Бюллетень строительной техники №10, 1998г.
Статья в сокращенной редакции.

Российские производители предлагают структурные покрытия в составе типовых блок-секций каркаса для зданий размером 30х30, 33х33 и 36х36 м. При сравнительно невысокой металлоемкости и приемлемой отпускной цене такие блок-секции очень редко отвечают требованиям массового заказчика по параметрам габаритной схемы. Поиск более привлекательных для массового заказчика габаритных схем зданий со структурными покрытиями был начат в институте ЦНИИПроектлегконструкция (ЦНИИЛМК) в конце 80-х годов.

Здесь на базе стандартных элементов "Кисловодск" разработана блок-секция здания с крутоуклонной (10%) жесткой кровлей размером 24х12 м, которая при многократном повторении позволяет скомпоновать одно или многопролетное здание, подобное "Молодечно". Натурными испытаниями и строительством экспериментального объекта в г.Кисловодске подтверждена возможность уменьшить в 2-2,5 раза металлоемкость шатра такого наиболее распространенного типа промздания и на 10-15 кг/м² снизить общую его металлоемкость.

На сегодня для строительства зданий разнообразного назначения с крупноблочными покрытиями из элементов "Меро","Кисловодск"и т.п. предлагается три вида блок-секций, различающихся статической схемой блока покрытия и целом /3/.

Существенное улучшение технико-экономических характеристик каркасов покрытия в предлагаемых и многих других вариантах габаритных схем достигается благодаря использованию (в совокупности или по отдельности) таких приемов, как :
- удаление "лишних" связей из расчетной схемы;
- введение длинномерных растянутых элементов (затяжек, шпренгелей, вант);
- введение стержней балочного сечения, выполняющих функцию прогонов (беспрогонное решение);
- введение специальных типов стержней, предназначенных для восприятия только сжимающих или только растягивающих усилий, превышающих по модулю 120-150 кН;
- введение специальных типов узловых элементов, позволяющих придать покрытию полигональное очертание;
- включение элементов ограждения (профнастила, ригелей и т.п.)в работу несущей конструкции .

Эффективность большинства этих приемов практически апробирована.

Так,например, удаление "лишних" связей, как наиболее простой в реализации прием, успешно применено в типовых блок-секциях "Кисловодск" и в результате металлоемкость "структурной плиты" была снижена на 20-25%.

Под Москвой (г. Видное)/5/ фирмой "ЮКС" закончено строительство складского здания-пристройки 180х21х8 м по консольно-балочной схеме "1б" из /3/. Здание скомпоновано из 15ти блок-секций 21х12 м. При расчетной нагрузке, достигающей в снеговом мешке 680 кг/м², металлоемкость беспрогонного каркаса покрытия составляет 10,5 кг/м², общая металлоемкость каркаса здания - 16 кг/м². Покрытие смонтировано одним краном "Ивановец" из 15 собранных на земле блоков размером 19,5х9 м . По сравнению с эталонным вариантом (покрытие "Кисловодск" СП27-300А) количество стержневых элементов ( включая прогоны) уменьшено на 30%, узловых - на 15%; экономия стали составила 24т; снижение себестоимости на заводе изготовителе (АООТ "Экспостроймаш") – более 15 тыс. долл.США ( 4 долл. / кв.м.).

Приведенные примеры показывают, что существующая производственная база и без дополнительных капвложений способна удовлетворить запросы современного заказчика в весьма широкой сфере массового строительства. Именно поэтому представляется экономически оправданным техническое перевооружение производства с целью уменьшения себестоимости, улучшения эксплуатационных характеристик унифицированных элементов (в особенности, прочностной надежности) и в итоге - повышения его конкурентоспособности.

Генеральным напавлением в решении этой проблемы является максимально возможное использование методов ОМД (обработка металлов давлением). Они наиболее эффективны в крупносерийном и массовом производстве, позволяют улучшать механические свойства металла в изделии, по сравнению с его исходным состоянием в заготовке. В 80-х годах начат поиск новой конструктивной формы стыка стержневого и узлового элементов, позволяющей в максимальной мере использовать все достоинства технологии ОМД, отказаться от неэкономичных процессов резания, сварки и т.п.
В принципе, задача сводится к пластическому формоизменению конца трубчатой заготовки стержня с набором материала, обеспечивающему равнопрочность стыка, а также плавный переход от развитого первоначального сечения к строго ограниченной контактной площадке. Постановка задачи существенно уточнена в результате детального исследования работы сжатого стержня в структурной конструкции, проведенного ЦНИИЛМК с участием ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко в середине 80-х годов. В частности, выявлена и экспериментально подтверждена необходимость повышения изгибной жесткости и изгибной прочности стыков.
Тогда же выяснилось, что поставленная задача не решается с помощью выпускаемого промышленностью оборудования, и разработка спецоборудования стала важнейшим звеном в ее решении. Привлечение известных специалистов по родственным ОМД процессам из Краматорского индустриального и Московского авиационно-технологического институтов не дало ожидаемых результатов. Только к концу 80-х годов благодаря финансированию со стороны МНТК "Легконструкция" удалось выявить в основных чертах работоспособную технологическую схему и апробировать ее на макетных образцах спецоборудования. Полученное в результате технологически обеспеченное конструктивное решение несущего пространственного каркаса и его элементов защищено Российским патентом N 2004732 от 1992 г.

Это решение отличают от известных следующие преимущества:
-минимальная материалоемкость, минимальное количество деталей;
-равнопрочность стыка исходному сечению стержня, отсутствие очагов хрупкого разрушения, высокая прочностная надежность при растяжении;
-максимальная изгибная прочность и жесткость сопряжения стержневого элемента с узловым;
-возможность механизированной сборки и нормированного предварительного натяжения стыков;
-совместимость и взаимозаменяемость элементов предлагаемого типа с ныне выпускаемыми элементами "МАрхИ", "Кисловодск";.

В течение 1994-1996 гг благодаря поддержке со стороны АООТ "Экспостроймаш" созданы и подвергнуты исследовательским испытаниям макетные образцы технологических средств и оборудования для производства элементов по названному патенту.

Опытная установка для изготовления стержневых элементов из труб имеет следующие характеристики:
-габариты -2500х1000х1000 мм, масса (без гидростанции) - до 300 кг ;
-установленная мощность - до 25 кВт, потребляемая мощность - до 12 кВт;
-длина заготовок - практически не ограничена, сечение - от Ф57х3 до Ф76х3,5;
-расчетная производительность - до 30 элем. в час при численности обсл. персон. - 1-2 чел.

Предлагаемая технология и оборудование для изготовления трубчатых стержневых элементов имеют следующие достоинства:
- безотходность, малое энергопотребление, безопасность, экологическая чистота;
- полуавтоматический режим работы с использованием неквалифицированной рабочей силы;
- возможность бесступенчатого варьирования диаметра и длины стрежневых элементов;
- возможность освоения с минимальными капвложениями, доступными малому предприятию.

Разумеется, комплексное использование предлагаемых технических решений может дать наибольший экономический эффект, в частности, - более чем двухкратное снижение себестоимости несущих конструкций покрытия зданий. В то же время существует возможность использовать каждое из решений в отдельности в соответствии с конкретными потребностями и возможностями. Таким образом, область конкурентоспособного применения "структурных" покрытий может расширяться
поэтапно без крупных единовременных капвложений.