Стальное строительство: свидетели истории
К началу XXI в. в России осталась нерешенной важная социальная проблема –обеспеченность граждан жильем. В настоящее время она обостряется из-за роста численности населения в крупных городах, связанного с внутренней миграцией. Одним из путей увеличения объемов застройки, вариативности планировки и скорости строительства является применение популярных в западных странах металлоконструкций. Для продвижения этой идеи в рамках «Металл-Экспо’2014» было презентовано создание Ассоциации развития стального строительства (АРСС), которая объединит крупнейших производителей проката и металлоконструкций, архитекторов, научно-исследовательские и проектные институты, образовательные учреждения, девелоперов.
Массово использовать стальные каркасы начали в конце XIX в. в США в связи с масштабной иммиграцией. В российской практике применение металлоконструкций в гражданском строительстве сдерживалось стратегическим значением и дефицитом стали. В результате в начавшемся после Великой Отечественной войны массовом строительстве в Советском Союзе использовался железобетон. В настоящее время Россия существенно отстает от развитых стран в вопросе применения стального каркаса при строительстве зданий.
Как отметил генеральный директор АРСС Д. Еремеев, в Европе и США доля таких каркасов в многоэтажных зданиях 50—70%, тогда как в России лишь 13%. Порядка 3/4 построек на стальном каркасе — это промышленные, сельскохозяйственные и другие нежилые здания негражданского назначения. В то же время в самом массовом — жилищном строительстве металлокаркасы занимают менее 5%. Сдерживают развитие этого типа строительства в основном отсутствие в нашей нормативной базе ряда современных решений, недостаток практики массового проектирования гражданских объектов с применением стальных каркасов, а также скептическое отношение к ним инвесторов и потребителей.
В то же время металлокаркасы обладают рядом преимуществ: при такой же себестоимости строительства, как у традиционного монолитно-бетонного, скорость возведения здания выше на 20—30%. Кроме того, такое строительство фактически всесезонно (работы ведутся вплоть до –38оС), обеспечивается компактность стройплощадки, разнообразие планировочных решений за счет отсутствия несущих стен. У металлокаркасов высокое качество, сами здания намного легче, следовательно, снижается нагрузка на фундамент. Для возведения таких зданий требуется меньшее количество рабочих на стройплощадке.
Дополнительное преимущество стального строительства — сформированная производственная база. В настоящее время Россия экспортирует для изготовления металлоконструкций 4,4 млн т проката — практически столько же, сколько производит сварных стальных конструкций. В ближайшее время вырастет выпуск прокатного двутавра за счет выхода на проектную мощность рельсобалочного стана на Челябинском металлургическом комбинате.
Д. Конин, заведующий сектором высотных зданий и сооружений лаборатории металлических конструкций ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, рассказал о том, что в России имеется ряд зданий, при возведении которых использовались металлоконструкции. В советский период с их помощью были построены сталинские высотки, вокзалы, Центр международной торговли. В современной России металлокаркасы успешно применялись в строительстве общежития Дальневосточного федерального университета на о. Русский, а также ряда зданий комплекса «Москва-Сити» (башня на Набережной и «Евразия»). Башни в «Москве-Сити» смонтированы из импортного, в основном европейского, проката.
Отечественная практика проектирования и строительства зданий на стальном каркасе отличается от практики западных стран. Если в Советском Союзе, а затем и в современной России металлокаркасы используются при возведении уникальных зданий, то за рубежом они применяются в том числе в жилых зданиях и зданиях общественного назначения.
Расширение сферы применения стального каркаса требует как изменений в нормативно-технической базе, так и развития производства новых сортаментов. По мнению докладчика, первоочередной мерой в совершенствовании технических регламентов является актуализация СНиПа на проектирование стальных конструкций. Существующий документ недостаточно полон, для того чтобы на его основе проектировать современные конструкции. Там, например, есть определенные ограничения по толщине проката, которые заставляют заказчиков отказываться от применения стальных решений. Ведь выход за рамки СНиПа требует составления специальных ТУ, которые нужно согласовывать в Минстрое РФ. Следовательно, в СНиП необходимо добавить ряд положений Еврокодов, однако важно сохранить и уникальную советскую практику.
Требуется внести изменения и в СНиП на проектирование тонкостенных конструкций. Здесь необходимо отразить особенности применяемых материалов и профилей, расчета, проектирования узлов. Также важно актуализировать СНиП на изготовление и монтаж стальных конструкций, потому что он создавался преимущественно для сборных конструкций, таких как железобетон. Особенно актуальны здесь исправления в частях, касающихся многоэтажных зданий и стальных конструкций, зачастую содержащих некорректные формулировки. Также в новых редакциях нормативных документов необходимо учитывать современные стали и прокат, в том числе разрабатывать новые ГОСТы на сортаменты двутаврового профиля и тонкостенных сечений.
Что очень важно, в институте разрабатывается новый сортамент широкополочной балки для конструкций колонн, в котором учитываются конструктивные особенности многоэтажных зданий — снижение металлоемкости стыков колонн. Сортамент новой балки будет включать в себя широкий диапазон поперечных сечений, который позволит проектировать и сооружать колонны многоэтажных и высотных зданий (до 300 м). В имеющемся ГОСТе размеры поперечного сечения ограничены 400 см2, а предельная нагрузка — 1 тыс. т. В США же успешно эксплуатируются колонны площадью 1600 см2. Ограничения в нормативной базе не позволяют использовать металлоконструкции в современных зданиях, тормозя и производство конструкций для малоэтажного строительства.
За последние 80 лет в стальном строительстве произошли серьезные изменения. Помимо того что география его переместилась из Северной Америки в Азию и на Ближний Восток, существенно возросла доля зданий с применением композитных сталежелезобетонных конструкций. При этом в России до сих пор нет соответствующих норм, несмотря на то что многие компании уже на протяжении длительного времени работают с такой технологией.
Ассоциация не только внесет изменения в различные нормативные документы, но и разработает пособие по проектированию стальных конструкций. Важно, чтобы такие документы формировались в упрощенном виде, с примерами и расчетами типовых узлов стальных конструкций, что облегчит работу проектировщикам . Для популяризации металлостроительства и формирования внутренней базы данных ассоциация создаст альбом с примерами реализованных проектов, что позволит постоянно совершенствовать практику стального строительства.
Директор Проектно-конструкторского бюро ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко Д. Соловьев рассказал об опыте проектирования в России многоэтажных зданий со стальным каркасом. В 1948 г. ЦНИПС и Проектстальконструкция разработали ТУ проектирования стальных каркасов для многоэтажных зданий в Москве. Работа над этими нормами возобновилась только через 50 лет, так как высотное строительство после возведения сталинских высоток было приостановлено. Тем не менее опыт их проектирования ценен и сегодня, так как все эти здания успешно эксплуатируются.
Самая высокая из сталинских высоток — здание МГУ им. М.В. Ломоносова стало в то же время самым металлоемким. Это единственное здание, где была применена конструкция крестовых колонн, каркас же здания полностью рамный стальной. Расчетные преимущества такой конструкции — равноустойчивость и простота устройства узлов примыкания балок, однако такие колонны больше нигде не применялись. Расход стали на 1 м3 в здании МГУ составил 29,5 кг, а в высотной части даже превысил 46 кг.
Минимизировать расход стали (15,9 кг на 1 м3) удалось в здании на Котельнической набережной — благодаря рамно-связевому сталежелезобетонному каркасу. В конструкции использовались не рамные узлы, а системы связей, вертикальных стенок жесткости, которые и облегчают работу каркаса.
Гостиница «Украина» построена на комбинированном рамном каркасе. В этом здании три нижних этажа сталежелезобетонные, а верхние этажи — из стального каркаса. При комбинированном варианте каркаса перерасход стали на колонны составил порядка 600 т, но достигнута более высокая индустриальность строительных работ, уменьшено число мокрых процессов, снижены расходы на изготовление опалубки, на прогрев бетона в зимних условиях. Расход стали здесь такой же, как в высотке МГУ, — 29,6 кг на 1 м3.
Практика показала, что рамный стальной каркас проигрывает по металлоемкости связевым каркасам, поэтому в современном строительстве он практически не применяется. В то же время китайская компания BROAD Group смонтировала в г. Чанша (Китай) 30-этажное здание отеля всего за 15 дней с применением как раз рамной системы. Главным достоинством рамной системы является высокая скорость сборки, а также большая жесткость каркаса, позволяющая применять указанные конструкции в сейсмоопасных районах. Тем не менее за рубежом в настоящее время рассматриваются комбинированные системы с применением сталежелезобетона. В развитых странах данный тип колонн активно применяется и представлен в нормах на проектирование конструкций.
Изменяются не только технологии стального строительства, но и материалы. Тему современных сталей для массовых строительных конструкций осветил заведующий сектором прочности проката и соединений лаборатории металлических конструкций ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко НИЦ «Строительство» П. Одесский. Он отметил, что в настоящее время стали, применяемые в металлических конструкциях, регламентируются ГОСТом «Прокат для строительных металлических конструкций. Общие технические свойства». Последняя редакция этого ГОСТа датирована 1988 г., и естественно, он морально устарел. В декабре 2014 г. ожидается актуализация этого документа.
В новой редакции ГОСТа будут учтены изменившиеся требования проектировщиков, возросшие возможности металлургической промышленности, а также будет проведена его гармонизация с евронормами. В настоящее время в массовых конструкциях применяется в основном сталь С255. В новой редакции предложено снизить содержание углерода в стали с 0,22 до 0,17%, что соответствует евронормам и требованиям к транспортной стали.
С точки зрения массового строительства наиболее серьезным новшеством станет введение стали повышенной прочности — С355. У проката класса С355 предел текучести примерно на 40 Н/мм2 выше, чем у стали С345 — это весьма существенная для строителей разница. При этом сталь 09Г2С (аналог С345) будет применяться вплоть до 2017 г. Химический состав стали С355 такой же, как у стали 09Г2С, но допускается микролегирование ванадием и ниобием. В актуализируемый стандарт также вводится новый класс огнестойких сталей и прокат высокой прочности, поставляемый по схемам термомеханической прокатки.
Генеральный директор компании Металл-Дон А. Ларионов рассказал о состоянии рынка металлоконструкций. За последние десять лет его емкость выросла на четверть — до 4 млн т за счет деятельности отечественных производителей. Импорт за этот период вырос с 5 до 6%. Загруженность производителей металлоконструкций сильно различается по регионам страны: наибольшая загруженность (89%) — в Сибирском федеральном округе, наименьшая (60%) — в Северо-Западном федеральном округе.
Постоянный пуск в эксплуатацию новых мощностей (в 2011—2013 гг. было введено мощностей порядка на 400 тыс. т), а также нестабильность на нефтяном и валютном рынках, по мнению докладчика, в 2014 г. приведут к снижению потребления металлоконструкций. При этом новым заводам с современным оборудованием зачастую не удается реализовать свои конкурентные преимущества, так как их продукция оказывается невостребованной. Конкурируют с новыми заводами множество небольших компаний-производителей, имеющих сильно изношенные фонды, которые не могут гарантировать высокое качество исходных материалов и соблюдение технологии. Низкая культура многих подрядчиков и строительных компаний приводит к превалированию принципа минимальной цены.
Развитие рынка металлоконструкций будет во многом зависеть от создаваемой ассоциации. АРСС планирует вести работу по следующим основным направлениям:
создание инженерного центра — для проектно-конструкторской экспертизы стального проката;
совершенствование нормативной базы (нормативно-техническое направление);
выдача рекомендаций по проектированию, анализ рынка, реализация программы повышения квалификации для архитекторов и конструкторов (научно-образовательное направление);
организация медиацентра для продвижения идей АРСС в информационном пространстве.
Уже в ближайшее время появятся первые результаты. Будет создан трехлетний план по улучшению нормативной базы, разработан новый ГОСТ на сортамент прокатных двутавров, выпущено пособие по строительству паркингов. Кроме того, члены ассоциации примут участие в реализации ряда пилотных строительных проектов с применением металлокаркаса (жилые дома, детские сады, офисы, паркинги). В апреле 2015 г. состоится общероссийская конференция, посвященная металлостроительству.
P.S. 28 января 2014 г. генеральный директор АРСС Д. Еремеев примет участие в онлайн-конференции "Металлурги ответят вызовам консолидацией усилий". Задать ему вопрос можно здесь >>>
