CC BY
15
и
Технико-экономическое обоснование унификации элементов металлических стропильных ферм
А. О. Запросян, Д.А. Леонова, Р.А. Шкрылев Донской государственный технический университет
Аннотация: Рассмотрены вопросы унификации металлических стропильных ферм, приведены результаты сравнения технико-экономических показателей, определена стоимость унифицированных и неунифицированных ферм.
Ключевые слова: стропильная ферма, унификация, серийность, стоимость, монтаж.
Металлические стропильные фермы являются решетчатыми конструкциями, состоящими из отдельных стержней. Проектирование таких ферм заключается в определении усилий в стержнях, с последующим подбором их сечений [1, 2].
В такой ситуации мы имеем дело с большим количеством деталей и типоразмеров сечений. Все это приводит к увеличению трудоемкости и стоимости изготовления ферм. С целью снижения этих показателей после подбора сечений проводят унификацию элементов фермы.
С этой целью весь верхний и нижний пояса выполняются, как правило, одного большего сечения, что уменьшает количество основных деталей. Для удобства изготовления ферм (уменьшения количества заказываемых заводом типоразмеров металлопроката) все остальные сечения решетки сводятся к 2-3 размерам [3, 4]. Естественно, подобная унификация приводит к увеличению массы всей ферм и стоимости всего используемого металлопроката. В такой ситуации целесообразным представляется технико-экономическое обоснование унификации элементов фермы с определением основных стоимостных показателей.
В соответствии с [5, 6] стоимость фермы Сфер. (без учета транспортных расходов) складывается из стоимости металла Смет., стоимости изготовления Сизг и стоимости погрузочных работ Сп р..
и
^фер. ^мет. + ^изг. + ^п.р.
Без учета постоянных стоимостных показателей и конструктивных коэффициентов стоимости металла Смет. И погрузочных работ Сп.р. зависят от массы фермы С.
Стоимость изготовления Сизг. Зависит от массы основных деталей Со и их количества по.
С целью изучения этого вопроса были определены усилия, в соответствии с СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» и подобраны сечения элементов стропильной фермы пролетом 24 м с параллельными поясами [7, 8]. Стержни фермы запроектированы из парных уголков, при этом учитывалась снеговая нагрузка от I до VIII снегового района, согласно СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия».
Рассмотрим пример унификации элементов стропильной фермы, сечения которых определены для одного из снеговых районов.
Рис. 1. - Схема фермы
Таблица № 1
Сечения стержней неунифицированной фермы
№ стержней Сечение Масса одного уголка, кг/м № стержней Сечения Масса одного уголка, кг/м
0-1, 7-0 1Г50х5 3,77 1-9, 7-11 1Г 63х5 4,81
1-3, 5-7 1г 110х8 13,50 3-9, 5-11 1г 90х7 9,64
3-4, 4-5 1г 125х8 15,46 3-10, 5-10 1г 50х5 3,77
8-9, 11-12 1г50х5 3,77 2-9, 4-10 1г 50х5 3,77
9-10, 10-11 1г90х6 8,33 6-11 1г 63х5 4,81
1-8, 7-12 1г 100х7 10,79 0-13 1г 50х5 3,77
При этом получаем число основных деталей по = 44, массу основных деталей Со = 1450 кг.
Таблица № 2
Сечения стержней унифицированной фермы
№ стержней Сечение Масса одного уголка, кг/м № стержней Сечения Масса одного уголка, кг/м
0-4, 4-0 1Г 125х8 15,46 3-9, 5-11 1Г100х7 10,79
8-10, 10-12 1г90х6 8,33 3-10, 5-10 1г 50х5 3,77
1-8, 7-12 1г 100х7 10,79 2-9, 4-10, 6-11 1г 63х5 4,81
1-9, 7-11 1г63х5 4,81 0-13 1г 50х5 3,77
При этом получаем количество основных деталей меньше - по = 32, а массу основных деталей больше - Со = 1740 кг.
Результаты технико-экономических расчетов приведены в табл. 3. В табл. 4 приведены результаты сравнения технико-экономических показателей для неунифицированных и унифицированных ферм.
Таблица № 3
Результаты технико-экономических расчетов
№ снег. р-на Тип фермы
Неунифицированная ферма Унифицированная ферма
Показатели
Смет. Сизг. Сп.р. Сфер. Смет. Сизг. Сп.р. Сфе р.
руб. % ру<5. % руб. % руб. % руб. % руб. % руб. % руб. %
I 79900 89,6 8740 9,8 531 0,6 89170 100 95350 91,6 8150 7,8 634 0,6 104130 100
II 84160 89,8 8950 9,6 560 0,6 93670 100 102800 91,9 8440 7,5 680 0,6 111900 100
III 96580 90,5 9500 8,9 640 0,6 106720 100 115860 92,3 8860 7,1 770 0,6 125490 100
IV 104570 90,8 9860 8,6 690 0,6 115120 100 131840 92,7 9470 6,7 880 0,6 142190 100
V 116550 91,2 10440 8,2 770 0,6 127760 100 14980 93,1 10080 6,3 1000 0,6 160930 100
VI 122520 91,4 10690 8,0 810 0,6 134020 100 158480 93,3 10340 6,1 1050 0,6 169870 100
VII 131200 91,7 11050 7,7 870 0,6 143120 100 166470 93,4 10620 6,0 1110 0,6 178200 100
VIII 141860 91,9 11480 7,5 950 0,6 154290 100 185590 93,7 11230 5,7 1230 0,6 198050 100
Таблица № 4
Результаты сравнения технико-экономических показателей
1 а Технико-экономические показатели
<и Й Смет , руб. Д Сизг., руб. Д Сфер. руб. Д
Я я и Ферма руб. % Фе] рма руб. % Фе рма руб. %
% неун. униф. неун. униф. неун. униф.
I 79900 95350 15450 19,3 8740 8170 570 7,1 89170 104130 14960 16,8
II 84160 102800 18640 22,1 8950 8440 510 5,7 93670 11100 18230 19,5
III 96580 115860 19280 20,0 9500 8860 60 6,8 106720 125490 18770 17,6
IV 104570 131840 27270 26,1 9860 9470 390 4,0 115120 142190 27070 23,5
V 116550 149850 33300 28,6 10440 10080 360 3,4 127760 160930 33170 26,0
VI 122520 158480 35960 29,3 10690 10340 350 3,0 134020 169870 35850 26,7
VII 31200 166470 35270 26,9 11050 10620 430 3,9 143120 178200 35080 24,5
VIII 141860 185590 43730 30,8 11480 11230 250 2,2 154290 198050 43760 28,4
и
Рис. 2. - График изменения доли Смет. в Сфер. с увеличением снеговой
нагрузки
Рис. 3. - График изменения доли Сизг. в Сфер. с увеличением снеговой
нагрузки
и
Анализ результатов вычислений позволяет сделать следующие выводы:
1. Стоимость металлопроката Смет. составляет основную долю в стоимости всей фермы Сфер.. Для неунифицированных ферм составляет 89,6^91,9 %, а для унифицированных - 91,6^93,7 %.
2. Стоимость изготовления Сизг. Составляет лишь 7,5^9,8 % для неунифицированных ферм и 5,7^7,8 % для унифицированных.
3. С увеличением снеговой нагрузки значение Смет. увеличивается (рис. 2), а значение Сизг. уменьшается (рис. 3).
4. Стоимость погрузочных работ Сп.р. невелика - менее 1 %. В дальнейших расчетах этой величиной можно пренебречь.
5. Применение унифицированных ферм приводит к увеличению стоимости металлопроката Смет. на величину 19,3^30,8 %.
6. Снижение стоимости изготовления Сизг. при этом составляет лишь 2,2^7,1 %.
7. Применение унифицированных ферм приводит к увеличению стоимости Сфер. на 16,8^28,4 %.
Все это приводит к выводу об экономической нецелесообразности применения унифицированных стропильных ферм [9, 10].
Литература
1. Стальные конструкции зданий и сооружений. (Справочник проектировщика) / Под общ. ред. заслуж. Строителя РФ, В.В.Кузнецова (ЦНИИпроектстальконструкция им. Н.П.Мельникова) - М.: изд-во АСВ, 1998 - 512 с.
2. Горев В.В., Уваров Б.Ю., Филиппов В.В. и др. Металлические конструкции. В 3 т. Т.1. Элементы стальных конструкций: Учебное пособие для строит. вузов - М.: Высш. шк., ред. 2004. - 527 с.
3. Hickman A.R. Carriers cut back coverage for construction defects / American Agent & Broker. 2003. V. 75. № 7. p. 24.
4. DeCoursey W.J. Statistics and Probability for Engineering Applications With Microsoft® Excel. - 2003 - 400 р. - Elsevier Science (USA).
5. Лихтарников Я.М. Вариантное проектирование и оптимизация стальных конструкций - М.: Стройиздат, 1979 - 313 с.
6. Лихтарников Я.М. Металлические конструкции. Методы технико-экономического анализа при проектировании - М.: Стройиздат, 1968 - 264 с.
7. Мандриков А.П. Примеры расчета металлических конструкций: Учебное пособие для техникумов.- 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1991. - 431 с.
8. Кудишин Ю.И., Беленя Е.И., Игнатьева В.С. Металлические конструкции: Учебник для студ. высш. учеб. Заведений; Под общ. ред. Ю.И. Кудишина.- 8-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 688 с.
9. Решетников А.А., Корнет В.Ю., Леонова Д.А. Сравнительный анализ методик расчета тонкостенных стальных балок С-образного профиля по отечественным и зарубежным нормам // Инженерный вестник Дона, 2018, №1 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2018/4788.
10. Величко В.Ю. Особенности расчёта криволинейных стропильных ферм и сравнение марок стали ВСТ3ПС4 И 16Г2АФ // Инженерный вестник Дона, 2018, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2018/4911
References
1. Stal'nye konstrukcii zdanij i sooruzhenij. (Spravochnik proektirovshhika) [Steel structures of buildings and structures. (Designer's Guide)]. Pod obshh. red. zasluzh. Stroitelja RF, V.V.Kuznecova (CNIIproektstal'konstrukcija im. N.P.Mel'nikova). Moskva, 1998, 512 p.
2. Gorev V.V., Uvarov B.Ju., Filippov V.V. i dr. Metallicheskie konstrukcii. [Metal structures]. V 3 t. T.1. Jelementy stal'nyh konstrukcij: Uchebnoe posobie dlja stroit. vuzov. Moskva, 2004, 527 p.
3. Hickman A.R. Carriers cut back coverage for construction defects American Agent & Broker. 2003. V. 75. № 7. p. 24.
4. DeCoursey W.J. Statistics and Probability for Engineering Applications With Microsoft® Excel. 2003, 400 p. Elsevier Science (USA).
5. Lihtarnikov Ja.M. Variantnoe proektirovanie i optimizacija stal'nyh konstrukcij. [Variant design and optimization of steel structures]. Moskva, 1979, 313 p.
6. Lihtarnikov Ja.M. Metallicheskie konstrukcii. Metody tehniko-jekonomicheskogo analiza pri proektirovanii. [Metal structures. Methods of technical and economic analysis in the design]. Moskva, 1968, 264 p.
7. Mandrikov A.P. Primery rascheta metallicheskih konstrukcij. [Examples of calculation of metal structures]. Uchebnoe posobie dlja tehnikumov. Moskva, 1991, 431 p.
8. Kudishin Ju.I., Belenja E.I., Ignat'eva V.S. i dr. Metallicheskie konstrukcii. [Metal structures]. Uchebnik dlja stud. vyssh. ucheb. Zavedenij [Pod obshh. red. Kudishina Ju.I.]. Moskva, 2006, 688 p.
9. Reshetnikov A.A., Kornet V.Ju., Leonova D.A. Inzhenernyj vestnik Dona. 2018, №1 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2018/4788.
10. Velichko V.Ju. Inzhenernyj vestnik Dona. 2018, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2018/4911.
