Сейсмостойкость зданий из каркасно-обшивных конструкций с каркасом из стальных холодногнутых оцинкованных профилей
Основными конструктивными элементами каркасно-обшивных конструкций по технологии ЛСТК в зданиях являются стены и диски перекрытий (покрытий). Принцип устройства каркасно-обшивной конструкции состоит в том, что элементы каркаса из стальных холодногнутых профилей заполняются эффективным утеплителем и обшиваются плитными материалами с последующей отделкой, и, выполняя совместную работу, образуют таким способом единую конструкцию (стену или перекрытие (покрытие)).
Каркасно-обшивные конструкции стен состоят из вертикальных стоек, расположенных на расстоянии от 300 до 600 мм, концы которых крепятся к направляющим, поддерживающим стойки. Для направляющих и стоек используются холодногнутые профили, изготовленные из оцинкованной стали толщиной до 4 мм.
Типовое применение каркасно-обшивных конструкций по технологии ЛСТК в области ненесущих ограждающих конструкций – перегородки, подвесные потолки и фасадные системы (устройство заполнений проемов наружных стен, навесные фасадные панели). Каркасно-обшивные конструкции перегородок, как правило, изготавливаются из C- и швеллерообразных (П-образных) холодногнутых профилей. Направляющие из швеллерообразных профилей крепятся к полу и потолку, а стойки из С-профилей обычно размещаются на расстоянии, равном половине ширины панелей обшивки (обычно не более 600 мм), которые представляют собой гипсокартонные, гипсоволокнистые, цементные и прочие листы, прикрепленные к каркасу из ЛСТК через самонарезающиеся винты. Перегородки, изготовленные из каркасно-обшивных конструкций, могут достигать очень высоких технических характеристик. Например, высота стен может достигать до 12 м, звукоизоляция до 80 дБ, а предел огнестойкости до 120 мин.
Распространенные решения каркасов подвесных потолков из ЛСТК обычно изготавливают по одноуровневой технологии, когда несущие профили расположены в одном уровне и по двухуровневой технологии, когда несущие профили расположены в разных уровнях. В помещениях с ограниченной высотой, как правило, применяется конструктивное решение каркаса потолка из ЛСТК, состоящего из профилей перегородочных систем, которые крепятся не к потолку, а к ограждающим конструкция помещения (стенам)
Каркасы из ЛСТК также применяются для изготовления ограждающих конструкций зданий. Основным преимуществом использования ограждающих конструкций из ЛСТК является значительное снижение материальных и трудовых затрат, при этом использование рассматриваемой технологии позволяет сохранять высокие качественные и эксплуатационные характеристики.
Сопротивление сейсмическому воздействию конструкций из ЛСТК обеспечивается с помощью различных систем: крестообразной связи из стальных лент, панелей наружной и внутренней обшивок, смешанные решения, совмещающие применение связей и панелей обшивок.
В процессе испытаний ускорение виброплатформы по данным акселерометров, установленных на ней, изменялось в интервале от 0,7 до 10,9 м/с в горизонтальном направлении и от 0,1 до 1,6 м/с в вертикальном направлении. Ускорения контрольных точек образцов по данным акселерометров изменялись в интервале от 0,6 до 13,4 м/с в горизонтальном направлении и от 0,1 до 1,6 м/с в вертикальном направлении. По результатам динамических испытаний фасадной панели механическая безопасность, конструктивная целостность и эксплуатационная пригодность системы не были нарушены.
Для оценки сдвигового сопротивления и предельных перекосов фасадных панелей были проведены испытания на сдвиговые статические нагрузки. По результатам испытаний на статическую нагрузку, при достижении нагрузки N = 15 кН и перемещениях торцевых стенок фасадной панели, равных ~1,4 мм, на образце фасадной панели появились первые трещины с шириной раскрытия 0,1–0,2 мм в местах крепления наружной цементно-стружечной плиты к стальному каркасу фасадной панели. При достижении нагрузки N = 25,35 кН произошло разрушение наружной цементно-стружечной панели в местах ее крепления при помощи самонарезающих винтов к стальному каркасу. При дальнейшем нагружении образца наблюдался рост деформаций при неизменной величине нагрузки.
Специалистами ЦИСС ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко при поддержке Ассоциации развития стального строительства (АРСС) подготовлена и начата обширная программа экспериментальных исследований несущих и ненесущих конструкций зданий из ЛСТК, а также их элементов для улучшения понимания и расширения знаний о сейсмическом поведении несущих и ненесущих конструкций зданий из ЛСТК при действии сейсмических нагрузок. Экспериментальные исследования предусматривают испытания различных типов конструктивных решений несущих стеновых и навесных фасадных панелей, перегородок из ЛСТК с разнообразными видами и комбинациями наружных и внутренних обшивок, а также образца двухэтажного фрагмента здания из ЛСТК на статические и динамические нагрузки, моделирующие сейсмические воздействия.
По результатам краткого обзора проведенных исследований можно сделать следующие ключевые выводы.
На сегодняшний день отсутствие нормативных требований к проектированию каркасов зданий из ЛСТК, возводимых в сейсмоопасных районах, сдерживает ее широкое распространение в строительстве.
Сейсмическое поведение конструкций зданий из ЛСТК характеризуется существенным снижением прочности и жесткости. На динамическую реакцию всего здания в значительной степени влияют ненесущие и ограждающие элементы и конструкции, что может привести к значительному увеличению поперечной жесткости и сопротивлению сейсмическим воздействиям здания.
Первостепенной задачей будущих исследований является преодоление разрыва между существующими нормативными документами зарубежных стран и нормативными документами в отношении расчета и проектирования зданий из ЛСТК в сейсмоопасных районах.