Чем отличается каркас от металлоконструкций: разбираемся в терминологии и практике

Путаница в терминах возникает даже у опытных заказчиков. Причина проста – каркасный тип здания и металлоконструкции считаются синонимами, хотя это не совсем правильно.

Отличия каркаса от металлоконструкций

Каркас – это несущая система сооружения. Он воспринимает все нагрузки:

• от кровли; 
• от перекрытий; 
• от оборудования; 
• от снега 
• от ветра.

Каркас может быть деревянным, железобетонным, металлическим или комбинированным. Это скелет, на который опирается все остальное.

Металлоконструкции – это элементы из стали, которые используются в строительстве. К ним относятся балки, колонны, фермы, связи, прогоны. Они могут образовывать каркас или использоваться как отдельные элементы в железобетонном или кирпичном здании.

Получается, что любой каркас здания из металлоконструкций состоит из металлоконструкций, но не все металлоконструкции образуют каркас. Разница кажется незначительной, но на практике она влияет на проектирование, расчеты и бюджет.

Виды каркасов и их особенности

Конструкция каркасного здания определяет технологию возведения, сроки и стоимость проекта. Существует несколько основных схем.

Рамный каркас

Это классическая схема, которая используется для возведения промышленных цехов и складов. Колонны и ригели жестко соединяются между собой. Такая система является оптимальной при пролетах до 30 метров и высоте до 12 метров. Рамный каркасный тип здания позволяет создавать открытые пространства без внутренних опор.

Рамы воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки. Жесткие узлы обеспечивают устойчивость без дополнительных связей. Минусом рамного каркаса считается большой расход металла на узлы и усиленные сечения балок.

Связевый каркас

Здесь колонны и балки соединены шарнирно. Устойчивость обеспечивают вертикальные и горизонтальные связи из уголков или прокатных профилей. Такая схема экономичнее рамной на 15-20% по металлоемкости.

Связевый каркас применяется в многоэтажном строительстве, при возведении торговых центров, офисных комплексов. Строительство зданий из металлоконструкций по этой схеме требует точного монтажа связей. Без этого система теряет жесткость.

Арочный каркас

Этот вид каркаса используется для возведения ангаров, спортивных комплексов, выставочных павильонов. Арки из гнутых или сварных профилей перекрывают пролеты до 50 метров без промежуточных опор.

Арочная конструкция каркасного здания выдерживает высокие снеговые нагрузки за счет формы. Снег соскальзывает с нее естественным образом. Но такие системы чувствительны к точности изготовления. Отклонение в геометрии приводит к концентрации напряжений.

Металлоконструкции как элементы здания

Не всегда металл формирует полноценный каркас. Часто металлоконструкции применяются точечно для усиления или дополнения основной несущей системы.

Балочные перекрытия

В кирпичных или монолитных зданиях металлические балки перекрывают пролеты между стенами. Это позволяет создавать большие помещения без внутренних перегородок. Сталь работает на изгиб, передает нагрузку на кладку или бетон.

Фермы покрытия

Стропильные фермы из металлопрофиля опираются на стены из блоков или панелей. Они держат кровлю, но не являются частью полноценного каркаса. В этом случае нельзя отнести сооружение к зданию из металлоконструкций, так как они выполняют вспомогательную функцию.

Связи и усиления

Горизонтальные и вертикальные связи из уголков или швеллеров повышают жесткость железобетонных каркасов. Они монтируются в местах, которые подвергаются повышенным нагрузкам, используются при высокой сейсмической активности. Металл дополняет бетон, но не заменяет его.

Преимущества металлического каркаса

Каркас здания из металлоконструкций обладает рядом плюсов, которые делают его наиболее подходящим вариантов для строительства коммерческих объектов.

Скорость возведения

Элементы изготавливаются на заводе с точностью до миллиметра. На площадке остается только собрать их как конструктор. Монтаж склада площадью 2000 м² занимает 3-4 недели, а на строительство из железобетона нужно 2-3 месяца. Экономия времени – это сокращение расходов на аренду техники, зарплату рабочим.

Небольшой вес

Стальной каркас легче бетонного в 4-5 раз. Это снижает нагрузку на фундамент, позволяет строить на слабых грунтах. Для промышленного здания площадью 5000 м² экономия на обустройстве фундамента достигает 800 000-1 200 000 рублей.

Гибкость планировки

Колонны, установленные с шагом 6-12 метров, создают открытые пространства. Перегородки не являются несущими конструкциями, поэтому их можно переставлять без ущерба для прочности. Склад легко превращается в производственный цех или в выставочный зал.

Возможность демонтажа

Строительство зданий из металлоконструкций позволяет при необходимости демонтировать их и собрать на новом месте. Это оптимальный вариант для строительства временных производств, вахтовых поселков, выставочных комплексов.

Недостатки, о которых молчат продавцы

Важно понимать, что идеальных решений не существует. И у металлических каркасов есть минусы, которые нужно учитывать на этапе проектирования.

Коррозия

Сталь ржавеет при контакте с влагой. Срок службы незащищенного металла в агрессивной среде – 10-15 лет. Антикоррозионная обработка (грунт, краска, оцинковка) увеличивает стоимость проекта на 8-12%, но увеличивает ресурс металлических конструкций до 50 лет.

Температурные деформации

Металл расширяется при нагреве и сжимается при охлаждении. При длине здания 100 метров температурные деформации достигают 30-40 мм. Без компенсационных швов в ограждающих конструкциях появляются трещины, зазоры, протечки.

Высокие требования к квалификации монтажников

Конструкция каркасного здания из металла требует точности на каждом этапе монтажа. Ошибка в миллиметр на узле умножается на десятки метров. Перекос колонны на 10 мм приводит к невозможности установки балок. Исправление ошибок обходится дороже, чем правильный монтаж с первого раза.

Гибридные решения: когда стоит объединить металл и бетон

В современном строительстве часто используются комбинированные схемы. Они позволяют использовать преимущества каждого материала.

Сталебетонные колонны

Стальной сердечник заливается бетоном. Металл работает на растяжение, бетон – на сжатие. Такие колонны меньше железобетонных на 30-40%, но выдерживают такую же нагрузку. Каркасный тип здания с такими опорами позволяет увеличивать полезную площадь без снижения несущей способности.

Металлические балки с бетонными перекрытиями

Стальные прогоны держат монолитные плиты. Они работают как диафрагма жесткости, распределяют горизонтальные нагрузки. Балки ускоряют монтаж. Такая схема используется для строительства офисных центров, торговых комплексов, паркингов.

Металлический каркас с заполнением кирпичной кладкой

Стальные колонны и ригели образуют несущую систему. Между ними возводятся стены из кирпича или блоков. Стены не несут нагрузку, поэтому можно использовать материалы с низкой теплопроводностью. Такое здание из металлоконструкций сочетает прочность и энергоэффективность.

Какую схему строительства выбрать

Решение зависит от назначения объекта, бюджета, сроков, условий эксплуатации. Полноценный каркас здания из металлоконструкций – оптимальное решение для складов, производственных цехов, ангаров, спортивных сооружений. Здесь важны большие пролеты, быстрый монтаж, простота перепланировок.

Точечное применение металлоконструкций подходит для жилых домов, административных зданий, торговых объектов. Металл усиливает проблемные зоны, перекрывает локальные пролеты, но не формирует основную несущую систему.

При выборе каркасного типа здания нужно учитывать климат. В районах, где есть агрессивное воздействие (морское побережье, химические производства), коррозия съедает до 30% толщины металла за 10 лет. Здесь выгоднее строить из железобетона.

Строительство зданий из металлоконструкций требует профессиональной разработки проекта. Экономия тут оборачивается дорогими переделками. Стоимость часа работы крана с грузоподъемностью 25 тонн составляет 4000-6000 рублей. Поэтому нужно понимать, что каждая ошибка приводит к дополнительным расходам.

Распространенные ошибки заказчиков

Многие выбирают металл, ориентируются только на низкую начальную цену. Но при этом забывают про эксплуатационные расходы:

• покраску каждые 5-7 лет; 
• ремонт узлов; 
• замену поврежденных элементов.

Другая крайность – отказ от металла в пользу бетона там, где сталь выгоднее. Строительство склада из железобетона стоит на 40% дороже, чем из металла. При этом на строительство нужно в 2 раза больше времени.

Третья распространенная ошибка – игнорирование геологии. На просадочных грунтах тяжелый бетонный каркас дает неравномерную осадку. Металлический весит меньше, поэтому он является более предпочтительным вариантом.

Каркас и металлоконструкции – не одно и то же, хотя они тесно связаны. Понимание различий помогает сделать правильный выбор, избежать переплат и построить объект, который прослужит десятилетия без проблем.