В статье описаны преимущества быстровозводимых зданий пролетом 18 метров из легких металлических конструкций, а также представлены результаты расчета и сравнения значений массы производственного здания длиной 60 метров, с применением блока покрытия из С-образных профилей с оптимальными параметрами, с аналогичным вариантом для нескольких регионов.

Ключевые слова: быстровозводимые здания, легкие металлические конструкции.

Быстровозводимые здания из легких металлических конструкций являются актуальной альтернативой традиционным сооружениям из дерева, кирпича и бетона. К основным преимуществам быстровозводимых зданий можно отнести:

– универсальность — возможность адаптировать под сооружения различного назначения (лаборатории, спортивные сооружения, гаражи, склады, ангары, торговые павильоны);

– снижение стоимости строительства — такие здания требуют меньших инвестиций (за счет снижения материалоемкости и трудоемкости монтажа и транспортировки) в сравнении с аналогичными сооружениями из металлических конструкций;

– значительное сокращение сроков строительства за счет максимальной заводской готовности (возможно изготовление на одном заводе как блоков покрытия, так и колонн и других конструктивных элементов.). Например, С-образные профили изготавливаются в г. Первоуральск на ООО «Уральский трубный завод, следовательно, полный комплект несущих и ограждающих конструкций для быстровозводимых зданий может найти свое применение (возведение) в любой точке Свердловской области и в близлежащих районах.

Одним из вариантов быстровозводимого здания является здание из С-образных профилей, состоящее из колонн высотой до 8 метров и блоков покрытия пролетом 18 м. Блок покрытия включает в себя два несущих продольных ребра и поперечные ребра, опираемые на систему стержней. В качестве кровельного покрытия и стенового ограждения предусмотрены трехслойные панели типа «сэндвич» с несгораемым минераловатным утеплителем (производство ООО «Челябинский Завод профилированного стального настила»).

Был произведен расчет оптимальных параметров блока покрытия с применением метода многофакторного планирования эксперимента. Оптимальные параметры блока определены с применением метода крутого восхождения. Расчет блока покрытия произведен в программном комплексе «ЛИРА-САПР 2013». Исследуемые параметры блока покрытия приведены на рис. 1.

Рис.1. Исследуемые параметры блока покрытия.

В качестве параметров приняты высота (х₁) и ширина (х₂) блока покрытия. За значение выхода принято значение массы блока без учета массы плит покрытия.

Таблица 1

Результаты кметоду крутого восхождения

Рис.2. Графическая интерпретация метода крутого восхождения

В результате анализа полученных данных, можно сделать вывод, что наиболее оптимальными параметрами блока покрытия являются x₁ = 1,824 м, x₂ = 2,338 м. Для дальнейших расчетов округляем полученные значения, и принимаем x₁ = 1,85 м, x₂ = 2,0.

Был произведен расчет рамы производственного здания с применением блока покрытия, с ранее найденными оптимальными параметрами, для строительства в г. Екатеринбург (вариант 1 — III снеговой район), г. Нижний Тагил (вариант 2 — IV снеговой район) и г. Пермь (вариант 3 — V снеговой район).

Рис.3. Маркировка элементов блока покрытия

Расчет произведен в программном комплексе ЛИРА САПР 2013, результаты расчетов сведены в таблицы 2–4

Таблица 2

Результаты расчетов иподбора сечений для г.Екатеринбург

Таблица 3

Результаты расчетов иподбора сечений для г. Нижний Тагил

Таблица 4

Результаты расчетов иподбора сечений для г. Пермь

Результаты всех расчетов сведем в итоговую таблицу 5.

Таблица 5

Сводная таблица масс каркаса здания

Было произведено сравнение рассчитанного варианта (вариант 1) с аналогичным вариантом каркаса производственного здания с применением колонн из двутавров и ферм из уголков (вариант 2). Результаты сравнения сведены в таблицу 6.

Таблица 6

Сравнительная таблица удельного веса здания на 1 м²

Анализ результатов проделанной работы позволяет сделать следующие выводы. Решение вопроса оптимизации расчета параметров элементов легких металлических конструкций позволяет адаптировать блок покрытия из С-образных профилей для быстровозводимых зданий из легких металлических конструкций пролетом 18 метров для различных регионов. Также, в результате сравнения выявлено, что данные быстровозводимые здания имеют меньшую материалоемкость, чем аналогичные здания в других конструктивных исполнениях, а следовательно, они менее трудоемки в транспортировке и монтаже. Это дает возможность считать данные здания более приспособленными к современным требованиям экономичности и эксплуатации, без потери основных преимуществ при смене региона строительства. Таким образом, можно сделать вывод, что быстровозводимые здания являются оптимальным выбором для сельского хозяйства.

Литература:

1. Ашмарин И. П., Васильев Н. Н., Амбросов В. А. Быстрые методы статистической обработки и планирование экспериментов. — Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1974. — 76.