Арочные большепролетные конструкции

Когда говорят про арочные большепролетные конструкции, многие сразу представляют что-то грандиозное, вроде стадионов или ангаров для аэрокосмической техники. Это верно, но в практике часто встречается более прозаичная, но от этого не менее сложная задача — перекрыть без промежуточных опор цех, склад или логистический центр. И вот тут начинаются нюансы, которые в теории часто упускают. Скажем, ключевой момент — не просто рассчитать дугу, а точно спрогнозировать её поведение на этапе монтажа, когда секции ещё не соединены в единое целое. Мы как-то на одном из объектов в Казахстане столкнулись с тем, что расчётные допуски по прогибу при сборке ?временными? креплениями оказались недостаточными — ветровая нагрузка, даже не самая сильная, внесла коррективы. Пришлось оперативно усиливать временные опоры, что задержало график. Это типичный пример, когда теория расчёта устойчивости готовой арки есть, а вот технология её сборки — это отдельная инженерная задача, которую часто недооценивают.

Материал и его капризы

Основной материал, конечно, сталь. Но не всякая сталь подходит. Для арочных большепролетных конструкций часто идёт низколегированная сталь, типа 09Г2С, которая хорошо себя ведёт при низких температурах — это критично для наших широт. Но вот что важно: даже сертифицированный металлопрокат может преподнести сюрприз. Помню случай с поставкой на объект в Новосибирск. Вроде бы все сертификаты в порядке, но при плазменной резке на станках с ЧПУ на некоторых листах пошла нестабильная кромка — микротрещины. Лаборатория показала локальные отклонения по химическому составу в партии. Хорошо, что вовремя остановили раскрой. Пришлось срочно завозить металл от другого поставщика. Это к вопросу о том, что контроль входящего сырья — это не формальность, а необходимость. Особенно когда речь о большепролетных системах, где каждый элемент работает на пределе расчётных нагрузок.

Толщина металла — тоже отдельная история. Казалось бы, чем больше пролёт, тем толще должна быть стенка профиля. Но тут вступает в противоречие вес конструкции и, как следствие, нагрузка на фундаменты и опоры. Часто идёт оптимизация: центральная часть арки — из более мощного двутавра или сварной балки, а к краям сечение уменьшается. Но это усложняет производство — разные толщины металла требуют разного режима сварки. Автоматическая сварка под флюсом на тяжёлой совмещённой линии, как, например, на производстве у ООО ?Синьцзян Сиюй Хайдэ Строительные Стальные Конструкции?, здесь незаменима. Она даёт однородный, качественный шов, что для ответственных узлов арки — обязательное условие. Ручная сварка таких объёмов просто не вытянет ни по скорости, ни по стабильности качества.

Ещё один момент — защита от коррозии. Огнезащиту и утепление часто обсуждают, а про банальную грунтовку и покраску иногда думают в последнюю очередь. А зря. Внутри ангара, особенно если там будет храниться что-то, создающее агрессивную среду (удобрения, реагенты), обычная эмаль может отслоиться за пару лет. Мы перешли на двухкомпонентные системы с цинконаполненным грунтом. Да, дороже. Но когда речь о сроке службы в 50 лет, экономия на краске — это ложная экономия. Кстати, на сайте xjxyhd.ru в описании технологий компании видно, что они делают акцент на полный цикл — от обработки металла до антикоррозионной защиты. Это правильный подход.

Производственные тонкости: от резки до сварки

Производство арочных конструкций начинается с точной раскройки. Здесь уже не обойтись газовой резкой, только плазма или лазер. Упомянутые в описании ООО ?Синьцзян Сиюй Хайдэ? крупногабаритные лазерные резаки с поворотными столами — это как раз то, что нужно для криволинейных элементов арки. Точность реза — в пределах миллиметра, что минимизирует последующую подгонку на стройплощадке. Но есть нюанс: после термической резки кромка закаляется, становится твёрже. Это может мешать последующей сварке, если не убрать этот слой. Поэтому часто идёт механическая зачистка.

Сборка секций арки. Идеально ровная площадка — это аксиома. Но даже на ровном полу при сварке возникает температурная деформация. Чтобы её компенсировать, используют жёсткие сборочные кондукторы, которые фиксируют элементы в проектном положении до полного остывания швов. Мы на одном из своих старых производств пробовали обойтись без них, собирали на прихватках ?на глазок? — в итоге при контрольной сборке на объекте секции не сошлись. Пришлось резать и заново переваривать узлы уже на месте, с потерей времени и денег. Горький, но полезный опыт.

Контроль качества сварных швов — это 100-процентный ультразвуковой контроль (УЗК) или радиография для самых ответственных швов. Визуального осмотра недостаточно. Внутренние непровары или поры могут стать точкой роста усталостной трещины, особенно в зонах переменных нагрузок (например, от ветра). Наличие у компании сертификата ISO9001, как у той же ООО ?Синьцзян Сиюй Хайдэ Строительные Стальные Конструкции?

Логистика и монтаж — где рождаются проблемы

Самое интересное начинается, когда готовые секции арки покидают завод. Габариты часто оказываются негабаритными. Нужен специальный транспорт, согласование маршрутов с ГИБДД. Однажды зимой вёзли конструкцию в Тюмень, и из-за обледенения дороги фура с прицепом чуть не занесло на повороте. С тех пор для критичных по срокам проектов закладываем не один, а два возможных маршрута и обязательно отслеживаем погоду.

На площадке. Первое — подготовка фундаментов и опорных узлов. Залили бетон, выставили закладные — казалось бы, всё просто. Но если геодезическая разбивка сделана с ошибкой даже в пару сантиметров, то установить первую секцию арки будет невозможно. Проверяем нивелиром и теодолитом всё, до миллиметра. Монтаж обычно ведут двумя кранами большой грузоподъёмности, стропуя секцию в двух или более точках, чтобы не было перекоса. Самое волнительное — стыковка первой секции с опорой и затем соединение двух половин арки в замке наверху. Здесь всегда присутствует небольшой ?монтажный? натяг, конструкция как бы собирается с небольшим усилием. Если она ложится совсем свободно — значит, где-то ошибка в размерах.

Часто задают вопрос: а можно ли собирать арку в зимнее время? В принципе, да, сталь морозостойкая. Но сварка на морозе требует предварительного подогрева области шва и использования специальных электродов. И главное — нельзя допускать резкого охлаждения шва после сварки, его нужно укрывать термочехлами. Мы монтировали ангар в Якутии при -35°C. Сложно, дорого из-за специальных мер, но выполнимо. Ключевое — квалификация монтажников-сварщиков.

Экономика и альтернативы

Арочные большепролетные конструкции — не единственный вариант. Есть рамные конструкции, есть пространственные фермы. Выбор зависит от многих факторов: пролёта, назначения здания, снеговых и ветровых нагрузок, необходимости внутреннего свободного пространства. Арка хороша там, где нужна максимальная чистота внутреннего объёма, без колонн и подкосов. Но её изготовление часто дороже, чем сборка из типовых линейных элементов. Однако, если считать общую стоимость объекта (фундаменты, монтаж, сроки), разница может нивелироваться. Например, для спортивного комплекса с пролётом 60 метров арка была экономичнее рамного варианта на 15% за счёт меньшего расхода металла в средней части и более простых фундаментов.

Сотрудничество с профильным заводом-изготовителем, который ведёт проект от проектирования до монтажа, как заявлено на https://www.xjxyhd.ru, часто выгоднее, чем раздавать заказы разным подрядчикам. Потому что ответственность за геометрию и сопряжение элементов лежит на одном плечах. Они же обычно и выполняют авторский надзор за монтажом. Видел я проекты, где металлоконструкции делал один завод, а монтажники были другие. При возникновении проблем начиналась бесконечная переписка о том, кто виноват — производственники или монтажники. Время уходит, деньги горят.

В итоге, возвращаясь к арочным конструкциям. Это красивое и эффективное инженерное решение. Но его успех — это не магия, а цепочка из сотен правильных решений: от выбора марки стали и точности раскроя на лазерном станке до квалификации сварщика на морозной площадке. И когда всё сходится, получается сооружение, которое простоит десятилетия. А когда нет — получается дорогой урок. В нашей работе таких уроков, к сожалению, не избежать, главное — чтобы они не повторялись.