессивных металлических конструкций. Сейчас на строительные нужды расходуется примерно пятая часть всего производимого в стране металла.
По сравнению с железобетоном металлические конструкции не только в несколько раз снижают вес здания и связанные с этим расходы, но и, что самое главное, дают возможность сократить сроки строительства.
С каждым годом увеличивается применение металлических строительных конструкций. Это хорошо видно, например, на опыте организаций Министерства монтажных и специальных строительных работ СССР, которые изготавливают и монтируют значительную долю металлоконструкций для промышленного строительства 900 тысяч тонн металлоконструкций в 1960 году и более 2,5 миллиона тонн в 1973 году.
Непрерывно совершенствуется и технология монтажа металлоконструкций. (В нашем журнале - № 3, 1972 г. - рассказывалось о конвейерном методе монтажа кровельных конструкций промышленных зданий. - Прим. ред.).
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ КОНСТРУКЦИЯ
В строительстве ведется постоянная и настойчивая работа по снижению расхода металла. Эта работа начинается на металлургических заводах, осваивающих выпуск эффективных, более экономичных профилей проката. Она продолжается в научно-исследовательских и проектно-конструкторских организациях, где разрабатываются новые виды конструкций. Совершенствуя технологию на заводах, изготовляющих конструкции и на строительных площадках, где их монтируют, добиваются более экономного использования металлопроката, уменьшения отходов. Наконец, на действующих промышленных предприятиях металлические конструкции защищают от коррозии и разрушения.
Расход металла - один из основных показателей прогрессивности конструкций. Он выражается весом металла, приходящегося на один квадратный метр перекрываемой площади; чем этот показатель ниже, тем совершенней конструкция.
Основная несущая традиционная конструкция - стропильная ферма. На нее передается вся нагрузка от веса кровли, снега, всевозможных коммуникаций. Если, например, пролет фермы 30 метров и колонны стоят через каждые 6 метров, то одна ферма несет нагрузку, сосредоточенную на площади в 180 квадратных метров, - около 150 тонн. Чтобы выдержать такую нагрузку, ферма должна быть достаточно мощной. Ее делают из тяжелых прокатных профилей - уголков и швеллеров, соединяемых в узлах на листовых косынках электросваркой. Изготовление таких ферм - сложная и трудоемкая работа. Большие размеры ферм или полу-ферм (фермы иногда делают половинками, а потом на месте соединяют в одну конструкцию) осложняют их перевозку.
Такое покрытие имеет существенный недостаток пространство между фермами пустое и для работы кровельной конструкции не используется.
Если же сделать конструкцию пространственной, например, из стержней, образующих треугольники, то нагрузка от кровли, ранее концентрировавшаяся на одной узкой полосе, равной ширине фермы, распределится теперь по всей площади, между всеми элементами конструкции. Это позволяет уменьшить их сечение, сделать их более легкими, а значит, сократить расход металла.
Чтобы представить себе, сколь прогрессивно такое решение, приведем лишь две цифры для традиционной конструкции со стропильными фермами и железобетонными кровельными плитами расход металла составляет в среднем 100 килограммов на квадратный метр перекрываемой площади; для пространственной - 40 килограммов! Разница существенная.
Такие пространственные металлические конструкции (их еще называют структурными), и получили название легких.
Первое и очень важное их преимущество - снижение расхода металла. Первое, но не единственное.
ЗАГОТОВИТЕЛЬНЫЙ КОНВЕЙЕР
Организовать конвейерным поточным методом изготовление стропильных ферм из различных прокатных профилей и во многих случаях по индивидуальным проектам, трудно.
Другое дело - пространственная конструкция, состоящая хоть и из большого числа элементов, но одинаковых, типовых. Эти элементы изготовляют из труб круглого или прямоугольного сечения, или из уголков на автоматизированных поточных линиях. Технология производства очень проста отрезают куски заданной длины и пробивают по концам отверстия под болты; если элемент из трубы, ее концы после резки сплющивают. На каждом элементе ставят свой номер, складывают их в контейнеры и отправляют на монтажную площадку.
При поточном массовом производстве элементов для пространственных конструкций производительность труда на заводе повышается в 1,5 - 2 раза. К этому следует добавить, что при контейнерной упаковке элементов значительно повышается использование железнодорожного и автомобильного транспорта по сравнению с перевозками готовых стропильных ферм.
На строительной площадке, на специальных стендах из таких элементов собирают пространственный блок покрытия, площадью 1 000, и более квадратных метров. Соединяют элементы болтами, используя механические гайковерты. Работа простая, не требует высокой квалификации исполнителей. Готовый блок краном устанавливают на колонны.
Перед традиционным покрытием из стропильных ферм пространственный блок имеет еще одно существенное преимущество он не нуждается в том, чтобы колонны стояли через каждые 6 метров. Для такого блока размером, например, 30 X 30 метров достаточно только четырех опор. Здесь колонны можно ставить через 24 метра одна от другой и вдоль и поперек здания. В итоге число колонн (соответственно и затрат на их изготовление и монтаж), а также и фундаментов сокращается в 3 раза. Кроме того, улучшается использование производственной площади внутри здания ведь каждая колонна, даже если ее сечение и невелико, отнимает несколько квадратных метров полезной площади, затрудняет расстановку технологического оборудования.
Технические прогрессивные решения коснулись не только несущих конструкций здания.
Самая «древняя» ограждающая конструкция - кирпичная стена. Ей на смену пришли бетонные панели заводского изготовления. Такая панель - конструкция индустриальная, и, конечно, она гораздо эффективней штучного кирпича. Но ее недостаток опять-таки - большой вес одна панель, например, размером 6X^5 метра при толщине 15 - 20 сантиметров весит 3 - 4 тонны.
С фермы на ферму перекинуты железобетонные плиты, которые ненамного легче стеновых. Внутри промышленного здания стоят перегородки - из кирпича, бетона, шлакоблоков, гипсобетона. Все это тоже солидные по весу конструкции.
Новая стеновая панель - это «бутерброд» между двух стальных или алюминиевых гофрированных (для жесткости) листов находится легкий полимерный утеплитель. Квадратный метр такой панели толщиной 5 - 8 сантиметров весит примерно 30 килограммов (стальная) или 10 (алюминиевая). Значит, панель такой же площади, как железобетонная, будет соответственно весить 270 или 90 килограммов, то есть в 13 или 40 раз легче традиционной.
На смену железобетонным кровельным плитам пришел волнистый настил из тонкой оцинкованной стали. Лист такого настила площадью 6 квадратных метров весит около 100 килограммов - раз в двадцать легче железобетонной плиты.
Эти цифры убедительно говорят о том, что и ограждающие конструкции благодаря использованию металла стали значительно легче.
ОТГРУЗИТЕ ЗДАНИЕ!
Можно назвать немало крупных промышленных комплексов, возведенных в сроки, намного более короткие, чем предусмотрено нормами. К сожалению, можно назвать и немало зданий, строительство которых тянулось недопустимо долго.
Выступая на торжественном заседании в Алма-Ате, посвященном вручению Казахской ССР ордена Дружбы народов, Генеральный секретарь ЦК КПСС товарищ Л. И. Брежнев сказал, что «задача состоит не только в том, чтобы добиваться превосходных результатов на отдельных, пусть й важных стройках, а в том, чтобы каждый объект, предусмотренный пятилетним планом, строился и вводился в эксплуатацию в намеченные сроки, отвечал требованиям передовой научно-технической мысли»
Большие возможности в решении поставленной задачи открывает использование легких металлических конструкций. Конечно, для этого надо не только наладить производстве, легких несущих и ограждающих конструкций, но, и одновременно организовать их комплектную поставку на строительные площадки, то есть поставку целиком всей коробки промышленного здания. Прогрессивность такого решения трудно переоценить.
Производство легких несущих и ограждающих конструкций уже организовано на вновь построенных заводах Минмонтажспецстроя СССР. В ближайшие годы войдет в строй еще ряд заводов. Каждый из заводов специализируется на выпуске определенного вида легких конструкций. Разработанная система кооперации заводов и типизации легких конструкций позволит делать детали, как говорят, «на склад», комплектовать из них полный набор здания.
В недалеком будущем на такой «склад» будут поступать заказы. Скажем, пришло письмо «Срочно вышлите здание механической мастерской площадью 10 тысяч квадратных метров для строительства в районе Крайнего Севера». Работники «склада» заглядывают в каталог. В нем перечислены номера всех деталей, необходимых для строительства такой мастерской, указано их количество. Заказ выполняется быстро и, что самое главное, полностью. А если на стройку прибывают все детали здания, то, конечно, у строителей есть возможности возвести его в рекордно короткий срок.
Таким образом, создается единый двухзвеньевой строительный конвейер. Первое звено - конвейерное поточное изготовление всех элементов здания; второе - конвейерная сборка коробки здания.
Легкие конструкции будут в первую очередь применяться при сооружении типовых предприятий легкой, пищевой, мясомолочной промышленности, станций обслуживания автомобилей, различных складов, а также объектов в районах Севера, Сибири, Дальнего Востока.
Строительство зданий из легких конструкций уже началось. Сооружены цехи Климовского машиностроительного завода, киноконцертный зал на 3 тысячи мест в Сочи, построена станция технического обслуживания легковых автомобилей в Кисловодске и ряд других объектов.
ИЗ КРЫЛАТОГО МЕТАЛЛА
Дальнейшее облегчение строительных конструкций связано с применением алюминия. Он в три раза легче стали, очень пластичен, из него можно прессовать прочные профили любой конфигурации.
Пока алюминий был дорог, его применяли почти исключительно в самолетостроении. Но по мере снижения стоимости алюминий «спускался с небес на землю», и находил новые и новые области приложения. В последние годы алюминий во все возрастающих количествах используется в строительной практике.
...Большие светлые цехи Воронежского завода алюминиевых конструкций Минмонтажспецстроя СССР. Здесь установлено современное высокопроизводительное оборудование. На мощных прессах получают алюминиевые профили самой различной конфигурации.
Профили режут на заданную длину, а затем анодируют алюминий покрывается защитной пленкой и приобретает желаемый цвет - серый, черный, бронзовый, золотой.
Воронежский завод выпускает алюминиевые оконные переплеты и дверные рамы, подвесные потолки, перегородки, кровельный волнистый настил, трехслойные стеновые панели.
Все эти конструкции входят в комплект коробки промышленного здания.
Для несущих конструкций алюминий пока применяют мало. Однако можно с уверенностью утверждать, что в недалеком будущем появятся и алюминиевые объемные пространственные конструкции.
Весьма интересное решение, новое слово в строительной технике - мембранные покрытия, которые совмещают несущие и ограждающие функции. Это наиболее легкий вид покрытия. Мембрана, то есть натянутое металлическое полотнище, способна выдерживать значительные нагрузки при толщине, измеряемой миллиметрами. Но сделать мембрану такой незначительной толщины, как это допускают расчеты на прочность, нельзя из-за возможной коррозии металла; кроме того, очень тонкие листы трудно надежно соединять между собой. Если для мембран использовать стальные листы, то вынужденное увеличение их толщины сведет на нет экономию металла, а если применить алюминиевые листы, то возникнут серьезные осложнения, связанные с их сваркой.
В Центральном научно-исследовательском институте строительных конструкций имени А. В. Кучеренко разработана оригинальная конструкция мембранного покрытия больших пролетов, лишенная указанных недостатков.
Идея конструкции заключается в том, что мембранное покрытие не делают из элементов, прочно соединяемых между собой, а плетут из алюминиевых лент шириной 1 - 1,5 метра и толщиной 0,5 - 1 миллиметр. Ленты поставляют на строительную площадку свернутыми в рулоны.
Готовую мембрану крепят к металлическому или железобетонному контуру. По ней укладывают слой пароизоляции, плитный утеплитель, гидроизоляционный ковер; для отвода воды в центре покрытия устраивают воронку.
Плетеные мембранные алюминиевые конструкции предназначены для круглых или овальных в плане зданий пролетом 80 - 100, и более метров. Опыт применения таких покрытий подтвердил их перспективность.
ПАВИЛЬОН-ЭКСПОНАТ
В Москве на ВДНХ скоро соберут выставочный павильон из легких конструкций.
Этот павильон и Сам станет экспонатом.
Его стены будут собраны из алюминиевых панелей различных конструкций. Вдоль здания протянется пояс из выпуклых алюминиевых листов. Для части стен будет использован стеклопрофилит. Каждый зал павильона перекроют легкими несущими конструкциями различного типа из круглых и прямоугольных труб, из прокатных профилей. Самый большой зал будет перекрыт структурным блоком размером 30X30 метров. Двери, окна, подвесные конструкции, стеллажи для экспонатов - словом, все в этом павильоне будет экспонатами, демонстрирующими возможности и преимущества легких конструкций.
Экспозиция павильона расскажет о новых конструктивных решениях, о технологии изготовления и монтажа легких конструкций, о применяемых при этом прогрессивных приспособлениях и механизмах.
Широкое внедрение легких конструкций в практику нашего строительства позволит возводить здания быстрее, с меньшими затратами. А это повысит эффективность капиталовложений, что является одной из главных задач, поставленных XXIV съездом КПСС перед строителями.
ЛИТЕРАТУРА
Давидсон И. Д., и Xайтмам В. Е. Преднапряженные алюминиевые ленты в промышленном строительстве. «Монтажные и специальные работы в строительстве» № 5. 1973.
Дмитриев И. Стройкам - эффективные материалы. «Правда», 20 июня 1972.
3емлеруб В. А. Легкие металлоконструкции для промышленных зданий. «Монтажные и специальные работы в строительстве» № 5, 1973.
Костюкович В. И. Подвесные алюминиевые потолки. «Монтажные и специальные работы в строительстве, № 5, 1973.
Трофимов В. И. и Бегун Г. Б. Структурные конструкции. Стройиздат. М., 1972.
