Что такое фахверк металлоконструкции – конструктивные особенности и установка
Металлокаркас в качестве несущего каркаса является прочным и устойчивым остовом сооружения. Эта конструкция из линейных элементов называется металлическим фахверком. Каркас из металла бывает полным и неполным. В первом случае он воспринимает собственный вес здания и все действующие нагрузки, а во втором — усиливает основной каркас.
Особенности разновидностей
Неполный металлокаркас делается без колонн у наружных стен, а колонны входят в систему основного каркаса. На полный несущий фахверк из металла воздействует вес стен и ветровые нагрузки от них, а также другие вертикальные и горизонтальные нагрузки. И на несущий, и на вспомогательный металлокаркас крепят дверные и оконные проемы, профлист, сэндвич-панели. Для безопасных работ и эксплуатации здания потребуется профессиональный расчет и монтаж металлического каркаса.
Понятие «фахверк» пришло с немецкого языка, именно в Германии зародилась фахверковая технология строительства каркасников. В переводе на русский fachwerk означает решетчатая конструкция или ферма. Более всего востребован фахверк металлический при строительстве промышленных объектов. Строительные фахверк металлоконструкции считаются самыми прочными, надежными и долговечными.
Конструкция, классификация и преимущества фахверкового каркаса
Конструктивно фахверк из металла состоит из пространственной секции, в основе которой находятся металлические балки, размещенные под углами. У фахверка металлоконструкции делятся на горизонтальные элементы (ригели) и вертикальные (стойки из профилей или прокатного швеллера). Фахверковый каркас классифицируют в зависимости от места расположения следующим образом:
Вот что говорят специалисты по поводу плюсов материала:
Технология каркасной металлоконструкции для жилого дома
Хотя традиционный немецкий фахверк проглядывает с наружной стороны дома в виде контрастных деревянных балок и столбов, металлический каркас предпочитают скрывать в стене. Во-первых, по эстетическим соображениям, а во-вторых, это решает ряд проблем:
Есть также общие факторы, благодаря которым строители предпочитают фахверковые металлоконструкции:
Установка фахверковой конструкции из металла
Сам процесс монтажа начинается с установки стоек. Элементы из профильных труб фиксируют черными болтами. Для упрощения сборки и экономии бюджета на детали устанавливают полиспасты с блоками, а потом с помощью монтажной лестницы соединяют руками. Можно арендовать легкий или самоходный кран для этих целей.
После того как стойки расположены на фундаменте, верхнюю часть опоры закрепляют фасонными листовыми пластинами к связевой ферме, соединяют болтами. Для монтажа металлического фахверка понадобится пара работников.
Когда колонны установлены, переходят к распоркам и ригелям. Из дополнительного оборудования на данном этапе подключают гидроподъемные передвижные подмостки или закрепляют лестницы.
Если стены делаются из асбестоцементных плит или профлистов, приваривают на поперечные балки крючья (кляммеры) из металла. Это ускорит монтаж панелей на металлический фахверк и усилит общее качество сборки.
Не лишним будет напомнить о технике безопасности при монтаже металлического фахверка. Первое и важнейшее правило ТБ — это наличие допуска специалистов к выполнению высотных работ. Также важно обеспечить работников обувью и спецодеждой, касками, страховкой. При работе с кранами понадобится опыт привязывания подъемных строп к тяжелым ригелям и стойкам.
Видео: типы рам металлического каркаса
Перепутать самобытную фахверковую постройку с другими домами невозможно. При взгляде издалека кажется, что ее ажурные стены прочерчены вдоль и поперек широкими ровными линиями, и выглядит это очень эффектно. На самом деле четкие контрастные полосы не имеют ничего общего с декоративной отделкой. Итак, строительство дома в стиле фахверк, что это такое?
Термин fachwerk в переводе с немецкого означает «сквозная каркасная конструкция». Основу фахверкового дома действительно составляет прочный каркас из клееного бруса или других материалов. Он состоит из соединенных между собой вертикальных, горизонтальных и диагональных элементов – стоек, балок, раскосов. Пространство между образованными ими секциями заполняется материалами различного вида. С внешней стороны каркасные элементы остаются открытыми, в чем и состоит одна из главных особенностей стиля фахверк.
Одни источники утверждают, что самой древней постройкой в этом стиле считается японский храм, возведенный более 13 столетий назад. По другим сведениям, фахверковая технология появилась в Германии во времена Средневековья. Как бы то ни было, но в Европе новый способ возведения домов сразу стал популярным, поскольку давал возможность строить быстро и экономить при этом древесину.
После XVIII в. интерес к таким домам снизился, но в наше время необычный старинный стиль фахверк вновь обрел сторонников. Сегодня колоритные дома с «ажурными» фасадами встречаются не только в Германии, но и в Швейцарии, Швеции, Австрии и других европейских странах.
Особенности строений в стиле фахверк
Основные элементы дома:
Возведение домов в стиле Фахверк.
Для возведения таких домов используются надежные материалы и современное оборудование. Фундамент устраивается из прочных винтовых свай Krinner. К нему крепится нижняя обвязка из бруса.
Силовой каркас состоит из вертикальных стоек и горизонтальных балок, без раскосов. В качестве материала используется конструкционный брус BSH, склеенный из горизонтальных ламелей. Он изготавливается в заводских условиях из хвойных пород дерева и предназначен для несущих конструкций. Все соединения крепятся шпильками с шайбой и гайкой. Стабильность узлов, на которые падает повышенная нагрузка, усиливается металлическими скобами или пластинами.
Для устройства крыши возводится стропильная система из клееного бруса BSH, монтируются сэндвич-панели с PIR утеплителем, укладывается фальцевая кровля из крашеных профилированных листов.
Наружные стены формируются из ЦСП, которые сочетают в себе лучшие свойства цемента и дерева. Швы после монтажа панелей шпаклюются, а поверхность фасада покрывается краской на резиновой основе, имитирующей штукатурку. В соответствии с проектом, некоторые секции могут заполняться энергоэффективными стеклопакетами DS.
Преимущества домов в стиле фахверк
Плюсы выбора этой технологии:
Минусы фахверковых коттеджей
Идеальных строительных технологий не существует, и у домов с деревянным каркасом также есть недостатки. Один из самых существенных минусов состоит в том, что стены таких строений имеют небольшую толщину, поэтому приходится тратить дополнительные средства на утепление конструкции. При наличии панорамного остекления потребуется еще больше средств на отопление. К недостаткам фахверка относят и более высокую стоимость строительства, по сравнению с каркасными домами другого типа.
Билет 12. Конструктивные решения торцевых стен одноэтажных производственных зданий. Фахверк и ворота.
В одноэтажных производственных зданиях помимо основного каркаса применяют дополнительный – фахверк – каркас стен. Фахверк устанавливается в плоскостях продольных и торцевых стен. Фахверк необходим при большом расстоянии между стойками основного каркаса. Колонны фахверка обеспечивают стенам устойчивость, обеспечивают навеску ригелей для крепления стеновых панелей.
Ж/б колонны торцевого фахверка
Колонны фахверка устанавливаются, чаще всего, с шагом 6м. Верхняя часть колонны закрепляется в уровне перекрытия гибкими связями. Колонны фахверка устанавливаются на собственный фундамент.
Ворота. Ворота классифицируются по своему назначению, по количеству полотен-створок (одно и двустворные, многостворные), по способу открывания створок (распашные, раздвижные, подъемные, шторные).
Распашные ворота имеют наиболее простую конструкцию и широкое распространение. По ширине размер распашных ворот принимается не более 4.7м.
Раздвижные ворота применяют при больших размерах проемов и отсутствием места для открывания распашных. Створки ворот выполняются с верхней навеской, т.е. с роликами, опирающимися на рельс, расположенный вверху проема.
Подъемные ворота занимают минимальную площадь при открывании, но их устройство значительно сложнее по механическим приспособлениям и конструкциям.
Билет 13. Плоскостные распорные системы несущего остова одноэтажного большепролетного здания: примеры, особенности, примерные соотношения параметров сечения несущих элементов к пролетам, обеспечение жесткости.
В распорных конструкциях покрытий на опорах помимо вертикальных реакций, под действием собственной массы конструкции, возникают и горизонтальные реакции, называемые распором.
Основные распорные конструкции – арки и рамы.
Рамы могут быть разнообразного очертания, однако чаще всего в строительстве применяются рамы П-образного очертания.
Арки чаще всего проектируют кругового очертания (так как такие арки выполняются просто как в монолитном, так и в сборном вариантах), также арки могут быть параболическими, эллиптическими, а также на основе кривых, состоящих из разных радиусов.
Различают рамы и арки:
1.Бесшарнирные (проектируют только на надежных основаниях, так как они особенно чувствительны к неравномерной осадке грунтов)
Преимущество двух и трехшарнирных рам и арок в том, что их можно изготавливать заранее из двух одинаковых частей и монтировать простым соединением шарниров.
Арки и Рамы (круговые и П-образные) имеют постоянное сечение только в бесшарнирном варианте, при наличии шарниров высота сечения уменьшается у шарниров в 2.3 раза (см. Таблицу)
Распорные конструкции требуют особого вида фундамента: чем больше распор, тем больше фундамент должен быть развит во внешнюю сторону.
Способы восприятия (уменьшения) распора:
Арки и рамы обладают достаточной жесткостью в своей плоскости, в другом направлении жесткость всей системы в целом обеспечивается при помощи включения связей в каждом продольном ряду вертикальных опор. Горизонтальные связи устраиваются в поперечном направлении в начале и конце температурного отсека, В криволинейных арках жесткость достигается путем замоноличивания плит покрытия криволинейного очертания.
Также к распорным конструкциям покрытия может быть отнесен свод – как разновидность арок большой ширины.
Наиболее простая конструкция – гладкий цилиндрический свод. Опирающийся по всей длине на фундамент, более прогрессивный тип цилиндрического свода – ребристый.
Несущие элементы ребристого свода: арки и продольные ребра, являющиеся связями, между ребрами устанавливаются однотипные ж/б плиты
Комбинируя цилиндрические своды можно получить сомкнутый свод, многогранный купол, крестовый свод.
Возможны сл.способы погашения распора:
2. Затяжки
14. Рамные конструкции одноэтажных производственных зданий: конструктивные схемы, материалы, сечения элементов, обеспечение устойчивости.
Рамные схемы несущего остова образуются вертикальными несущими элементами, на которые, в свою очередь, опираются несущие элементы покрытия – ригели рам. В зависимости от функционального назначения здания, материалов основных несущих конструкций и конструктивной системы рамы имеют жёсткое или шарнирное сопряжение горизонтальных элементов с вертикальными.
Наиболее распространённое конструктивное решение одноэтажных промышленных зданий – схема (рис. II.2,б) с шарнирным соединением ригеля рамы и колонн и жёсткой заделкой колонн в фундаменты (двухшарнирная система). Другие схемы поперечной несущей конструкции здания, например двухшарнирная схема с шарнирами в месте опирания колонн на фундаменты (рис. II.2, в) или трехшарнирная (рис. II.2, а), применяются реже. Жесткое сопряжение ригеля рамы с колоннами – бесшарнирная схема (рис. II.2, г) – применяется главным образом в цельнометаллических каркасах.
Каркасы одноэтажных промышленных зданий могут выполняться в железобетоне, металле и дереве.
Преимущественное применение имеют железобетонные каркасы, в которых при пролётах до 18 м включительно в качестве ригелей целесообразно использовать двускатные железобетонные балки таврового и двутаврового поперечного сечения, а при пролётах 24, 30 и 36 м – фермы сегментного, трапециевидного очертания и с параллельными поясами. Железобетонные рамы с жёсткими узлами применяются для пролётов до 48 м, причём редко из-за сложности, и они не экономичнее шарнирных. Высота сечения ригеля рамы принимается равной 1/20-1/25 пролёта, высота сечения стойки в месте её примыкания к ригелю – такой же или несколько меньшей. Для ригеля и стойки целесообразно принимать двутавровые сечения. Для удобства транспортировки железобетонная рама при изготовлении расчленяется на несколько элементов. Стыки элементов устраиваются либо в местах соединения ригеля со стойками (рис. II.72, а), либо в местах нулевых изгибающих моментов от постоянной нагрузки (рис. II.72, б). использование стальных каркасов.
При пролётах более 18 м ригели проектируются сквозными в виде ферм с целью экономии материалов.
При больших нагрузках и значительных пролётах, а также при мостовых кранах большой грузоподъёмности следует переходить на Пролёты металлических рам могут достигать 100 м. Высота ригеля в металлических рамах принимается 1/15-1/25 от пролёта. Решетка рамных конструкций и сечение их элементов, так же как и система жёстких пространственных связей, не отличаются от решений, применяемых для обычных стропильных ферм. Металлический каркас – это единая жёсткая рамная система.
Широкое применение в одноэтажных промышленных зданиях находят поперечные рамы смешанной конструкции: колонны – железобетонные; ригели – металлические. Достоинством таких смешанных каркасов является меньшая стоимость, большая надежность эксплуатации при воздействии высоких температур и агрессивных сред.
В деревянных конструкциях применение рамных систем вполне возможно, но в промышленном строительстве деревянные стойки применяются мало ввиду их низкой капитальности и лёгкой повреждаемости. По статической схеме деревянные рамы конструируются трёхшарнирными и двухшарнирными. Трёхшарнирные рамы выполняются сквозными сплошными клеёными, состоящими из дощатого пакета прямоугольного или двутаврового сечения, а также двутаврового сечения с фанерной или перекрёстной стенкой. Высота ригеля рамы принимается 1/10-1/12 пролёта для сквозных и 1/15-1/25 пролёта для сплошных сечений.
Устойчивость. Основными связями, обеспечивающими общую устойчивость пространственного каркаса в продольном направлении, являются связи между колоннами каркаса. Вертикальные связи между колоннами совместно с защемлёнными в фундаменте колоннами обеспечивают геометрическую неизменяемость системы, воспринимают давление ветра на торец здания и продольные тормозные усилия от мостовых кранов.
Пространственная жёсткость и устойчивость каркасов обеспечиваются структурной системой связей, поставленных в пределах блока покрытия и в пределах высоты колонны каркаса.
Вертикальные связи раскосного типа (рис. 9.2, а) вида работают на растяжение и сжатие и уступают по расходу металла связям крестового (рис. 9.2, б) вида. Но они проще в изготовлении и монтаже. Крестовые связи работают только на растяжение, поэтому их проектируют из одиночных профилей – уголков, швеллеров и труб. При шаге колонн 12 м и более целесообразно применение связей портального типа, как более жёстких и экономичных по расходу материала.