ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ КОНСТРУКТИВНОЙ ФОРМЫ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА (PCMS) Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 69.07

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ КОНСТРУКТИВНОЙ ФОРМЫ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММНОГО

КОМПЛЕКСА (PCMS)

А.В. Барышников, И.В. Харламов

В данной статье рассматривается применение программного комплекса PCMS на примере выбора рациональной конструктивной формы металлоконструкций каркаса склада в г. Барнауле.

Ключевые слова: металлические конструкции, программный комплекс, конструктивная форма.

При проектировании зданий и сооружений очень важен правильный выбор конструктивных решений строительных конструкций. Основными критериями, определяющими конструктивную форму, являются: «соответствие конструктивной формы технологическим требованиям производственного процесса, минимальные масса и трудоемкость изготовления, минимальная трудоемкость и удобство монтажа металлических конструкций, скорость возведения сооружения, минимальная стоимость конструкций» [2]. При этом чаще всего учитывается только стоимость изготовления конструкций, а затраты на содержания упускаются, что может привести к большим затратам, и оказаться решающим фактором 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. При этом капитальный ремонт проводится периодически, не зависимо от ремонтных работ по восстановлению защитного покрытия. В некоторых случаях восстановление защитного покрытия входит в капитальный ремонт, если они проводятся в одно время. Учет затрат на текущий ремонт и косвенные потери от простоя производственных процессов, также должны учитываться. Проведение этого анализа позволит на стадии проектирования избежать нежелательных результатов, которые могут привести к увеличению затрат на содержание здания.

В качестве инструмента для определения рациональной конструктивной формы металлоконструкций с учетом эксплуатационных затрат, разрабатывается универсальный программный продукт, в котором учиты-

ваются все факторы, влияющие на стоимость металлоконструкций. Решающими 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.

На данный момент создана первая версия программного продукта и на него получен сертификат [3]. В программном продукте реализована возможность расчета и анализа таких защитных покрытий, как лакокрасочные, металлизированные и комбинированные. В дальнейшем планируется расширить функциональность, предусмотрев возможность проектирования без защитного покрытия за счет увеличения сечения элементов, а так же сочетания вариантов с первоначальной антикоррозионной защитой и последующей эксплуатацией без защитного покрытия.

С помощью программного продукта произведем оценку эффективности разрабатываемого программного продукта на примере выбора рационального решения стального каркаса склада в г. Барнауле. В качестве аналога взят склад с каркасом из составных колонн и ферм (вариант А). Размеры склада в плане 24 м на 42 м. Шаг колонн - 6 м., пролет - 24 м. Высота колонн - 6 м. Фермы опираются на колонны в уровне верхнего пояса (рисунок 1).

А ) ( Б ) ( В ) ( Г ) (чД,

Рисунок 1 - Вариант «А» конструктивного решения склада

Рисунок 2 - Вариант «Б» конструктивного решения склада

Стержни фермы из парных уголков. Покрытие выполнено по прогонам.

В качестве альтернативы этому, разработан проект в соответствии с технологией фирмы Lindab. Рамы каркаса Lindab состоят из сварных двутавровых профилей переменного сечения (рисунок 2).

Кроме этого, каркас дополняет система элементов, непосредственно несущих панели кровельной и стеновой систем, передающая климатические и дополнительные нагрузки на основной несущий каркас: кровельные прогоны, стеновые прогоны, элементы обрамления проемов.

В качестве ограждающих и кровельных конструкций приняты стеновые и кровельные систем с прогонами [4].

Подберем для этого склада не только рациональное конструктивное решение, но и наиболее подходящий способ антикоррозионной защиты. 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.

Первым и самым важным этапом является конструирование и расчет возможных вариантов. Заводим в программу все элементы конструкций и их параметры. Для этого вводятся стержневые, плоские элементы, а так же области примыкания элементов друг к другу (рисунки 3, 4).

Все данные заносятся автоматизировано с чертежей, выполненных средствами AutoCAD.

Расчетный срок эксплуатации здания примем 100 лет. Антикоррозионная защита предлагается трех видов: лакокрасочная, металлизация и комбинированная.

Кроме конструктивных параметров задаем в программу параметры защиты и экономические параметры, в виде сметы на каркас здания.

Методика определения затрат и издержек, необходимых для расчета затрат, взята из работы В.И. Агаджанова [1].

Ввод исходных данных ' | S3 |

.Ьц .Ввод элементов

= Стержни || {/ Пластины Щ Примыкание элеме^ов

•а SJ J

N Длина, мм Угол Тип П арам. Кол. Сталь Г Для все* □

6005.00 0 С 22У 22 С245 (СтЗпе5)

2 6215.00 0 с 20У 18 С245 (СтЗпе5)

1 5560.00 0 □ 00*4 6 С245 (СтЗпе5)

1 41.22 90 с 20У 2 С245 (СтЗпе5)

1 6090.00 90 □ 140*6 4 С245 (СтЗпе5)

2 6068.00 90 с 20У 28 С245 (СтЗпе5)

3 6068.00 0 с 20У 6 С245 (СтЗпс5)

1 6090.00 90 □ 140*6 1 С245 (СтЗпс5)

2 120,00 0 L L100*8 1 С245 (СтЗпс5)

1 5400.00 6 JL L100*8 16 С245 (СтЗпс5)

Единица измерения на чертеже |мм - Масштабный коэффициент по горизонтали: 1,00 Изменить масштаб | Масштабный коэффициент по вертикали: 1.00

\ У 01!. | X Сапс:!|

Рисунок 3 - Ввод конструктивных данных варианта «А» в программу РОМБ

Ввод исходных данных а ^^Н^К в

/Ък^ГГГ Ввод элемент О в v! _sl JS]

У Стержни : Пластинь 1 ^"J Примыкание элеме^ов |

N Площадь1 стор.мм" Втор П лощадь2стор,мм" Уго Тслш Кол Стальр Для все* □

1 377460Q.00 к 3774600.00 90 3,00 1Е С345 |09Г2С)

2 6049949,00 17 6048348,00 80 3,00 16 С345 (0ЭГ2С)

9 3688230,80 17 3688238,80 88 3,00 8 С345 ЮЗГ2С)

4 228000,00 к 228000,00 0 1Е.00 1Е С345 |09Г2С)

5 434700,00 к 494799,00 0 16,00 32 С345 (0ЭГ2С)

6 391000,00 17 391000,00 90 16,00 92 С345 Ю9Г2С)

7 1221 □□□.□□ 17 1221000.00 90 1Е.00 32 С345 |09Г2С)

9 2228000,00 к 2228000,00 98 16,00 32 С 345 (0ЭГ2С)

9 275520Q.00 17 2755200.00 4 1Е.00 1Е С345 Ю9Г2С]

10 2454600,00 17 2454600,00 5 16,00 16 С345 (0ЭГ2С)

Единица измерения на чертеже мм j*] Масштабный коэФФициет по горизоталн: 1,00 Изменить маси^аб Масштабный коэффициент по вертикали: 1,00

| У DK | X Сагюе1

Рисунок 4 - Ввод конструктивных данных варианта «Б» в программу РОМБ

Результаты расчета для варианта «А», показали (таблица 1), что лакокрасочное защитное покрытие будет требовать восстановления примерно каждые 4-5 лет, в зависимости от разбивки элементов по группам восстановления. Первоначальные затраты на строительство каркаса составят 3,06 млн. руб. А сметная стоимость через 100 лет эксплуатации будут составлять 11,27 млн. руб. с учетом первоначальных затрат (рисунок 5). На графике видны характерные скачки затрат примерно каждые 20 лет, обусловленные периодическим проведением капитальных ремонтов конструкций. Меньшие ступени отра-

жают затраты на текущий ремонт и возобновление защитного покрытия.

В случае с металлизированным защитным покрытием первоначальная стоимость составит 3,13 млн. руб., а вот сметная стоимость через 100 лет - 10,3 млн. руб. В качестве защитного покрытия рассмотрено холодное цинкование. При этом все элементы конструкций будут разбиваться 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. Периоды восстановления для этого варианта с учетом разбивки составят 8,18 и 31 года. Такой вариант позволяет избежать преждевременных затрат на еще «рабочие» защитные поверхности, но он более трудоемок и в расчетах, и в организации работ, которые таким образом проводятся более часто. Если разбивку не использовать, то расходы на конструкцию через 100 лет составят 10,6 млн.руб., что на 600 тыс. руб. больше, чем с разбивкой по группам.

При комбинированном защитном покрытии и первоначальная стоимость составит 3,17 млн. руб., а вот сметная стоимость через 100 лет - 10,14 млн. руб.

Все полученные результаты представлены в таблице 1 и на рисунке 5. Оценивая эти результаты видно, что на период в 100 лет эксплуатации наиболее экономически-выгодным решением будет вариант с комбинированным защитным покрытием.

Проведем аналогичный расчет и для варианта «Б». Результаты расчета представлены в таблице 2 и на рисунке 6.

Оценивая результаты расчета варианта «Б», получаем, что за 100 лет эксплуатации наиболее экономически выгодным решением будет вариант с металлизированным защитным покрытием, однако по приведенным затратам наиболее выгодным решением получится вариант с металлизированным защитным покрытием.

Результаты различаются из-за того, что мы разбивали все элементы конструкций на группы восстановления защитного покрытия, а так же за счет разности площадей поверхностей варианта «А» и «Б». Если эту разбивку не выполнять, то для варианта «Б» с металлизированным защитным покрытием стоимость через 100 лет будет составлять 8,46 млн. руб., что дороже комбинированного, как и для варианта «А».

1, Си лад А (Лакокрасочное покрытие) £ Склад А (Металлизированное покрытие) 3. Склад А (КомБинированное покрытие)

Рисунок 5 - 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 3.06 11.27

2 Металлизированное 3.13 10.30

3 Комбинированное 3.17 10.14

Ир,затраты№, 8 710 530,05* »

7 839 477,05- »

6 963 424,04* »

6 097 37104- -

5 226 318,03* »

4 355 £65,0Э+

' ш» -1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1

ае ш ¿й? гар гар же 45м ш 55.0 ЙЧ> 65.Р Ш' 75л ем В5.а ш ш

- I Склад Б (Лакокрасочное покрытие'1

- С. Склад Б (Металлизированное покрытие

- 3, Склад Б (Комбинированное покрытие)

Рисунок 6 - 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.

4 Лакокрасочное 2.18 8.71

5 Металлизированное 2.24 7.64

6 Комбинированное 2.30 8.02

1, Склад А (КомБиниРованное покрытие) с, Склад Б (Металлизированное покрытие>

Рисунок 7 - Результаты сравнения вариантов «А» и «Б

Теперь сравним два самых экономически выгодных варианта из «А» и «Б» и получим, что наиболее рациональным будет конструктивное решение конструкций по технологии lindab, и экономический эффект через 100 лет составит 5,47 млн. руб. (рисунок 7). Учитывая, трудоемкость ручной работы, многие проектировщики пренебрегают необходимостью поиска рациональной конструктивной формы металлоконструкций с учетом эксплуатационных затрат. А это в свою очередь влечет за собой увеличение затрат как заказчиков, так и городских бюджетов. Разработанная методика позволяет избежать этих нежелательных результатов, а разрабатываемый программный продукт - быстро дает рекомендации проектировщику при выборе рациональной конструктивной формы конструкции.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агаджанов В.И. Экономика повышения долговечности и коррозионной стойкости строительных конструкций. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1988. - 144 с.

2. Мельников Н.П. Металлические конструкции: Современное состояние и перспективы развития. - М.: Стройиздат, 1983. - 543 с., ил.

3. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2011618978 «Приведенная стоимость металлоконструкций (Present cost of metal structures)».

4. Сайт компании «Lindab». URL: http://www.lindab.com/ru.

Барышников А.В. - аспирант, Харламов И. В. - к.т.н., профессор, E-mail: hiv@mail.altstu.ru, Алтайский государственный технический университет.