» » Металлические конструкции покрытий

Металлические конструкции покрытий

19.04.2016

Металлические конструкции покрытий с каждым годом все чаще применяют в промышленном строительстве. Их можно подразделить на двух- и трехслойные, выполняемые методом послойной сборки и из панелей повышенной заводской готовности, с кровлей из рулонных материалов или металлического профилированного листа. Наиболее распространены в практике отечественного и зарубежного строительства трехслойные конструкции покрытия с рулонной кровлей, выполняемые методом послойного монтажа. Они состоят из стального профилированного листа толщиной 0,8—1 мм, длиной 12 м, слоя пароизоляции (рубероид или полиэтиленовая пленка), утеплителя и рулонной кровли (рис. 21).
Металлические конструкции покрытий

Для повышения огнестойкости конструкции покрытия и снижения построечных трудозатрат целесообразно вместо наклейки использовать механическое крепление теплоизоляции к стальному профилированному листу с помощью винтовых крепежных элементов. Они состоят из полой полиэтиленовой шайбы и оцинкованного или кадмированного винта, который устанавливается в предварительно просверленные отверстия в теплоизоляции и стальном профилированной листе. При таком решении объем сгораемых материалов в покрытии уменьшается примерно на 20%.
В качестве утеплителя обычно используют минераловатные плиты повышенной жесткости (МППЖ), реже — лигноперлитовые и перлитоволокнистые (табл. 31).
Металлические конструкции покрытий

Применение МППЖ с прочностью на сжатие 0,04 МПа допускается только для покрытий, на которых отсутствуют светоаэрационные и зенитные фонари, крышные вентиляторы и другое подобное оборудование, нуждающееся в систематическом обслуживании их с кровли.
Выпускаемые за рубежом для теплоизоляции покрытий по стальным листам минераловатные и стекловатные плиты, получаемые полусухим способом, имеют следующую прочность: в ФРГ — 0,01, во Франции — 0,085 МПа, в США — 0,05—0,07, в Скандинавских странах — 0,06—0,07 МПа.
Эксплуатационные свойства и долговечность МППЖ в значительной степени определяется качеством исходных материалов. Известно, что водостойкость минерального волокна повышается с увеличением кислых компонентов. Водостойкое минеральное волокно должно иметь модуль кислотности Mк ≥ 2. Существенную роль в повышении качества плит играет связующее, в качестве которого применяют карбамидные смолы и фенолоспирты. Однако карбамидные смолы не обладают требуемой водостойкостью, поэтому у изделий на таких смолах после 3 сут выдерживания во влажной среде падение прочности составляет 40—50%, а после 10 сут до 70%. Фенолоспирты марки «Б» обладают недостаточной клеящей способностью. К тому же активность фенолоспиртов зависит от времени. При длительном транспортировании фенолоспирты теряют свою активность, что приводит к их перерасходу и выпуску плит с низкой водостойкостью. Опыт эксплуатации таких плит свидетельствует о том, что в период укладки в покрытие прочность их часто ниже нормируемой и нестабильна во времени (рис. 22).
Металлические конструкции покрытий

При недостаточной прочности МППЖ возникает необходимость устройства по ним сухой стяжки из асбестоцементных плоских листов толщиной 10 мм, что создает дополнительную нагрузку на покрытие, повышает его стоимость и построечные трудозатраты.
Основной недостаток фенолоспиртов марки «Б» — использование в качестве канализатора гидроксида натрия, который в условиях влажной среды разъедает затвердевшее связующее. Поэтому МППЖ, изготовленные на этой связке, во влажных условиях теряют до 50% прочности.
Нейтрализация оксида натрия может быть достигнута введением сернокислого аммония с добавкой аммиака и активизатора адгезии АТМ-09. Такие фенолоспирты марок «Д» и СФ3047Н выпускаются производственным объединением «Сланцехим» в г. Кохтла-Ярве. Снижение прочности МППЖ, изготовленных на этих видах связующего, не превышает 5—10%.
Для защиты МППЖ от увлажнения при транспортировании и хранении они должны упаковываться по 4—6 штук в полиэтиленовую пленку.
Наряду с прочностными показателями в конструкциях покрытий со стальными профилированными листами важное значение имеет пожароопасность утеплителя. В соответствии с СНиП 2.01.02—85 в зданиях II степени огнестойкости разрешается применять несгораемые или трудносгораемые утеплители с пределом распространения огня, равным нулю. Из освоенных в массовом масштабе промышленностью эффективных утеплителей этому требованию удовлетворяют минераловатные плиты повышенной жесткости с количеством синтетического связующего не более 6%. К трудносгораемым эффективным утеплителям относятся также полистиролбетон, включающий цемент марки 300—400, гранулы полистирола, воду и добавки. Материал при плотности 230— 500 кг/м3 обладает высокой прочностью при сжатии (0,2—1 МПа) и сравнительно низкой теплопроводностью — 0,07—0,11 Вт/ (м*°С). Теплоизоляция из полистиролбетона может выполняться в монолитном варианте, что связано с необходимостью устройства стяжки под кровлю и с сезонностью работ, или из плит. Недостаток такого утеплителя — высокий расход дорогостоящего цемента (160—360 кг на 1 м3 смеси).
В нашей стране освоено производство ряда эффективных несгораемых утеплителей (табл. 32). Производство кремнепора, получаемого вспениванием состава на основе жидкого стекла, освоено на Борском стекольном и Батайском кирпичном заводах. Выпуск предложенных ЦНИИСКом им. Кучеренко плит перлифлеска, изготовляемых методом непрерывного формования бруса из вспученного перлита, с добавками жидкого стекла и последующей термообработкой и обклейкой армирующим материалом, предусматривается на Мытищинском заводе «Стройперлит». Термоперлитовые плиты, разработанные МИСИ им. В.В. Куйбышева, характеризуются отсутствием связующего.
Металлические конструкции покрытий

Все виды плит на основе жидкого стекла и перлита — хрупкие материалы, имеющие относительно низкую прочность при изгибе. Это может приводить к повреждению плит в процессе транспортирования и укладки и осложнениям условий их использования в качестве основания под кровли без устройства стяжки. Обклейка плит армирующим материалом повышает их прочность при изгибе в 3—4 раза. В связи с развитой капиллярно-пористой структурой такие плиты обладают высоким водопоглощением, что может быть уменьшено введением кремнийорганических добавок для объемной гидрофобизации.
Учитывая дефицитность трудносгораемого утеплителя, а также принимая во внимание, что действующие противопожарные нормы практически исключают возможность применения в легких покрытиях из стального профилированного листа сгораемого плитного утеплителя, в частности, пенополистирола, ЦНИИПромзданий разработано два варианта конструкций с комбинированным решением теплоизоляции. Нижний слой ее выполняется из МППЖ или плит фибролита минимальной толщины, а верхний из пенополистирольных плит. Крепление теплоизоляции к профилированному листу осуществляют винтовыми кляммерами. Испытания, проведенные ВНИИПО МВД России, показали, что при таком решении теплоизоляции распределение температур по толщине покрытия аналогично конструкциям с теплоизоляцией из минераловатных плит. Прогрев полистирола до температуры плавления наступает значительно позднее предела огнестойкости металлических несущих конструкций.
Металлические конструкции покрытий

Аналогичный принцип конструктивного решения покрытий известен в практике зарубежного строительства, в частности, США, где плиты пенополистирола укладываются по слою гипсокартонной или перлитовой плиты. В сравнении с послойной сборкой большей индустриальностью характеризуются покрытия из двухслойных панелей с заливочной пенопластовой теплоизоляцией (монопанели), в качестве которой используются пенополиуретан или фенольный пенопласт плотностью 45—50 кг/м3 (рис. 23). Монопанели изготовляют длиной от 3 до 12 м и шириной от 0,74 до 0,845 м в зависимости от вида используемого профилированного листа. В качестве гидроизоляционного слоя в таких панелях должны применяться материалы, которые могут выполнять функции однослойной кровли. Особенно эффективно использование полимерных пленок типа гидробутил, армогидробутил и других, при которых на строительной площадке только проклеиваются стыки между панелями, что снижает трудозатраты в 3—4 раза по сравнению с традиционной кровлей из рубероида.
Опыт применения в качестве покровного слоя в монопанелях мешочной бумаги свидетельствует о том, что она не выполняет этой функции. Бумага при увлажнении и высыхании получает значительную поперечную усадку, которая приводит к изгибу утеплителя и отрыву его от крайних гофр облицовки, а в ряде случаев и к изгибу самих панелей с образованием вогнутостей на покрытии, что ухудшает эксплуатационные свойства гидроизоляционного ковра и затрудняет выполнение кровельных работ.
К несущим конструкциям монопанели крепят самонарезающими винтами, которые устанавливают по торцам панелей в каждое ребро, а на промежуточных опорах через ребро. Между собой панели соединяют комбинированными заклепками с шагом 500 мм. Продольные стыки между панелями выполняют внахлест с укладкой герметика по всей длине стыка. Поперечные стыки могут быть решены либо по аналогии с продольными внахлест либо встык. В первом случае каждая панель с одной стороны должна быть освобождена от теплоизоляции и покровного слоя на длину 50—100 мм по всей ширине. Поперечное сопряжение панелей может быть выполнено с использованием эластичных прокладок из пенорезины по форме профилированного листа или с помощью вкладышей из МППЖ, обернутых в полиэтиленовую пленку и уложенных на мастике. Поверху стыки панелей проклеивают полосами шириной не менее 150 мм из гидроизоляционного материала. Все деформационные швы при отсутствии перепада высот осуществляют без разрыва кровли, путем устройства ее по полуцилиндрическим выкружкам, в местах перепада высот деформационные швы решают с разрывом рулонного ковра.
Двухслойные кровельные панели (монопанели), обладая рядом положительных качеств, имеют и существенный недостаток, ограничивающий область их применения,— горючесть полиуретанового пенопласта. Поэтому повышение огнестойкости панелей за счет снижения горючести теплоизоляции — актуальная задача.
Металлические конструкции покрытий

Повышение степени огнестойкости монопанелей ведется в нескольких направлениях. Челябинским заводом стального профилированного настила выпущена опытная партия панелей с комбинированной теплоизоляцией, состоящей из минераловатных плит повышенной жесткости, запененных пенополиуретаном. Им же освоено производство двухслойных кровельных панелей с теплоизоляцией из минераловатных плит повышенной жесткости с паро- и гидроизоляционными слоями из рубероида, в которых утеплитель прикреплен к профилированному настилу с помощью винтовых кляммеров.
Другое важное направление снижения пожароопасности таких монопанелей — использование в них для теплоизоляции трудносгораемых полиизоциануретановых композиций типа изолан и новых видов фенольных пенопластов типа «виларес», ПП150, разработанных в России (табл. 33).
Общий недостаток покрытий из монопанелей — необходимость устройства рулонной кровли. Даже при кровлях из полимерных пленок неизбежна в построечных условиях проклейка стыков полосами гидроизоляционного материала и устройство защитного слоя из бутилкаучуковой мастики МБК (ТУ 21-27-90-80) с добавлением в нее 10—14% алюминиевой пудры. Большая строительная готовность достигается при легких конструкциях покрытий с металлическими кровлями, которые могут быть решены как в послойном, так и панельном варианте. При всех вариантах конструктивных решений надежность эксплуатации таких покрытий может быть обеспечена при уклонах не менее 10%.
Металлические конструкции покрытий

Из послойных конструкций наибольшей простотой отличается двухслойное покрытие с подвесной теплоизоляцией из прошивных минерало- или стекловатных матов (рис. 24). Прошивные маты, имеющие на одной поверхности несущий фактурно-пароизоляционный слой из стеклоткани, дублированной алюминиевой фольгой или полимерной пленкой, а на другой поверхности противоветровой барьер из полиэтиленовой пленки, должны отвечать следующим требованиям:
Металлические конструкции покрытий

При раздельной укладке слоев, составляющих комплексный прошивной мат, построечные трудозатраты возрастают на 30—50%. Аналогичные конструктивные решения известны в практике зарубежного строительства (фирмы «Батлер» США; «Прогресс Трендинг» Япония и др.), где в качестве подвесной теплоизоляции используются рулонированные изделия из стекловолокна плотностью 30—50 кг/м3, длиной до 20 м и шириной до 1 м с пароизоляционным облицовочным слоем из алюминиевой фольги или стеклохолста, дублированного алюминиевой фольгой. Стыки между рулонами перекрывают со стороны помещения специальными облицовочными полосами, представляющими собой плоскую ленту шириной 76 мм и длиной 55 м. Опыт эксплуатации таких покрытий в ряде объектов промышленного и общественного назначения показал, что в местах уплотнения прошивных матов на прогонах теплоизолирующие качества ниже, чем между прогонами.
Область применения таких конструкций покрытия ограничивается районами с небольшими колебаниями температуры и влажности воздуха в связи с тем, что процессы влаго-и теплопереноса в них отличаются от традиционных решений. В зимний период эксплуатации при недостаточно надежной пароизоляции парообразная влага, диффундирующая через нижнюю часть покрытия, может конденсироваться на холодной поверхности стального профилированного листа. В этом случае расчет требуемого сопротивления паропроницанию должен выполняться исходя из условия ограничения влагонакопления на нижней поверхности стального профилированного листа к концу холодного периода. При использовании парозащитных пленок с обеих сторон прошивного мата расчет пароизоляции следует выполнять исходя из условия ограничения влагонакопления в толще утеплителя.
Стремление повысить индустриальность конструктивного решения легких покрытий с металлической кровлей привело к созданию трехслойных панелей с минераловатной теплоизоляцией, характеризующихся более высокой строительной готовностью. Трехслойные каркасные панели представляют собой конструкцию, состоящую из двух металлических облицовок, каркаса из гнутых элементов и минераловатного утеплителя, в качестве которого могут быть использованы прошивные маты или минераловатные полужесткие или жесткие плиты, обернутые в полиэтиленовую пленку. Облицовки закреплены к каркасу комбинированными заклепками или самонарезающими винтами. Для снижения влияния «холодных мостов» в каркасе предусматривают перфорацию, площадь которой должна составлять не менее 70%, или между каркасом и облицовкой размещают прокладки из бакелизированной фанеры. К несущим конструкциям панели крепят самонарезающими винтами за нижнюю облицовку. Стыкование панелей вдоль ската осуществляется внахлест, а поперек ската обычно с помощью нащельника, который крепится либо комбинированными заклепками к гофрам верхнего листа стыкуемых панелей, либо стоячим фальцем с помощью закаточной машины.
Металлические конструкции покрытий

Покрытия из трехслойных панелей в нашей стране пока получили небольшое распространение, преимущественно в однопролетных производственных зданиях. Как показали обследования, их эксплуатационные качества и долговечность во многом зависят от уклона, длины ската, высоты профиля кровельного листа и качества герметизирующих мастик. Использование в качестве кровель металлических профилированных листов создает значительные трудности в обеспечении надежности мест примыкания покрытия к парапетам, карнизам, ендовам, а также при пропуске через кровлю коммуникаций. Эти сопряжения требуют применения специальных фасонных элементов, надежных уплотнителей и атмосферостойких герметиков. Опыт использования финской фирмой «Леминкайнен» трехслойных кровельных панелей в покрытии многопролетного здания завода «Алгоритм» в Ташкенте свидетельствует о том, что длина корытообразных желобов из оцинкованной стали, устанавливаемых в местах ендов, не должна превышать 6 м, так как в противном случае температурные деформации вызывают их разрушение. Использование в качестве верхней облицовки панелей профилей с высотой гофра менее 44 мм, не обладающих требуемой жесткостью, приводит к их повреждению и протечке кровли при эксплуатации. Применение каркасных трехслойных панелей с минераловатной теплоизоляцией в зарубежной практике ограничено. Такие покрытия за рубежом выполняют преимущественно путем послойной сборки, с использованием дистанционных прогонов (рис. 25). Они применены, в частности, австрийской фирмой «Фест Альпине» на строительстве Белорусского металлургического завода, шведской фирмой «Юнгерс» в цехе минераловатных изделий в Норильске, финскими фирмами «Ханкия» и «Хуурре» на зданиях овощехранилищ в Москве и Ленинграде.
В качестве кровельного листа используется специальный стальной настил, профилированный в двух взаимоперпендикулярных направлениях. Для обеспечения надежной герметизации в продольных гофрах профиля предусмотрены углубления для размещения герметизирующей мастики из тиокола и силикона.
Металлические конструкции покрытий

В ряде зарубежных стран (ФРГ, Италии) освоено производство трехслойных бескаркасных клееных панелей покрытия с металлическими облицовками и минераловатной теплоизоляцией аналогичных стеновым. Исследования, проведенные ЦНИИСК, показали, что панели (в частности, итальянской фирмы «Мортео Сопрефин») расслаиваются под воздействием расчетной нагрузки и не могут использоваться для устройства покрытий на большей части территории России.
В нашей стране освоено производство эффективных двухслойных кровельных панелей с трудносгораемым утеплителем марки ПП-150. Панели изготовляют стендовым способом. Их предпочтительно применять на длину ската. При скате длиной 18 м допускается устройство одного стыка. Крепят панели к прогонам, расположенным с шагом 3 м, самонарезающими винтами (рис. 26).
Продольные стыки выполняют внахлест с герметизацией силиконовыми или тиоколовыми составами. Уплотнение стыков, расположенных поперек ската, и защита их от проникания парообразной влаги со стороны помещения достигается использованием прокладки из эластичной пенорезины, наклеиваемой на торцевую поверхность панели. Кромки стальной обшивки смежных панелей соединяют между собой заклепками. Такие панели не могут служить элементами жесткости, и поэтому требуют установки связей по несущим конструкциям.