IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

ВВЕДЕНИЕ

С целью удешевления и ускорения возведения хозяйственных, торговых, выставочных, производственных объектов, в их производстве применяются металлоизделия узловой сборки. В понятие легкие металлоконструкции (ЛМК) – входят профили или листы, изготовленные из легких и сплавных металлов, которые скрепляются между собой, образующие лёгкие металлические конструкции из отдельных модульных элементов или здания из ЛМК с большими пролетами и выразительной формой. Предварительно собранные конструкции являются заготовками для будущих сооружений, собираются в условиях цехов и доставляются на строительную площадку.

1. КРАТКИЙ ОБЗОР ПО ЛЕГКИМ МЕТАЛЛИЧЕСКИМ

КОНСТРУКЦИЯМ

1.  
   1. Изготовление ЛМК

Материал, из которого изготавливаются блоки пространственной конструкции, для последующего монтажа, зависят от назначения объекта. Основными элементами являются: профили, балки, листовой металл. Оцинкованный холодногнутый тонкостенный профиль зарекомендовал себя с наилучшей стороны, так как обладает сравнительно малым весом, что приводит к максимальному снижению веса конструкции. Элементом несущей конструкции или дополнительным элементом при соединении несущих панелей кровли и стен, является Z- профиль (рис.1, б). Для стеновой обшивки и крепления панелей используется С-профиль (рис.1, в). Каждый вид профиля имеет свой типоразмер с соответствующими параметрами: высота, толщина материала, буквенные обозначения типа профиля и соединительной накладки [8, 9].

Изготовлением материалов и модулей занимается завод легких металлических конструкций. В условиях производства расходные материалы соединяются между собой различными способами. Крепления могут быть: болтовые, сварные, клепочные.

а) в б

Рис.1. Круглый небоскреб «Альдар» (ОАЭ, Абу-Даби):

а – общий вид; б – z-образный профиль, в – С-образный профиль

1.2. Возведение зданий из ЛМК

Легкие быстровозводимые металлоконструкции – это высокопрочные здания, которые можно построить за несколько месяцев при любых погодных условиях и климатических особенностях региона строительства.

а

б

Рис.2. Строительство зданий из легких металлических

конструкций (Екатеринбург):

а – здание культурного центра; б – двадцатиэтажное этажное здание

Из легких металлических конструкций можно построить практически любую конструкцию промышленного или жилого назначения. ЛМК отлично подходит для возведения крупных ангаров и складов, офисных зданий, торговых центров, станций технического облуживания и других зданий сооружений (рис.2, 3).

Для возведения металлических легких металлических конструкций может быть использована горячекатаная черновая сталь, а также сталь высокой категории, специальные алюминиевые сплавы.

а

б

Рис.3 Проекты оригинальных пространственных

сооружений из ЛМК (Канада):

а – сводчатое очертание; б – сложно-эллипсоидальная форма

Преимущества легких металлических конструкций (ЛМК)

- высокая скорость возведения объекта;

- возможность осуществлять демонтаж и монтаж ЛМК в случае необходимости переноса на другую площадку;

- отсутствие необходимости в усиленном фундаменте;

- допустимость сложных архитектурных конструкций.

В ходе разработки новой конструкции были рассмотрены различные проекты из ЛМК, такие как представленные на рисунке 4.

а

б

Рис.4. а - Бангкокский университет (Тайланд);

б - проект 180-метровой парижской Башни Деланоэ с прозрачными фасадами по форме напоминает гигантский стеклянный треугольник (Франция, Париж).

Бангкокский университет является эксплуатируемым зданием, построенным в Тайладе. Он имеет очень необычную уникальную архитектурную форму, каждая часть здания выполнена в абстрактном стиле и существенно отличается от других частей, задавая эффектный вид зданию. Но и отсутствие унификаций элементов и частей здания делает его сложным при монтаже, и приводит к увеличению конечной стоимости объекта.

Башня Делоноэ – это проект разрабатывался для Парижа, но от него отказались, в связи существенного отличия от общего архитектурного стиля города, а также нежелания горожан строить в своем городе высотные здания.

В итоге изучив вышеописанный материал, все уникальные особенности, а также ошибки вышеописанных проектов, выявлено несколько факторов при проектировании конструкций из ЛМК:

- предлагаемая конструкция должна иметь высокую архитектурную выразительность, которая должна гармонировать с общим архитектурным стилем города в котором данная конструкция будет эксплуатироваться;

- элементы конструкции должны быть максимально унифицированы, что обеспечит конструкции меньшую стоимость и простату в монтаже.

1.3. Пространственная конструкция

Проанализировав выше представленные материалы, изучив все уникальные особенности, а также ошибки вышеописанных проектов, мною была спроектирована пространственная конструкция.

Конструкция многогранного купола уклоном 45° состоит из металлических профилей, материалом из которых является – оцинкованная холодногнутая сталь.

Верх конструкции опирается на железобетонную шахту, нижняя часть конструкции на металлический пояс по периметру мансардного помещения. Пояс в свою очередь опирается на несущие монолитные стены, передовая нагрузку от конструкции на них.

Для остекления конструкции используются стеклопакеты из каленого стекла, заполненные инертным газом – аргоном, для понижения теплопередачи и сохранения тепла в помещении в зимнее время.

Выбор данной пространственной металлической конструкции обусловлен тем что, данная конструкция имеет высокую архитектурную выразительность, которая гармонирует с нижележащей частью здания. Кроме того, особая необычная форма конструкции привлекает взгляды людей, оставаясь у них в памяти, и служит рекламой для здания.

Основные размеры предлагаемой конструкции и её общие виды представлены ниже на рисунках 5,6.

а

б

Рис.5. Мансардный многогранный купол: а – фотореалистичный вид, б - вид в плане с основными размерами.

Рис.6. Мансардный многогранный купол: а – фотореалистичный вид, б - вид в профиль с основными размерами.

Рис.7 Проектируемая пространственная конструкция

1.4. Вариантное проектирование

Основными несущими элементами конструкции являются вертикальные элементы. В качестве сравниваемых вариантов принимаем разные сечения этих элементов пространственной конструкции. Размеры сечений приняты в соответствии [8]. Цены на металл приняты из [13].

Таблица 1

№	Сечение	Наименование или размеры	Цена руб. за тонну	Общая цена, тыс. руб.
1		ГОСТ 8239-89 №20	40249	1866,4
2		90х90х8	30459	1465,1
3		ГОТС 8240-97 №12	30019	1381,5
4		D7х1.5	36080	1692,2
5		15х15х1	38060	1910,6

В результате предварительного расчета по полученным данным, представленным в таблице, видно, что наиболее экономичным по расходу и стоимости металла является третий вариант – сечения элементов из спаренных швеллеров.

2. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА ВКР 2.1. Архитектурно-конструктивное решение

Конструктивная система здания гостиницы – бескаркасная. Строительная система здания – монолитная железобетонная. Несущими элементами здания являются монолитные стены, опирающиеся на ленточный монолитный фундамент.

Пространственная жесткость и устойчивость здания обеспечивается за счет ядер жесткости, которыми являются шахты лифта, лестничные марши, расположенные в центре плана здания. Монолитные стены, воспринимают нагрузки и передают их на фундамент.

2.2. Функциональный процесс здания

Гостиница представляет собой двенадцатиэтажное здание с цокольным этажом и помещением на последнем этаже и внутренним водостоком. Общая площадь здания – 16201,8 м².

По функциональному назначению помещения гостиницы подразделяются на группы: приёмная группа, административная группа, жилая группа, группа общественного питания, служебно-хозяйственная группа.

Приемные помещения подразделяются на холл (в котором предусматривается зона приема клиентов, места для отдыха, для сувенирных киосков и телефонных автоматов), зона транзитного движения к лестницам и лифтам, зона ожидания, гардероб.

Жилая часть располагается на 2-10 этажах, включает гостиничные номера стандарт и люкс класса.

Администрация включает: дирекционный отдел, отдел кадров, помещение обслуживающего персонала, бухгалтерия.

Группа общественного питания включает: ресторан, кухню, склад продуктов.

Служебно-хозяйственная часть: помещение охраны, отделение грязного и чистого белья, прачечная, гладильная, помещение инженерно-технического персонала, ремонтная мастерская, склад мебели и инвентаря, кладовая.

Развлекательная зона включает в себя: боулинг-клуб, кафе, выставочный зал (на последнем 12 этаже).

Рис. 8. Функциональная схема 1-ого этажа

а – 1-го этажа; б – типового этажа.

2.3. Ситуационный и генеральный планы гостиницы

Проектирование генерального плана выполняется в соответствии со СП 118.13330.2012 «Общественные здания и сооружения».

Проектируемое здание расположено в Краснодарском крае, г. Геленджик. Здание располагается по центру участка и обращено главным фасадом на ул. Крымская.

В состав участка входят:

- стоянки для автомобилей. Открытая площадка для стоянки у главного входа проектируется из расчета одновременного размещения 40 автомобилей (площадь стоянки для одного автомобиля по нормам составляет 18 м²);

- возможность реконструкции и расширения здания гостиницы;

- создание единого архитектурного ансамбля с окружающей средой;

- подъезды к главному входу в гостиницу;

Для обеспечения связи между объектами генерального плана запроектированы пешеходные дорожки. Отвод поверхностных вод запроектирован от здания к лоткам автодорог с последующим выпуском на рельеф.

Линии электросети, канализации, газо- и тепло-трубопроводы соединяются с соответствующими существующими линиями.

а

б

Рис. 9. а - ситуационный план, б – генеральный план.

2.4. Объемно-планировочное решение здания

Здание имеет сложную (крестовую) форму в плане. Общие размеры здания в осях 1-14, А-П94,8×94,8 м. Привязки осей всех стен здания к разбивочным осям здания - центральная.

Здание проектируется двенадцатиэтажным. Высота здания – 52 м. Высота первого этажа – 4 м, типовых этажей - 3,1 м, последнего двенадцатого этажа – 14 м, с уклоном кровли (потолка) 45°. За нулевую отметку принята отметка чистого пола первого этажа.

На лестницах вне здания, предусмотрены пандусы для людей с ограниченной возможностью передвижения с уклоном 7%.

Здание гостиницы имеет пять входов. Главный вход для клиентов находится в осях 2-5, рядах А-Б.

Планировочная схема здания коридорная. Ширина коридоров 2,4 м. Функциональная связь между этажами осуществляется лифтами и лестничным маршами. Лестницы являются путями эвакуации для людей из здания в аварийных условиях. Лестничные марши и площадки являются вентилируемыми и незадымляемыми, имеют ограждения с поручнями. На эвакуации открывание дверей предусматривается по направлению движения. Отделка помещений располагаемых по следованию путей эвакуации предусмотрена из негорючих материалов.

Приемные помещения являются связующем звеном для всех групп помещений гостиницы. Основными функциями вестибюльной группы являются: прием, оформление и размещение клиентов, хранение и транспортировка багажа и т.д.

Проектируемая гостиница имеет приемную группу общей площадью 263 м². В вестибюле соблюдается рациональное зонирование, сводящее к минимуму пересечения потоков проживающих, уезжающих и приезжающих гостей, персонала, посетителей и путей доставки багажа в номера. В вестибюле предусматриваются зона приема, зона транзитного движения к лифтам и лестницам, зона отдыха и ожидания, а также гардероб, торговые сувенирные киоски и телефоны-автоматы.

а

б

Рис.10. План этажей здания: а – первого, б - типовых.

Рис. 11. Разрез 1-1.

Лифты в гостинице располагаются в центре здания, что обеспечивает кратчайшие пути попадания в номера. В проектируемой гостинице находится два грузопассажирских лифта с грузоподъемностью 630 кг.

Жилые помещения являются основными в гостинице. Номера в гостинице проектируются двухместные стандарт и люкс класса.

Номера класса люкс обладает следующими особенностями:

- общая площадь номера 60 м²;

- интерьер номера выполнен отделкой из дорогих материалов;

- имеется лоджия с большой площадью остекления.

2.5. Архитектурно-конструктивное решение здания

Конструктивная система здания – бескаркасная. Строительная система здания – монолитная железобетонная. Несущими элементами здания являются монолитные стены, опирающиеся на ленточный монолитный фундамент. Выбор монолитных элементов обоснован тем, что отпадает необходимость использовать элементы заводской готовности, следовательно, значительно расширяются возможности объемно-планировочного решения здания. Монолитным домостроением пользуются повсеместно во всем мире, и уже накоплен большой опыт в данной отрасли, следовательно, имеется готовая база необходимой номенклатуры изделий и материалов (опалубка, добавки в бетон и т. п.), машин и механизмов (домкраты, бетононасосы и т. д.).

В качестве материала каркаса был выбран железобетон, так как он обладает большой огнестойкостью и, следовательно, отвечает противопожарным нормам, что особо актуально при высотном домостроении (время эвакуации значительно возрастает).

Пространственная жесткость и устойчивость здания обеспечивается за счет ядер жесткости, которыми являются шахты лифта, лестничные марши, расположенные в центре плана здания. Монолитные стены, воспринимают нагрузки и передают их на фундамент.

В качестве фундамента под здание используется ленточный монолитный железобетонный фундамент. Назначение фундамента – воспринимать нагрузки от вышележащих элементов здания и передавать их на основание.

Рис.12. Совмещенный план перекрытия/кровли

Плиты перекрытия приняты сборными толщиной 220 мм. Расположение плит перекрытия см. на совмещенном плане перекрытия/кровли (рис.14).

В плитах также предусматриваются каналы для электропроводки. Армирование перекрытий и покрытий осуществляется сварными, укладываемыми внахлестку.

Межкомнатные перегородки - толщиной 150 мм. Состоят из бетонных блоков, звукоизоляционного материала, гипсокартонных плит, которые облицовывается декоративной отделкой (обоями, фотообоями, плиткой, рис. 15).

Рис.13. Перегородки и полы в номерах

Несущая часть стены выполняются из монолитного железобетона с наружным утеплением пенополистирольными плитами толщиной 150 мм и отделкой «Алюкобондом» (рис.16). Несущие стены выполняются толщиной 300мм изготавливаемые из бетона класса прочности не менее В25.

а

б

Рис.14. а - Панель «Алюкобонд», б - здания с отделкой

из «Алюкобонда».

Полы в здании должны удовлетворять требованиям прочности, сопротивляемости износу, звукоизоляции, удобства уборки. В номерах проектируемого здания предполагается устройство полов, состав которых: стяжка из легкого бетона В-10 – 20 мм, лаги по которым укладываются доски пола, а по ним ложится виниловый ламинат (см. рис.15). Между лагами предусматривается утеплитель из пенополистирола. В коридорах, тамбурах, санузлах, лестничных клетках полы выполнены из керамической плитки.

Для вертикальных коммуникаций предусмотрены две лифтовые монолитные железобетонные шахты с монтажом лифтовой установки грузоподъемностью - 640 кг. Машинное отделение лифта помещается на последнем двенадцатом этаже, что позволяет упростить кинематическую схему лифта, уменьшить нагрузки на несущие конструкции здания, отказаться от устройства специального помещения для блоков. Таким образом, стоимость лифта и эксплуатационные расходы значительно сокращаются. В данном проекте лифтовый холл имеет искусственное освещение.

Конструкция лестницы из сборных железобетонных элементов плитной конструкции. Лестничная клетка запланирована как внутренняя повседневной эксплуа­тации, из сборных железобетонных элементов. На первом этаже устраивается трехмаршевая лестница (см. рис.17). На типовых этажах - двухмаршевая лестница с двумя между­этажными площадками. Перед входом на лестницу имеется огражденная воздушная зона, которая предотвращает задымление лестницы при пожаре и т.п. чрезвычайных ситуациях. Кроме того, внутри лестничного марша предусмотрена отдельная вентиляция.

Рис.15. Трехмаршевая лестница

Рис.16. Двухмаршевая лестница

Лестничная клетка имеет искусственное освещение. Все двери по лестничной клетке и в тамбуре от­крываются в сторону выхода из здания. Ограждение лестниц выполняется из ме­таллических звеньев, а поручень облицован пластмассой.

Окна и витражи витрины в значительной мере определяют степень комфорта в здании и его архитектурно - художественное решение. Окна и витражи подобраны по светотехническому расчету, в соответствии с площадями освещаемых помещений. Верх окон максимально приближен к потолку, что обеспечивает лучшую освещенность в глубине комнаты. Основы витражей, т.е. коробки и переплеты выполняются из ПВХ пластика, что в 2,5 - 3 раза легче стальных, они коррозийно-стойкие и декоративные.

В данном дипломном проекте размеры дверей приняты по ГОСТу двери, как внутри номеров, так и наружные усиленные. Двери применены как однопольные, так и двупольные, размером: высотой 2,2 м и шириной 0,8 м, 1,6 м, 1,8 м. Для обеспечения быстрой эвакуации все двери открываются наружу по направлению движения, на улицу исходя из условий эвакуации людей из здания при пожаре или при других чрезвычайных ситуациях. Дверные коробки закреплены в проемах к деревянным коробам, закладываемым в стены во время изготовления. Для наружных деревянных дверей и на лестничных клетках в тамбуре - коробки устраивают с порогами, а для внутренних дверей - без порога. Дверные полотна навешивают на петлях (навесах), позволяющих снимать открытые настежь дверные полотна с петель - для ремонта или замены полотна двери. Во избежание нахождения двери в открытом состоянии или хлопанья устанавливают специальные пружинные устройства, которые держат дверь в закрытом состоянии и плавно возвращают дверь в закрытое состояние без удара. Двери оборудуются ручками, защелками и врезными замками. Входные тамбурные двери выполнены из двухслойного штампованного алюминия рифленой поверхности. Коробки дверей выполняются из штампованных алюминиевых профилей с креплением анкерами к стенам. В здании предусмотрен тамбур.

Номера и общественные помещения гостиницы оборудованы пластиковыми окнами с размерами, соответствующими светотехническому расчету - 2,1х2,4 м. Это обеспечивает высокую степень освещения помещений гостиницы, создает комфортные условия для клиентов гостиницы.

Рис.17. Окно в номере «Люкс»

В каждом номере проектируемого здания предусмотрены летние помещения – лоджии и балконы.

Лоджии номеров класса стандарт ограждены по периметру на полную высоту этажа. Имеют большую площадь остекления.

Лоджии номеров класса люкс имеют необычную форму (см. рис. 21), остеклены специальным алюминиевым металлическим каркасом с утепленными стеклопакетами. Алюминиевый каркас крепится по периметру к стенкам лоджии. Стеклопакеты состоят из закалённого стекла и заполнены инертным газом – аргоном. На остекление лоджии действуют большие нагрузки от природных явлений (ветра, снега града, дождя и т.д.), чем на обычное окно. Поэтому применение закаленного стекла обусловлено такой необходимостью. Инертный газ (аргон), в свою очередь, способствует хорошей теплоизоляции. Угол наклона остекления составляет 45 градусов. Лоджия спроектирована согласно СП 54.13330.2011 «Жилые здания».

а

б

Рис.18. а - схема лоджии для номеров класса «Люкс»

б - лоджия в номерах класса «Люкс»

Снаружи здания на стенах для увеличения теплоизоляции здания имеется вентилируемый фасад с облицовкой из «Алюкобонда» (рис.16).

В жилых комнатах, холлах, внутриквартирных коридорах оклеиваются обоями улучшенного качества по бумаге. На кухне ресторана и кафе выполняется оклейка моющимися обоями улучшенного качества по бумаге и облицовка керамической плиткой рабочей поверхности стены между столом и навесными шкафами. В санузлах - глазурованная керамическая плитка на высоту на высоту 1,20 м.

В лифтовых холлах, межквартирных коридорах и на лестничных клетках окраска огнеупорной краской. В цокольном этаже - простая известковая побелка.

Во всех помещениях кроме подвала и санузла потолки выполняются с декоративной отделкой; в подвале - простая известковая побелка.

Литература

1. СП 54.13330.2011 Жилые здания. Актуализированная редакция СНиП 31-01-2003, М.: Минстрой России, 2014.

2. СП 118.13330.2012 Общественные здания и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 31-06-2009, М.: Минстрой России, 2014.

3. СП 00.13330.2016 Здания гостиниц. Правила проектирования. М.: Минстрой России, 2016.

4. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003, М.: Минстрой России, 2012.

5. СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*, М.: Минстрой России, 2014.

6. СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий. М.: ФГУП ЦПП, 2004.

7. СП 23-102-2003 Естественное освещение жилых и общественных зданий, М.: 2005, 87 с.

8. Справочник металлопроката. М.: изд-во «Союзметалл». 2014. – 64с.

9. ГОСТ 30245-2003. Профили стальные гнутые замкнутые сварные квадратные и прямоугольные для строительных конструкций. М.: изд-во ЗАО "ЦНИИПСК им. Мельникова". – 2003.

10. Информационный портал: http://masterok.livejournal.com/2726214.html(Дата обращения: 8.12.16).

11. Информационный портал: http://lstkclub.ru/ (Дата обращения: 9.12.16).

12. Информационный портал: http://www.arhinovosti.ru/2011/11/10/kompleks-zdanijj-dlya-bangkokskogo-universiteta-ot-architects-49-rangsit-tailand/(Дата обращения: 8.12.16).

13. Информационный портал: http://www.stroymetall.ru/metal-roll/ (Дата обращения: 8.12.16).

14. Информационный портал: http://realty.rbc.ru(Дата обращения: 10.12.16).

Код для цитирования: Скопировать