Перекрестно-стержневые пространственные конструкции Space Frame
Пространственные стержневые конструкции: одна задача — разные инженерные школы
Пространственные строительные системы уже более полувека применяются для строительства зданий с большими пролетами без внутренних колонн. Благодаря высокой жесткости при относительно небольшой массе они используются при строительстве промышленных предприятий, логистических комплексов, спортивных сооружений и бассейнов, аэропортов, вокзалов, выставочных центров, и купольных складов.
На рынке пространственных конструкций существует несколько инженерных подходов к построению пространственной несущей системы. В России наиболее известны и представлены перекрестно-стержневые пространственные конструкции (ПСПК), разработанные специалистами Московского архитектурного института (МАРХИ). Эта система стала основой отечественной инженерной школы пространственных конструкций и получила широкое распространение на промышленных и общественных объектах.
В мировой практике наряду с ПСПК МАРХИ существует и другие направления развития - европейская школа Space Frame, основанная на применении сферических узлов и высокоточных механических соединений и пространственные сетчатые оболочки Grid Shell - однослойные конструкции с применением балок прямоугольного сечения. Развитие европейских пространственных конструкций было связано с необходимостью перекрывать большие пролеты при минимальной массе конструкции, высокой заводской готовности и возможности создания сложной архитектурной геометрии. Именно европейская пространственная строительная система широко применяется при строительстве объектов со сложной архитектурой и большими пролетами в Европе, на Ближнем Востоке и в Азии, в 21 веке получила распространение в РФ. Таким образом, ПСПК МАРХИ и европейские Space Frame решают одну инженерную задачу, но используют чуть разные конструктивные подходы. Инженеры КБ ПЕРЕВАЛКА помогут практически познакомиться с другой, европейской инженерной школой пространственных стержневых конструкций - Space Frame, представленную инженерным исследовательским центром в Стамбуле, входящим в группу Altynyaldiz.
Что представляет собой несущая система Space Frame
Space Frame - это сборная пространственная строительная конструкция в виде объемной одно- двух- или трехслойной решетки, состоящая из стальных трубчатых стержней, соединенных между собой в единую трехмерную систему с помощью стальных соединительных узлов.
В отличие от традиционных плоских ферм нагрузка распределяется одновременно по нескольким направлениям. Благодаря этому вся конструкция работает как единая пространственная несущая система, эффективно воспринимающая постоянные, временные, снеговые, ветровые и сейсмические нагрузки.
Основными элементами системы являются:
- стальные трубчатые стержни;
- сферические узловые элементы
- высокопрочные болтовые соединения
- стропила и балки (purlins) для крепления кровли или фасадных панелей
Все элементы поставляются на строительную площадку полностью готовыми к монтажу.
Сферический узел — основа европейской школы Space Frame
Ключевым отличием европейской школы является применение цельного стального сферического узла. Исторически такой подход получил широкое распространение благодаря системе крепления MERO и сегодня используется многими ведущими производителями пространственных конструкций.
Сферический узел представляет собой цельную литую стальную деталь в виде шара с высокой точностью обработки, в которой под расчетными углами выполнены резьбовые отверстия для крепления стержней. Такая конструкция обеспечивает несколько важных преимуществ:
- возможность ориентировать стержни практически под любым пространственным углом
- оптимизирует распределение монтажных нагрузок и лучше соответствует пространственному характеру передачи усилий
- очень высокую точность геометрии всей конструкции
- удобство и возможности проектирования сложных купольных и криволинейных покрытий
- равномерное расположение соединений вокруг центра узла
- полную заводскую готовность соединительного элемента.
Современная технология производства узлов это обработка шаровых отливок на пятиосевых обрабатывающих центрах с минимальными геометрическими отклонениями, что обеспечивает точную сборку пространственного каркаса на строительной площадке и снижение массы конструкции.
Полностью механические соединения
Передача усилий осуществляется через механические соединения с применением высокопрочных крепежных элементов. Все сварочные операции выполняются исключительно в заводских условиях.
На объект поставляются готовые стержни с приваренными конусами и вставленными внутрь болтами. Монтаж конструкции выполняется без сварки - соединение осуществляется механическим способом путем присоединения каждого стержня к сферическому узлу. Применение конусов позволяет сократить длину соединительного болта, что благоприятно влияет на соосность и снижает эксцентриситет соединений.
Такой подход обеспечивает:
- высокую скорость монтажа
- отсутствие сварочных работ на высоте
- стабильное качество соединений
- простую замену отдельных элементов при необходимости
- минимальное влияние человеческого фактора на качество сборки.
Преимущества пространственных конструкций Space Frame
Использование перекрестно-стержневых пространственных конструкций позволяет решать задачи, которые трудно или экономически нецелесообразно выполнять традиционными металлическими фермами.
Наиболее важные преимущества технологии:
- пролеты до 140 метров для плоских покрытий и до 300 метров для пространственных купольных конструкций
- отсутствие промежуточных колонн
- высокая жесткость при относительно небольшой собственной массе
- снижение нагрузок на фундамент
- высокая степень заводской готовности и быстрый монтаж
- возможность создания сложных архитектурных форм
- возможность демонтажа, транспортировки и повторной сборки конструкции.
Пространственные конструкции Altınyıldız
Компания Altınyıldız более 50 лет специализируется исключительно на проектировании, производстве и монтаже пространственных конструкций европейской школы Space Frame. Инженерная концепция компании основана на высокой точности изготовления сферических узлов, механических соединениях стержней с нулевым допуском по соосности и высокой антикоррозионной устойчивости всех элементов перекрестно-стержневой пространственной конструкции.
В зависимости от расчетной схемы применяются различные марки конструкционных сталей, обеспечивающие оптимальное сочетание прочности, массы конструкции и технологичности изготовления.
Предприятие самостоятельно выполняет полный цикл работ:
- инженерные расчеты
- разработку проектной документации
- изготовление узлов и стержней
- качественную антикоррозионную защиту
- монтажную маркировку всех элементов
- многостадийный контроль качества
- поставку готовых к сборке элементов в Россию и Казахстан
Все элементы пространственной металлической конструкции проходят полный цикл заводской подготовки поверхности с химической обработкой в жидкостных ваннах и нанесением защитного покрытия. Стандартно применяется порошковая окраска полимером, по требованию проекта - горячее цинкование или изготовление из нержавеющей стали. Для трубчатых элементов применяется антикоррозионная защита внутренней поверхности.
Концевым элементом трубчатого стержня является литой конус, приваренный на сварочных полуавтоматах с применением кондукторов для обеспечения нулевого допуска по соосности. Конус является важным элементом, обеспечивающим соосность трубчатых стержней с резьбовым отверстием крепежного болта в сферическом узле, исключая эксцентрисетит в соединении.
Собственный исследовательский центр, высокая точность изготовления сферических узлов, применение современных японских пятиосевых обрабатывающих центров MAZAK, механические соединения и полная заводская готовность позволяют компании реализовывать как типовые промышленные объекты, так и уникальные архитектурные сооружения.
Особенности и преимущества ПСПК Altinyaldiz
Одной из ключевых особенностей системы Altınyaldız является применение высокоточного сферического узла (Node Hub), обеспечивающего механическое соединение стержней и высокую степень стандартизации конструкции.
Собственный исследовательский центр, высокая точность изготовления сферических узлов, применение современных японских пятиосевых обрабатывающих центров MAZAK, механические соединения и полная заводская готовность позволяют компании реализовывать как типовые промышленные объекты, так и уникальные архитектурные сооружения.
Пространственная система Altınyıldız , как и ПСПК МАРХИ, основана на стандартизированных типоразмерах узлов, стержней и соединительных элементов. Проектирование конструкции выполняется путем подбора элементов из инженерной линейки типоразмеров, что обеспечивает высокую точность и короткие сроки изготовления, взаимозаменяемость деталей, в итоге ожидаемо высокое и стабильное качество конструкции, легкий монтаж.
Благодаря высокой прочности и способности держать ударную нагрузку, строительные системы Алтынялдыз могут быть использованы для защиты зданий и резервуаров от атак беспилотников БПЛА.
- более тысячи построенных объектов по всему миру
- первое применение в Росиии - 1990 год
- меньший вес конструкции
- линейка типоразмеров сферических узлов 50 - 220 мм
- обработанные сферические узлы проходят цинкование
- материал узла - сталь С45 (Ст45), возможность использования алюминиевых узлов
- применение приваренных конусных наконечников стержней из стали S355 (09Г2С)
- крепежные болты класса 10:9 или 12:9 с АКЗ покрытием Delta-Tone 9000
- производство расчетных опорных узлов, как стационарных, так и подвижных в 1-2 плоскостях
- собственная разработка стропильной системы крепления покрытий (профлиста, сендвич-панелей, стекла и тд)
- антикоррозионная обработка порошковым полимером, обработка внутренних поверхностей трубчатых стержней
- экспортная упаковка готовой продукции
Проектирование и поставка несущих конструкций
расчет, проектирование и поставка пространственных стержневых конструкций типа ПСПК