Ключевые слова: сталежелезобетонные структурные конструкции, модальный анализ, экономическое сравнение, SCAD Office 21.
Сталежелезобетонные структурные конструкции широко применяются в строительстве при проектировании покрытий с пролетом между опорами больше 18м. Очень большое количество теоретических и экспериментальных исследований, архитектурных разработок и проведение строительных работ показали эффективность и экономичность таких конструкций. В данной статье приведено экономическое сравнение сталежелезобетонной структурной плиты и металлической фермы для пролета 36 м. Анализ проводился с применением программного комплекса SCAD Office 21. Жесткость элементов конструкций определялась на основе статического расчета на статистические нагрузки от постоянных и временных сил, принятых по СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия». В результате произведённого расчета выполнен подбор сечений и экономическое сравнение.
Для определения экономической эффективности сталежелезобетонной структурной плиты произведено следующее:
1. Произведен расчет и выбор оптимальной геометрической схемы для фермы из гнутых профилей.
2. Произведен расчет и выбор оптимальной геометрической схемы с применением сталежелезобетонной структурной плиты.
3. Сбор нагрузок выполнен по СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия».
Таблица 1
Сбор нагрузок
|
Наименование |
Нормативная нагрузка, |
Коэффициент надежности по нагрузке,
|
Расчетная нагрузка, |
|
I. Пирог кровли |
|||
|
Гидроизоляционный ковер ср.= 0,015 м =0,6 т/м3 |
0,009 |
1,2 |
0,011 |
|
Стяжка по сетке ср.=0,04м =1800 кг/м3 |
0,072 |
1,3 |
0,094 |
|
Утеплитель «Rockwool» плотность 50 кг/м3 |
0,010 |
1,2 |
0,012 |
|
II. Снеговая (Москва, 3 снег район) |
0,128 |
1,4 |
0,180 |
|
III. Собственный вес (учтено расчётным комплексом) |
- |
- |
- |
|
IV. Нагрузка от плит покрытия (для варианта 1) |
0,800 |
1,2 |
0,96 |
Вариант 1.
Расчет системы предполагается вести в два этапа: приближенный расчет (подбор сечений) и уточненный расчет (проверка и корректировка полученных характеристик)
На первом этапе требуется рассмотреть большое количество вариантов и определить наиболее рациональный с помощью прочностного расчета. Второй этап при уточнении сечений предполагается вести методом повторного расчет.
Геометрические размеры приведены на схеме:
Рис. 1. Геометрическая схема фермы
Сечения элементов представлены в таблице:
Таблица 2
Сечения элементов фермы
|
Конструктивный элемент |
Группа унификации |
Исходное сечение |
Результат подбора |
|
Нижний пояс |
--- |
Стальные гнутые замкнутые сварные прямоугольные профили по ГОСТ 30245–2003 350x250x6 |
Стальные гнутые замкнутые сварные прямоугольные профили по ГОСТ 30245–2003 350x250x6 |
|
Верхний пояс |
--- |
Стальные гнутые замкнутые сварные прямоугольные профили по ГОСТ 30245–2003 200x100x4.5 |
Стальные гнутые замкнутые сварные прямоугольные профили по ГОСТ 30245–2003 200x100x4.5 |
|
Раскосы |
--- |
Стальные гнутые замкнутые сварные прямоугольные профили по ГОСТ 30245–2003 120x60x3.5 |
Стальные гнутые замкнутые сварные прямоугольные профили по ГОСТ 30245–2003 120x40x3.5 |
Рис. 2. Презентационная графика расчетной схемы фермы, смоделированной в программном комплексе SCAD Office 21
Рис. 3. Эпюра N
Рис. 4. Результаты подбора сечения металлопроката
Вариант 2.
Сталежелезобетонная структурная плита — это объединенная конструкция, образованная железобетонной плитой и стальной фермой. При отсутствии деформаций сдвига на контакте «сталь–бетон» продольные деформации по высоте сечения составной балки распределяются линейно и справедлива гипотеза плоских сечений. Такое допущение не может быть строго справедливым, так как при связях с любой степенью жесткости имеет место скольжение элементов, в результате чего диаграмма распределения деформаций прерывается на уровне контакта «сталь-бетон». Однако в используемых методах расчета сталежелезобетонных изгибаемых элементов этим пренебрегают.
При расчете структурной плиты в программном комплексе SCAD Office совместная работа монолитной железобетонной плиты с металлическими конструкциями замоделирована с помощью жестких узлов сопряжения железобетонных балок и металлических профилей.
Геометрические характеристики:
Рис. 5. Геометрическая схема пространственной фермы
Сечение наклонных элементов фермы — труба прямоугольная 100х4 по ГОСТ 30245–2003, длина элемента сечение нижнего пояса фермы — труба прямоугольная 180х8 по ГОСТ 30245–2003.
Перекрытие монолитное ребристое, толщина перекрытия hпер=80мм, сечение балок hбал=250х100мм, шаг в продольном и поперечном направлении 4000мм.
Для учета корректной работы монолитных балок заданы жесткие вставки.
Рис. 6. Геометрическая схема пространственной фермы
Рис. 7. Презентационная графика сталежелезобетонной структурной плиты, смоделированная в программном комплексе SCAD Office 21
Рис. 8. Результаты подбора сечения металлопроката
Рис. 9. Схема армирования ребристой плиты
Произведен расчет трудоемкости и материалоемкости, результаты сведены в таблицу.
Таблица 3
Экономическое сравнение
|
№варианта |
Наименование констр. элемента |
Кол-во элементов |
Расход бетона, м3 |
Расход стали, кг |
Трудоемкость, чел.-дн. |
Себестоимость, р. |
||||
|
на 1 элемент |
Всего на яч. |
на 1 элемент |
Всего на яч. |
на 1 элемент |
Всего на яч. |
на 1 элемент |
Всего на этаж |
|||
|
1 |
Перекрытие с фермой из гнутых профилей |
- |
- |
77,8 |
- |
28717,5 |
- |
29,89 |
- |
91378,80 |
|
2 |
Перекрытие с сжб фермой |
- |
- |
36,7 |
- |
12524,64 |
- |
35,57 |
- |
74993,04 |
Анализ полученных данных выявил, что общая материалоемкость сталежелезобетонной структурной плиты ниже, чем при ферме из гнутых профилей, что компенсирует увеличенные трудозатраты на строительно-монтажные работы.
Литература:
1. СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия / Минрегион России. — М., 2011.
2. Руководство по расчету зданий и сооружений на действие ветра / ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко. — М., 1978.
3. Справка SCAD Office 21.
