Бескаркасные ангары: без лишнего металла

В 1949 году американец Питер С. Педерсен встретил изобретателя, имевшего патент на самонесущее арочное сооружение из стали. Этот революционный строительный продукт представлял собой изделие в виде арки. Себестоимость и время установки арочного сооружения оказались существенно ниже, чем у подобных типовых зданий. Такое сооружение выдерживало колоссальные нагрузки без единой внутренней опоры! Роль стен и кровли в бескаркасных зданиях играла оцинкованная листовая сталь, гофрированная и специальным образом изогнутая в дугу. Для данной самонесущей арки характерна необычайная прочность, герметичность и долговечность. Из-за этих качеств такое бескаркасное здание получило название «Удивительное сооружение» (Wonder Building (WB). В 1950 году Питер Педерсен вместе с сыном Питером Педерсеном-младшим и компаньоном Эдвардом Мартином основал производственную компанию в Чикаго и освоил продажу нового продукта – стального здания Wonder Building. В первые годы становления бизнеса большая часть сбыта арочных сооружений была сосредоточена в сельскохозяйственной отрасли. Осуществлялись продажи ангаров для хранения техники, под зернохранилища, овощехранилища, животноводческие фермы. Технология WB постоянно развивалась, разрабатывались новые виды бескаркасных зданий арочного типа. К 1958 году приблизительно 60% сбыта приходилось на индустриальный и коммерческий рынок.

В 1970-х годах компания Knudson продолжила развитие технологии самонесущей арки. Был предложен целый ряд оригинальных запатентованных инженерных решений. В итоге это привело к созданию мобильной установки, на платформе которой размещались производственные линии. Таким образом, стало возможным изготовление арочных конструкций непосредственно на стройплощадке. Арки соединялись между собой методом специальной закатки фальцевых швов, без использования болтов и гаек. Это сделало бескаркасные здания арочного типа абсолютно водонепроницаемыми и герметичными.

Как и во всех значимых отраслях производства, одними из первых заказчиков этой технологии стали военные. В США для них были построены многочисленные самолетные ангары, казармы, укрытия, склады и другие военно-технические сооружения. Это дало толчок развитию отрасли, и вскоре технология строительства бескаркасных арочных зданий широко распространилась в различных сферах экономики по всему миру. Теперь технология строительства быстровозводимых бескаркасных зданий успешно используется в десятках стран для сооружения складов, зерно- и овощехранилищ, холодильников, производственных помещений, мастерских, гаражей и автостоянок, кафе, крытых и открытых рынков, торговых центров, выставочных павильонов, школ, жилых домов, кемпингов и гостиниц, спортивных сооружений, плавательных бассейнов, автобусных станций и вокзалов, самолетных ангаров, казарм и т. д. Понятно, что область применения бескаркасных сооружений не имеет ограничений.

Быстровозводимые бескаркасные сооружения (ББС) были изобретены в США еще в первой половине ХХ ст. (см. раздел «История»). Со временем технология постройки ББС стала более совершенной, а сами сооружения были внедрены, наверное, во все сферы человеческой деятельности, хотя изначально применялись только военными. Сельскохозяйственная же отрасль – одна из первых, где ББС были применены для гражданского использования (в том числе в СССР). Тем не менее все привыкли, что любая конструкция должна опираться на стальной каркас, поэтому его отсутствие, возможно, и вызывает определенное внутреннее беспокойство: а вдруг ветер подует и все развалиться… Что ж, в таком случае можно вспомнить, например, современный украинский опыт. В ООО «Яблуневий Дар» (г. Городок, Львовская обл.) БСС был построен еще 30 лет назад и с ним ничего не случилось по сей день. Мало того, в 2011 году львовяне завершили возведение второго такого ангара и установили в нем линию по производству пеллет. Значит, в конструкциях подобного рода уверены.

Вопреки довольно распространенному мнению, что бескаркасные ангары непригодны для хранения сельхозпродукции, в странах СНГ много компаний предлагают ББС именно для этих целей и гарантируют, что товар не испортится при хранении. Если строим напольное зернохранилище, основу будущего качественного (и безопасного!) хранения составят напольная система вентиляции и бетонные блоки, установленные по периметру фундамента и выступающие с уровня земли на высоту полтора-два метра. Бетонные блоки станут надежной опорой для основы зерновой насыпи, а воздух с равномерной температурой, поступающий из встроенных в бетонный пол вентиляционных каналов, не даст зерну слежаться. Если же нужно построить овоще или фруктохранилище, тонкие стальные стены ББС достаточно покрыть теплоизоляцией и установить систему климат-контроля либо РГС (регулируемая газовая среда).

Теплоизоляция обычно устраивается методом напыления пенополиуретана (ППУ). В силу высокой адгезии этого теплоизоляционного материала технология напыления позволяет наносить его толщиной от 30 до 200 мм на стены, потолки и другие конструкции из бетона, кирпича, металла, шифера, черепицы, дерева, пластика, находящихся в любом пространственном положении. В соответствии с утвержденными Госкомградостроительства Украины ТУ У В.2.7-390 02071174-001-97 пенополиуретан – не горючий, не токсичный материал с ничтожно малой массой (40-70 кг/ куб. м) и теплопроводностью (8 = 0,02 ккал/м. ч. – С). Слой пенополиуретана толщиной 50 мм по теплопроводности эквивалентен плите из минеральной ваты толщиной 250 мм, керамзитобетона толщиной 400 мм, стенке из кирпича толщиной 370 мм.

Стальные секции соединяются между собой «паз в паз», после чего соединения закатываются специальной, автоматической забортовочной машинкой. Дырки в листах делать незачем, соответственно, нет риска подтекания конструкции и коррозии металла. Отсутствие швов, абсолютная водонепроницаемость и герметичность ББС являются преимуществом по сравнению с традиционными способами строительства и позволяют существенно снизить эксплуатационные расходы.

Бескаркасные ангары не имеют внутренних функциональных узлов (опорных перегородок, каркасов и т. п.), что позволяет полноценно использовать всю внутреннюю площадь помещения.

Производители заявляют об ускорении процесса строительства ББС в 2-4 раза по сравнению с каркасными сооружениями.

Преимущество арочного бескаркасного ангара заключается в том, что его корпус самонесущий, поэтому отпадает необходимость завозить арки, балки, фермы и различные опоры.

Технология строительства ББС позволяет практически в два раза снизить затраты на строительство. Факторами значительной экономии являются отсутствие каркаса, легкий фундамент, автоматизация и механизация монтажа и теплоизоляции конструкций. Не требуется регулярная доставка материалов на стройплощадку, что минимизирует транспортные расходы и ускоряет процесс строительства.

Технология строительства бескаркасных ангаров основана на изготовлении (непосредственно на стройплощадке) панелей из листового рулонного металла толщиной 0,8-1,5 мм. Технология строительства состоит из нескольких основных этапов.

1. Подготовка проекта здания. Первый шаг строительства ангара – подготовка проекта – занимает около двух дней. Ведущие компании используют для этого специальное программное обеспечение, которое рассчитывает и оптимизирует будущее строительство под специальный тип строительных машин.

2. Строительство фундамента. Бескаркасные ангары имеют незначительный вес, поэтому не требуют внушительных фундаментов, в отличие от каркасных конструкций. Нагрузки от крыши и стен передаются на фундамент через основания каждой арки. Вся нагрузка равномерно распределяется на непрерывный ленточный фундамент. Упрощенная структура фундаментов экономит время и снижает сметную стоимость строительства.

3. Изготовление арочных панелей. Когда фундамент установлен, на строительный участок доставляются стальные рулоны и передвижные строительные комплексы, из техники понадобится только подъемный кран. Используя формующие устройства, машина сначала изготовляет прямые профили из рулонной стали. Затем из прямых профилей формуются изогнутые арки в соответствии с заданными размерами. Этот процесс происходит параллельно с монтажом изготовленных конструкций.

4. Монтаж арочных панелей. Изогнутые арки собираются на земле по нескольку штук с помощью автоматической забортовочной машинки. Затем соединенные арки поднимаются с помощью крана и устанавливаются на заранее подготовленный фундамент в рабочее положение и закрепляются точечной сваркой к закладным деталям фундамента. Как правило, используется ленточный фундамент, буронабивные сваи либо точечные опоры с шагом 3 м, а также армированный бетонный пол толщиной 100 мм. Этот процесс повторяется, пока боковые стены не будут возведены по всей длине сооружения. Далее формируются торцевые стены из прямых панелей, которые обрезаются по размеру, устанавливаются по месту и сшиваются также с помощью забортовочных машинок. При монтаже оставляется место для дверей, окон и вентиляционных коробов, в соответствии с проектом. Этот этап длится до 10 дней.

5. Установка дверей, ворот, окон и систем инженерного обеспечения. Если нужно, хранилище утепляется теплоизоляционными материалами, устанавливается дополнительное оборудование (системы климат-контроля), проводятся электромонтажные работы. Готовые здания и сооружения могут быть выполнены практически в любой конфигурации, без ограничений по длине, с установкой витражей, ворот, дверей и устройством различных технологических и декоративных пристроек.

Примечательно, что материалы для строительства бескаркасного ангара изготовляются непосредственно на месте его возведения. Занимается этим специальный агрегат – мобильная автоматизированная фабрика (МАФ), с виду похож на большой спецавтомобиль. МАФ предназначена для изготовления сводчатых панелей из тонколистового металла. На стройплощадку фабрика доставляется грузовозом, по месту строительства она передвигается самостоятельно. МАФ имеет дизельный двигатель и электрогенератор, устройство для изготовления арки из обычного тонкостенного листового металла. В продвинутых версиях МАФ формованием арок управляет компьютер, автоматизированная система со специальным программным обеспечением, придавая аркам различные формы. Способ формирования панелей – холодная прокатка. Металл может использоваться оцинкованный или оцинкованный с полимерным покрытием. Для химически активной среды можно использовать сталь с алюмоцинковым покрытием.

Листовой металл подается из барабана в панельную машину для формирования прямой панели прямоугольного или трапецеидального сечения заданной длины. Затем гибочная машина формирует арку нужной формы. Для изготовления прямых стеновых панелей из тонколистового металла используется та же машина. Панели, изготовленные таким механизмом, превосходят кровли из профнастила за счет герметичности их соединения. Они также имеют повышенную жесткость и, следовательно, требуется меньше металлоконструкций для изготовления сооружений. Панели используются для торцевых стен зданий.

Полная автономность МАФ позволяет вести строительство в отдаленной от цивилизации местности. При этом используется минимум строительных материалов: оцинкованная сталь в рулонах, компоненты теплоизоляции, а также штатная опалубка для устройства простых ленточных фундаментов.

Обратите внимание! Хранилище можно начать строить и зимой. Машине все равно, при какой температуре гнуть сталь, а специальные присадки и теплая опалубка позволят затвердеть фундаменту и при минусовых температурах.

Крайне полезным качеством описываемой технологии строительства арочных ангаров является то, что их длина не ограничена, а ширину можно регулировать изменением радиуса арочной конструкции. Однако стоит отметить, что если ведется комбинированное строительство ангара, то при использовании каркаса ширину можно увеличить. Технология позволяет возводить 3 основных типа ангаров шириной от 8 до 26 м, высотой от 3 до 13 м и не ограниченной длиной.

Технология строительства арочных ангаров позволяет строить здания из стали с гальваникой. Стандартный срок эксплуатации здания из оцинкованной стали (оцинкование 275 г/кв. м) – 50 лет. Конструкция позволяет проводить текущие ремонты с минимальными затратами. При использовании оцинкованной стали с полимерным покрытием панели могут быть цветными, а срок службы благодаря оцинковке увеличивается как минимум на 20%. Сооружение с шириной пролета 22 м из оцинкованной стали толщиной 1,3 мм выдерживает снеговую нагрузку в 240 кг/кв. м с одновременным воздействием ветра до 45 м/с. Полностью водонепроницаемые швы обеспечивают долговечность зданий, даже если в них размещены производства, создающие агрессивную сред.

Форма арки, тип материала, дополнительные работы (устройство фундамента, пола, теплоизоляции и пр.) – все это влияет на цену ангара, поэтому нельзя однозначно сказать, сколько будет стоить объект. Ведь часть работ, например закладка фундамента или изготовление пола, вы можете сделать сами, а утепление вам, возможно, и вовсе не нужно, если строите гараж. Но ориентировочно можно опираться на цену 1000 грн/кв. м (по полу сооружения), в эту сумму входит стоимость изготовления проекта и возведения арочной конструкции первого типа (см. схему) из стали, произведенной в Словакии, покрытой цинком (Zn 275).

Вне всякого сомнения, идея строительства хранилища или производственного помещения на базе бескаркасных ангаров заслуживает внимания каждого трезво мыслящего хозяйственника. Приведенные в публикации доводы указывают на множество преимуществ такого вида сооружений. Увидеть в реальности «бескаркасника» тоже можно – достаточно обратиться за опытом, в том числе украинским, к агропредприятиям, которые уже завершили строительство или эксплуатируют такие объекты уже несколько лет.

— Каковы ориентировочные сроки строительства бескаркасного ангара площадью 1000 кв. м?
— Строительство бескаркасного ангара площадью 1000 кв. м занимает порядка 10 дней при подготовленном фундаменте. Если строить с нуля – 14-15 дней.

— На какую снеговую нагрузку рассчитана бескаркасная конструкция? Каков срок эксплуатации таких сооружений?
— Бескаркасная конструкция рассчитана на снеговую нагрузку до 480 кгс/кв. м, которая соответствует шестому снеговому району (например, большая часть Камчатского края, Российская Федерация). При этом допустимая ширина пролета ангара зависит от снегового района, в котором ведется строительство, а также от толщины листа металла. Для третьего снегового района (Украина), которому соответствует максимальная снеговая нагрузка в 180 кгс/кв. м, максимально допустимая ширина пролета ангара составляет 28 м. (По расчетам она равна 30 м, но строители обычно перестраховываются и строят в ширину не более 28 м).
Минимальный срок эксплуатации бескаркасных ангаров составляет 30 лет, фактически они эксплуатируются гораздо дольше.

— Какие существуют варианты утепления бескаркасного ангара?
— Бескаркасную арочную конструкцию утепляют двумя способами: либо делают двухслойную конструкцию с утеплителем посередине, либо утеплитель напыляют или «подшивают» изнутри к однослойной конструкции.

— Каково минимальное и максимальное соотношение высоты и ширины бескаркасного ангара?
— При расчете минимальной высоты бескаркасного ангара используется коэффициент 0,35 от ширины ангара, максимальная высота – половина от ширины.