CC BY
10
УДК 624.014
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПОДСТРОПИЛЬНЫХ
ФЕРМ
А. О. Запросян, А. А. Федчишена
Донской государственный технический университет (г. Ростов-на-Дону, Российская Федерация)
Проводится сравнение двух вариантов покрытия из металлических ферм — с подстропильными фермами и без них. При определенных исходных данных выполнены необходимые расчеты и вычислены стоимостные показатели вариантов покрытия. Анализ результатов расчета говорит о нецелесообразности вариантов покрытия с подстропильными фермами.
Ключевые слова: стропильная ферма, подстропильная ферма, стоимость материалов, стоимость изготовления, стоимость фермы.
FEASIBILITY STUDY OF THE USE OF SUB-TRUSSES A. O. Zaprosyan, A. A. Fedchishena
Don State Technical University (Rostov-on-Don, Russian Federation)
The comparison of two variants of metal trusses coverage is carried out — with and without subs-trusses. With certain initial data, the necessary calculations were performed and the cost indicators of the coverage options were calculated. The analysis of the calculation results indicates the inexpediency of coverage options with sub-trusses.
Keywords: truss, sub-truss, cost of materials, cost of manufacturing, truss cost.
Введение. Металлические стропильные фермы являются весьма распространенными конструкциями, используемыми в качестве покрытий промышленных зданий, торговых, спортивных центров и пр. [1, 2]. Исследованию таких конструкций посвящено большое количество научных работ. В [3-5] рассмотрена возможность применения тонкостенных профилей в качестве стержней. В [6] для типовой фермы пролетом 24 м путем вычислений найдена её оптимальная высота по расходу металла. В работах [7, 8] рассмотрен вопрос применения бистальных ферм с поясами из более прочной марки стали. В [9] дано технико-экономическое обоснование целесообразности применения унификации стропильных ферм. В [10] приведены особенности проектирования криволинейных трехпоясных ферм.
Целью работы являлось технико-экономическое обоснование применения подстропильных
ферм.
Материалы и методы. Как известно, архитектурно-проектировочное решение предполагает два варианта покрытия зданий. В случае варианта 1 применяются только стропильные фермы ФС12 (рис. 1). Во втором варианте используются стропильные фермы ФС6 и подстропильные фермы ПФ (рис. 2).
Рис. 1. Вариант 1 — покрытие без подстропильных ферм
Рис. 2. Вариант 2 — покрытие с подстропильными фермами
Каждый из вариантов покрытия имеет свои достоинства и недостатки. Очевидным недостатком 2 варианта является большее количество конструкций, что приводит к увеличению транспортных и монтажных расходов при возведении сооружения. С другой стороны, масса стропильной фермы по 2 варианту намного меньше, чем по 1 варианту. Это объясняется тем, что узловая нагрузка, действующая на ферму по 2 варианту вдвое меньше, чем по 1 варианту. Происходит это вследствие того, что грузовая площадь Арр узла верхнего пояса по 2 варианту равна 1узл х В/2, где 1узл есть расстояние между узлами. В случае 1 варианта — Агр = 1узл х В. Естественно, что масса основных деталей Оо и стоимость фермы Сфер по 2 варианту будет меньше, чем по 1 варианту. С другой стороны, более правомерным будет сравнение вариантов по удельной стоимости покрытия Суд на 1 м перекрываемой поверхности.
Результаты. Для решения этого вопроса в соответствии с [11] были выполнены необходимые расчеты для типовой стропильной фермы с пролетом Ь=12 м, шагом В=12 м и
легким покрытием. Сечения стержней фермы приняты из равнополочных уголков. При этом расчеты выполнялись для восьми снеговых районов согласно [12]. Определение стоимостных показателей для технико-экономического сравнения вариантов выполнялось согласно [13]. При определении стоимости ферм Сфер учитывались основные экономические показатели — стоимость материалов Смат, стоимость изготовления Сизг, на величину которых существенно влияют масса Оо и количество п0 основных деталей, оптовая цена металлопроката, трудоемкость изготовления. Результаты вычислений приведены в таблице 1. В таблице 2 показаны результаты сравнения обоих вариантов покрытия по их удельной стоимости Суд. Они же графически отображены на рис. 3.
Таблица 1
Технико-экономические показатели вариантов покрытий
№ Сн.р. бо, т Смат, р Сизг, р Сфер Суд
ФС12, В=12 м, по =30
1 1,594 186180 8230 194410 675
2 1,884 220050 8950 229000 795
3 2,156 251820 9570 261390 908
4 2,404 280790 10110 290900 1010
5 2,660 310690 10630 321320 1116
6 2,896 338250 10920 349170 1212
7 3,283 383450 11810 395260 1372
8 3,442 402030 12090 414120 1438
ФС6, В=6м, П0=30
1 1,201 140280 7140 147420 1020
2 1,257 146820 7310 154130 1070
3 1,257 146820 7310 154130 1070
4 1,329 155230 7510 162740 1130
5 1,499 169240 7980 177220 1230
6 1,659 193770 8400 202170 1400
7 1,731 202180 8580 210760 1460
8 1,798 210010 8740 218750 1520
ПФ, П0=14
1 0,746 87130 3850 90980 320
2 0,858 100210 4120 104330 360
3 0,965 112710 4370 117080 410
4 1,113 130000 4700 134700 470
5 1,189 133880 4850 138730 480
6 1,306 152540 5090 157630 550
7 1,456 170060 5370 175430 610
8 1,546 180570 5540 186110 650
Рис. 3. Результаты сравнения вариантов покрытия
Сравнение значений удельной стоимости Суд вариантов покрытий
Таблица 2
№ варианта № снегового района
1 2 3 4 5 6 7 8
1 675 795 908 1010 1116 1212 1372 1438
2 1340 1430 1480 1600 1710 1950 2070 2170
Обсуждение. Анализ результатов вычислений позволяет сделать следующие выводы:
1) Для всех снеговых районов 2 вариант покрытия с подстропильными фермами в 1,5-2 раза дороже, чем 1 вариант без подстропильных ферм.
2) С увеличением нагрузки на ферму (т.е. с увеличением снеговой нагрузки) наблюдается тенденция к уменьшению разницы Суд с 99 % до 51 %. Это объясняется тем, что при небольших нагрузках на стропильную ФС6 и подстропильную ПФ фермы во 2 варианте усилия в элементах оказывались небольшими и сечения элементов принимались конструктивно (т.е. с запасом). Такое решение вызвано тем, что при изготовлении ферм сечения уголков менее, чем 50*5 мм не принимаются. Естественно, что такой подход приводит к увеличению массы ферм Оо и стоимостных показателей.
3) При оптовых ценах на уголковую сталь марки ВСтЗпс около 100 руб/т по состоянию на 1980 г. стоимость материалов Смат от общей стоимости фермы Сфер составляла в среднем 80 %, а стоимость изготовления Сизг — 20 %. В настоящее время при оптовых ценах на уголковую сталь марки С245 80 000 руб/т по состоянию на 2021 г. та же стоимость материалов Смат уже составляет 95-97 % от стоимости фермы, а стоимость изготовления лишь 3-5 %. В такой ситуации абсолютно
нецелесообразным является унификация строительных ферм, когда пояса принимаются одного большего сечения, а все типоразмеры элементов решетки сводятся к 2-3 значениям в сторону увеличения сечения стержней.
Существуют различные варианты подстропильных ферм в промышленных зданиях с шагом В=12 м (рис. 4). По средним осям устраивают шаг колонн 24 м для освобождения производственных площадей.
Рис. 4. Промышленное здание: а — вид сверху; б — вид в разрезе 1-1
Очень часто подстропильные фермы применяют при беспрогонном решении покрытия типа «Молодечно» (рис. 5). В качестве несущих конструкций покрытий укладываются стропильные фермы с шагом 4 м, к которым крепится стальной профилированный настил. При этом по крайним осям используются подстропильные балки, а по средним осям — подстропильные фермы (рис. 6). Это объясняется тем, что по средним осям на подстропильную ферму приходится нагрузка из двух соседних пролетов. Несущая способность ее должна быть повышена.
Рис. 6. Виды в разрезе типа «Молодечно»: а — разрез 1-1; б — разрез 2-2
Также подстропильные фермы применяются в покрытиях торговых центров типа «О'кей» и «Метро», в которых они идут с шагом в 3 м (рис. 7).
Рис. 7. Торговый центр: а — вид сверху; б — вид в разрезе 1-1
Заключение. Проведенные исследования позволяют сделать однозначный вывод о нецелесообразности применения схемы покрытия с подстропильными фермами при выбранных исходных данных.
Библиографический список
1. Металлические конструкции. Справочник проектировщика / Под ред. Н. П. Мельникова. — Москва: Стройиздат, 1980. — 776 с.
2. Кутухтин, Е. Г. Легкие конструкции одноэтажных производственных зданий / Е. Г. Кутухтин, В. М. Спиридонов, Ю. Н. Хромец. — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва : Стройиздат, 1988. — 261 с.
3. Устименко, Е. Е. Экспериментальное исследование рамно-стержневых конструкций с элементами из тонкостенных стальных профилей / Е. Е. Устименко, С. В. Скачков // Инженерный вестник Дона. — 2019. — № 5(56). — С. 53.
4. Милосердов, К. А. Конструктивные особенности узла трехгранных ферм из тонкостенных стальных профилей / К. А. Милосердов, С. В. Скачков // Студенческий вестник. — 2019. — № 41-4(91). — С. 54-56.
5. Фроловская, А. В. Исследование несущей способности элементов стропильной фермы из тонкостенных оцинкованных профилей / А. В. Фроловская, Ю. М. Петрова, Н. Н. Химченко // Молодая мысль: наука, технологии, инновации : мат-лы VIII (XIV) Всерос. науч.-техн. конф. студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых. — Братск : Братский государственный университет, 2016. — С. 35-39.
6. Запросян, А. О. Определение оптимальной высоты стропильной фермы / О. А. Запросян, И. В. Глушкова // Студенческий вестник. — 2019. — № 41(91).
7. Запросян, А. О. Технико-экономическое обоснование применения бистальных стропильных ферм. / А. О. Запросян // Мат-лы науч.-практ. конф. «Строительство и архитектура-2017». — Ростов-на-Дону : ДГТУ, 2017. — С. 138-140.
8. Абаев, А. С. Технико-экономическое сравнение вариантов моностальной и бистальной стропильных ферм / А. С. Абаев // Молодой исследователь Дона. — 2018. — № 2(11). — С. 2-4.
9. Запросян, А. О. Технико-экономическое обоснование унификации элементов металлических стропильных ферм / А. О. Запросян, Д. А. Леонова, Р. А. Шкрылев // Инженерный вестник Дона. — 2021. — № 8(80). — С. 425-431
10. Запросян, А. О. Технико-экономическое обоснование унификации элементов металлических стропильных ферм / А. О. Запросян, Д. А. Леонова, Р. А. Шкрылев // Инженерный вестник Дона. — 2021. — № 8(80). — С. 425-431
11. СП16.13330.2017. Стальные конструкции. — Москва : 2017 — 151 с.
12. СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. — Москва : 2016 — 80 с.
13. Лихтарников, Я. М. Вариантное проектирование и оптимизация стальных конструкций / Я. М. Лихтарников. — Москва : Стройиздат,1979. — 319 с.
Об авторах:
Запросян Аведик Ованесовия, доцент кафедры «Металлические, деревянные и пластмассовые конструкции» Донского государственного технического университета (344022, РФ, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162), кандидат технических наук, доцент, spu-52.2@donstu.ru
Федчишена Анастасия Анатольевна, магистрант кафедры «Металлические, деревянные и пластмассовые конструкции» Донского государственного технического университета (344022, РФ, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162), afedchishena@mail.ru
About the Authors:
Zaprosyan, Avedik O., Associate professor, Department of Metal, Wooden and Plastic Structures, Don State Technical University (162, Socialist Str., Rostov-on-Don, 344022, RF), Cand.Sci. (Eng.), associate professor, spu-52.2@donstu.ru
Fedchishena, Anastasiya A., Master's degree student, Department of Metal, Wooden and Plastic Structures, Don State Technical University (162, Socialist Str., Rostov-on-Don, 344022, RF), afedchishena@mail.ru
