CC BY
4БАГРОВА Н.В., КУЩЕНКОВА М.А.
архитектура / Тезисы конференции, Ч.1. - Таллин , 1983. - С. 96-98.
4. Минервин Г.Б. Основные задачи и принципы художественного проектирования. Дизайн архитектурной среды: учеб. пособ. для вузов / Г.Б. Минервин. - М.: Архитектура-С, 2004. - 93 с.
5. Зайцев А.А. Контекстуализм как стилистическое течение в архитектуре конца XX - начала XXI вв / А. А. Зайцев. - Н.Новгород, 2013. - 220 с.
6. Дженкс Ч. Язык архитектуры постмодернизма / Ч. Дженкс. - М., 1985. - С. 159.
7. Кияненко К. Социальное видение в современной англо-американской архитектуре /К. Кияненко // Архитектурный вестник, 2004.
8. Jencks Ch., Chaitkin W. Architekture today / Ch. Jencks, W. Chaitkin. - N. Y., 1982.
9. Towards an Ecological Approach to Sign Processes // Sign Processes in Complex Systems. 7-th International Congress of the International Association for Semiotic Studies (IASS/AIS). -TU Dresden, 1999.
10. Рябушин А.В. Новые горизонты архитектурного творчества 1970-1980-е годы / А.В. Рябушин. -М.: Стройиздат, 1990. - 326 с.
11. Рябушин А.В. Архитекторы рубежа тысячелетий / А.В. Рябушин. - М.: Академия, 2005. - 287 с.
Багрова Н.В. - д.культурологии, доцент, E-mail: prorektor@ngaha.ru; Кущенкова М.А. - магистрант, E-mail: kushchenkova @gmail.com, Новосибирская государственная архитектурно-художественная академия.
УДК 69.07
ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ КОНСТРУКТИВНОЙ ФОРМЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ФЕРМ ИЗ ТИПОВЫХ СЕРИЙ
А.В. Барышников
В данной статье рассматривается применение программного комплекса PCMS на примере выбора рациональной конструктивной формы металлоконструкций ферм на примере склада.
Ключевые слова: металлические конструкции, программный комплекс, конструктивная форма.
В период 1970-1980 гг. значительно возросли индустриальный уровень объем изготовления металлических конструкций [1]. Возникла необходимость сокращения сроков строительства, что привело к созданию типовых решений и укрупненных строительных деталей, требующих минимальных затрат труда и времени на строительной площадке. Однако жесткая унификация имеет недостатки: низкое качество архитектурно-эстетических решений; увеличение расходов при изготовлении конструкций и при их эксплуатации. При реализации типовых решений их экономичности с учетом эксплуатационных затрат уделялось недостаточно внимания.
Решающими среди технико-экономических показателей являются минимальная масса и минимальная стоимость. Снижение массы возможно за счет изменения конструктивного решения, или увеличения прочности стали. Однако одно только снижение массы конструкции в большинстве случаев еще не является достаточным стимулом для применения более прочной стали. Другое непременное условие - получение экономического эффекта. Экономический эффект чаще всего
рассматривается проектировщиками только на момент строительства, а период эксплуатации упускается, что обусловлено сложностью и большой трудоемкостью расчетов. Опыт показывает, что эксплуатационные затраты оказывают решающие значение при выборе рациональной конструктивной формы.
Анализ затрат на строительство и содержание зданий и сооружений необходимо проводить с учетом ремонтных и восстановительных работ, а так же с учетом антикоррозионной защиты и, при необходимости, огнезащиты. Учет затрат на текущий ремонт и косвенные потери от простоя производственных процессов, также должны учитываться. Проведение этого анализа позволит на стадии проектирования получить полную стоимость, в том числе, и с учетом затрат на содержание здания. В качестве инструмента для определения рациональной конструктивной формы металлоконструкций с учетом эксплуатационных затрат, разрабатывается универсальный программный продукт, в котором учитываются все факторы, влияющие на стоимость металлоконструкций [2]. Реша-
ющими среди них являются: металлоемкость, форма сечений, материал, концентрация материала, тип и параметры защитного покрытия, и другие.
Основной принцип определения затрат на здание или сооружение заключается в суммировании затрат до эксплуатации и во время эксплуатации за определенный период времени. Эксплуатационные затраты состоят из затрат на текущий ремонт, на капитальный ремонт, на возобновление защитного покрытия и косвенные потери. Наибольшую роль оказывают затраты на возобновление защиты. Разнообразие вариантов и комбинаций защитного покрытия вынуждают делать выбор наиболее выгодного. Созданный нами программный комплекс [2] позволяет оценить расходы на металлоконструкции с учетом полных затрат
Произведем оценку эффективности разрабатываемого программного продукта на примере выбора типовых серий конструкций покрытия. Рассмотрим покрытие однопролет-ного здания пролетом 24 м. В плане здание имеет размеры 24м на 24м. Для сравнения типовых решений была взята ферма (вариант «А») из прямоугольных труб серии 1.460.323.98 (рисунок 1), ферма (вариант «Б») из парных уголков серии 1.460.2-10/88 (рисунок 2) и ферма (вариант «В») из круглых труб серии 1.460.3-17 (рисунок 3) при расчетной нагрузке 2,5 тс/м. Покрытие склада выполнено по прогонам.
Условия эксплуатации были взяты одинаковые для всех вариантов. Среда эксплуатации в закрытых помещениях со слабой степенью агрессивности и влажностью воздуха 65% (рисунок 4).
Произведем анализ не только эффективности самих типовых решений, но и подберем наиболее эффективный способ защиты от коррозии. При этом необходимо рассчитать все возможные варианты и сравнить их между собой, а для этого необходимо учесть все статьи затрат на создание и эксплуатацию этих конструкций. После выбора подходящих ферм, удовлетворяющих нам по типовым сериям, необходимо задать их конструктивные параметры в расчетную программу PCMS [2]. Для этого вводятся стержневые (рисунки 5, 6, 7), плоские элементы, а так же области примыкания элементов друг к другу. Все данные заносятся автоматизировано с чертежей, выполненных средствами AutoCAD. Расчетный срок эксплуатации здания примем 100 лет. Антикоррозионная защита предлагается трех видов: лакокрасоч-
ная (на основе полимеризационных смол с обработкой поверхности опескоструиванием), металлизация (холодное цинкование) и комбинированная (цинкование и лакокрасочное покрытие). Все элементы конструкций разбиваются по группам. Защитное покрытие элементов каждой из групп будет восстанавливаться с разным промежутком времени, который определяется как минимальное время долговечности покрытия из всех элементов группы. Такой вариант восстановления позволяет избежать преждевременных затрат на еще «рабочие» защитные поверхности, но он более трудоемок и в расчетах, и в организации абот, которые таким образом проводятся более часто.
i_¿4000_,
® ©
Рисунок 1 - Вариант «А» - ферма по типовой серии 1.460.3-23.98
__£4000__
® ©
Рисунок 2 - Вариант «Б» - ферма по типовой серии 1.460.2-10/88
£4000
(А) ©
Рисунок 3 - Вариант «В» - ферма по типовой серии 1.460.3-17
г) Антикоррозионная защита
Нмиздммщдодолшсштма Параметры зашиты | втеойаашягы ¡Лакмрмол^ыйпжрыпм -1
см«»*сл1»1г4шж л
[d02 юто.»и.№м-лчй
pitun'l ' }го 9jb
Cn*mhk4h;L-18a33t|l(ll5t 9.44
Ct«OTS™> * 2.l-ibm2.35f IMS »»
|г"*" j Ставка«! H> 3. L-1668.32 «14.63 iair
am О.ю
14Jff
Опдонь >1' 4. L.1932.46 ы<5.£4 14.07
Ст№»("о № fc L-ЙЛ.М н 16.ГГ 1SJ»
nrzri^; 3104-73
Jj
Xc«d|
Рисунок 4 - Параметры условий эксплуатации
Ввод исходных данных
< вод элементов
Стержни;^ Пла 1 а пР мыкание
11 Длина, мм Угол Тип Парам. Кол. Сталь Для всех *Г|
В 12335,33 5,69 п 180x140* 8 С345 (09Г2С) а] Л] _1
2 10922,95 0 □ 140x7 8 С345 [09Г2С)
3 1668,32 35.39 □ 120x6 8 С345 [09Г2С)
4 1932,46 40,37 □ 120x6 8 С345 [09Г2С1
5 2007.49 38.67 □ 100x6 б С255 [СтЗГпсСтЗГсп]
1 6 2224,28 45.01 □ 100x6 8 С255 [СтЗГпсСтЗГсп]
. 7 2246,01 44,5 □ 100x6 б С255 (СтЗГпсСтЗГсп)
8 2464,13 50.37 □ 100x6 8 С255 [СтЗГпсСтЗГсп]
Э 2468,62 50,28 □ 100x6 8 С255 [СтЗГпсСтЗГсп]
10 2749,05 53.92 □ 100x6 8 С255 [СтЗГпсСтЗГсп]
Единица измерения не чертеже [ммТ] Масштабный ко эффициент по горизонтали: 4.17
ить масштаб | Масштабный кс еФФициенг по вертикали: 4,28
I У ок | X Сапсе|
Рисунок 5 - Ввод конструктивных данных варианта «А» в программу РОМБ
Ввод исходных данных
Ьвод элементов
! У Стержни ;| ^ Пластины) Примыкание элементов |
I 2 Длина, мм Угол Тип Парам. Кол. Сталь Г" Для всех •Л _1
11795,27 0,86 Л И 60x10 8 С345 [08Г2С|
11795,27 0,86 Л И 25x9 8 С345 [08Г2С|
3 2070,07 47,93 л 1.90x6 8 С345 (09Г2С)
4 4201,18 48,69 л И 40x9 8 С345 [09Г2С)
1 5 4264,50 46.1 л 180x6 8 С345 [09Г2С|
6 4335,61 46.8 л И 25x9 8 С345 [09Г2С)
1 7 4272,37 45,99 л 1.90x6 8 С345 (09Г2С)
* 8 3086,00 80 л 1.80x6 8 С345 [09Г2С|
1 9 3086,00 80 л 1.80x6 8 С345 [09Г2С|
Единица измерения на чертеже [ммТ] Масштабный коэффициент по горизонтали: 100.00 Изменить масштаб | Масштабный коэффициент по вертикали: 97,97
| У ОК | X Сапсе!
Рисунок 6 - Ввод конструктивных данных варианта «Б» в программу РОМБ
Ввод исходных данных
/Вводэлементов У Стержни 1 Пластины | % Примыкание элементов |
_1
N Длина, мм Угол Т„„ Парам. Кол. Сталь | Для всех
1 12000,00 0 О 168x6 8 С380 [14Г2АФ]
' 2 12000,00 0 о 168x6 8 С380 [14Г2АФ]
3 4172,53 44.03 о 168x6 8 С390 (14Г2АФ]
4 4172,53 44,03 о 159x6 8 С390 (14Г2АФ]
1 5 4172,53 44,03 о 152x4.5 8 С390 (14Г2АФ)
6 4172,53 44,03 о 127x5.5 8 С390 (14Г2АФ)
' 7 2900,00 90 о 127x4 8 С390 (14Г2АФ]
. 8 2800,00 90 о 127x4 8 С390 (14Г2ЙФ]
, Единица измерений на чертеже |мм Масштабный коэффициент по горизонтали: 1000.00 Изменить масштаб | Масштабный коэффициент по вертикали: 1000,00
У ОК | X Сапсе| 1
Рисунок 7 - Ввод конструктивных данных варианта «В» в программу РОМБ
Если разбивку не использовать, то расходы на восстановление защитного покрытия будут значительно выше. Поэтому вариант с единовременным восстановлением всех элементов конструкций мы рассматривать не будем.
Кроме конструктивных параметров и параметров защиты, задаем в программу экономические параметры, в виде сметы на фермы здания.
Методика определения затрат и издержек, необходимых для расчета затрат, взята из работы В.И. Агаджанова [3].
Результаты расчета для варианта «А» (рисунок 8), показали, что наиболее выгодным будет применение металлизированного покрытия, и экономический эффект спустя 100 лет от его применения составит 790 тыс. руб. для всех ферм здания (таблица 1).
При этом на момент строительства наиболее выгодным оказывается лакокрасочное покрытие, которое дешевле других вариантов. А уже через 7 лет эксплуатации оно будет менее эффективно из-за меньшего срока службы, и более частого периодического восстановления.
Для варианта «Б» (рисунок 9, таблица 2) наиболее выгодным решением оказалось комбинированное защитное покрытие. Это обусловлено тем, что площади поверхностей варианта «Б» значительно больше других рассматриваемых вариантов, поэтому стоимость на восстановление и без того дорогостоящего металлизированного покрытия возрастает.
Однако комбинированное покрытие, в данном случае, за счет большей долговечности оказывается более выгодным через 100 лет эксплуатации здания.
Вариант «В» (рисунок 10) более эффективен с металлизированным покрытием, и экономический эффект через 100 лет составит 600 тыс. руб. (таблица 3).
Теперь сравним наиболее экономически выгодный вариант из всех рассмотренных. Самым эффективным вариантом будет здание с применением ферм из круглых труб типовой серии 1.460.3-17, и экономический эффект для всех ферм составит 2,27 млн. руб. (рисунок 11). Таким образом, использование предлагаемой методики позволяет быстро сравнить технико-экономические показатели различных конструктивных форм с учетом приведенных затрат.
.' ' I ! I. ! '-, ,'.. .'■ ' ,?.,.' 1111 !, !
- 1, Ворионт А (Лакокрасочное покрытие)
- 2, Вариант А (Металлизированное покрытие)
^^^ 3, Вариант А (Конвинированное покрытие)
Рисунок 8 - Результаты расчета варианта «А»
Таблица 1 - Результаты расчета приведенных затрат варианта «А» на срок 100 лет
№ Тип антикоррозионного покрытия Стоимость до начала эксплуатации, млн. руб. Сметная стоимость через 100 лет, млн. руб.
1 Лакокрасочное 1,30 5,18
2 Металлизированное 1,34 4,39
3 Комбинированное 1,37 4,77
- 1 Вариант 5 О1акокрасоцное покрытие)
- /'. Вариант Е- (Металлизированное покрытие)
- 3, Вариант В (Комбинированное покрытие)
Рисунок 9 - Результаты расчета варианта «Б» Таблица 2 - Результаты расчета приведенных затрат варианта «Б» на срок 100 лет
№ Тип антикоррозионного покрытия Стоимость до начала эксплуатации, млн. руб. Сметная стоимость через 100 лет, млн. руб.
1 Лакокрасочное 1,46 6,65
2 Металлизированное 1,48 6,36
3 Комбинированное 1,50 5,99
Рисунок 11 - Результаты сравнения всех вариантов
^^^ 1. Вариант В (Лакокрасочное покрытие)
- 3, Вариант Б (Металлизированное покрытие)
— 3. Борионт В (Комбинированное покрытие)
Рисунок 10 - Результаты расчета варианта «В» Таблица 3 - Результаты расчета приведенных затрат варианта «В» на срок 100 лет
№ Тип антикоррозионного покрытия Стоимость до начала эксплуатации, млн. руб. Сметная стоимость через 100 лет, млн. руб.
1 Лакокрасочное 1,19 4,32
2 Металлизированное 1,22 3,72
3 Комбинированное 1,24 3,76
si юл lit au ss.t xj ял да tu ш sse ш esj na ш bsí яг ял
1 Вариант А (Металлизированное покрытие) 8 Ворионт Б (Копбинировонное покрытие) 3 Вариант В (Металлизированное покрытие)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мельников Н.П. Металлические конструкции: Современное состояние и перспективы развития. - М.: Стройиздат, 1983. - 543 с.
2. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2011618978 «Приведенная стоимость металлоконструкций (Present cost of metal structures)».
3. Агаджанов В.И. Экономика повышения долговечности и коррозионной стойкости строительных конструкций. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1988. - 144 с.
Барышников А.В. - аспирант, Алтайский государственный технический университет, E-mail: hiv@mail.altstu.ru.
