Преимущества быстровозводимых зданий из легких металлических конструкций для сельского хозяйства | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 3 августа, печатный экземпляр отправим 7 августа.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №22 (260) май 2019 г.

Дата публикации: 02.06.2019

Статья просмотрена: 17 раз

Библиографическое описание:

Минеева Д. В., Чебыкин А. А. Преимущества быстровозводимых зданий из легких металлических конструкций для сельского хозяйства // Молодой ученый. — 2019. — №22. — С. 123-128. — URL https://moluch.ru/archive/260/59966/ (дата обращения: 23.07.2019).



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.

Описание: C:\Users\Пользователь\Desktop\статья\схема.jpg

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

x1

x2

Выход (масса блока), кг

1

1,812

2,157

603,32

2

1,826

2,314

598,21

3

1,838

2,472

605,36

4

1,851

2,630

656,64

5

1,864

2,787

814,55

6

1,877

2,940

884,62

7

1,890

3,102

910,14

C:\Users\Дарья Владимеровна\Desktop\Любимая ДИССЕРТАЦИЯ\схемы ПЗ\график мкв (1).jpg

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).

C:\Users\Дарья Владимеровна\Desktop\Любимая ДИССЕРТАЦИЯ\схемы ПЗ\маркировка элементов.jpg

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

Тип элемента

N, кН

Атр, см2

Сечение

Длина элемента, м

Масса 1 м, кг

Кол-во элементов

Масса элементов, кг

Блок покрытия (30 шт)

Верхний пояс (1)

-113,65

8,41

С250×100×30×3

7,5

11,47

4

344,10

Верхний пояс (2)

-94,71

7,00

С250×100×30×3

3,0

11,47

2

68,82

Поперечные стержни (3)

-

-

С160×80×25×3

2,0

8,15

8

130,40

Затяжки (4)

116,03

4,83

Ø25 мм

9,3

3,85

4

142,85

Опорные стержни (5)

-30,07

1,25

Труба 83×3,5

2,78

6,86

4

76,28

Итого, масса блока покрытия, кг:

762,45

Колонна

(шаг 6 м)

-128,27

6,54

2 шт С160×80×25×3

8,0

16,30

24

3129,60

Колонна

(шаг 12 м)

-256,54

13,09

2 шт С250×100×30×3

8,0

22,94

12

2202,24

Подстропильная балка (шаг 6 м)

-

-

Двутавр 35Б1

6,0

38,90

20

4668,00

Подстропильная балка (шаг 12 м)

-

-

Двутавр 45Б1

12,0

59,80

10

7176,00

Общая масса здания длиной 60 м (шаг колонн 6 м), кг

30671,10

Общая масса здания длиной 60 м (шаг колонн 12 м), кг

32251,74

Таблица 3

Результаты расчетов иподбора сечений для г. Нижний Тагил

Тип элемента

N, кН

Атр, см2

Сечение

Длина элемента, м

Масса 1 м, кг

Кол-во элементов

Масса элементов, кг

Блок покрытия (30 шт)

Верхний пояс (1)

-144,68

10,71

С250×100×30×3

7,5

11,47

4

344,10

Верхний пояс (2)

-120,57

8,92

С250×100×30×3

3,0

11,47

2

68,82

Поперечные стержни (3)

-

-

С160×80×25×3

2,0

8,15

8

130,40

Затяжки (4)

147,71

6,15

Ø28 мм

9,3

4,83

4

179,68

Опорные стержни (5)

-38,23

1,59

Труба 83×3,5

2,78

6,86

4

76,28

Итого, масса блока покрытия, кг:

799,28

Колонна

(шаг 6 м)

-160,61

8,19

2 шт С160×80×25×3

8,0

16,30

24

3129,60

Колонна

(шаг 12 м)

-327,24

16,70

2 шт С250×100×30×4

8,0

30,26

12

2904,96

Подстропильная балка (шаг 6 м)

-

-

Двутавр 35Б1

6,0

38,9

20

4668,00

Подстропильная балка (шаг 12 м)

-

-

Двутавр 55Б1

12,0

89,0

10

10680,00

Общая масса здания длиной 60 м (шаг колонн 6 м), кг

31776,00

Общая масса здания длиной 60 м (шаг колонн 12 м), кг

37563,36

Таблица 4

Результаты расчетов иподбора сечений для г. Пермь

Тип элемента

N, кН

Атр, см2

Сечение

Длина элемента, м

Масса 1 м, кг

Кол-во элементов

Масса элементов, кг

Блок покрытия (30 шт)

Верхний пояс (1)

-175,71

13,00

С250×100×30×3

7,5

11,47

4

344,10

Верхний пояс (2)

-146,43

10,83

С250×100×30×3

3,0

11,47

2

68,82

Поперечные стержни (3)

-

-

С160×80×25×3

2,0

8,15

8

130,40

Затяжки (4)

179,39

7,47

Ø32 мм

9,3

6,31

4

234,73

Опорные стержни (5)

-46,50

1,94

Труба 83×3,5

2,78

6,86

4

76,28

Итого, масса блока покрытия, кг:

854,34

Колонна

(шаг 6 м)

-192,83

9,84

2 шт С160×80×25×3

8,0

16,30

24

3129,60

Колонна

(шаг 12 м)

-391,68

19,98

2 шт С250×100×30×4

8,0

30,26

12

2904,96

Подстропильная балка (шаг 6 м)

-

-

Двутавр 35Б1

6,0

38,9

20

4668,00

Подстропильная балка (шаг 12 м)

-

-

Двутавр 55Б1

12,0

89,0

10

10680,00

Общая масса здания длиной 60 м (шаг колонн 6 м), кг

33427,80

Общая масса здания длиной 60 м (шаг колонн 12 м), кг

39215,16

Результаты всех расчетов сведем в итоговую таблицу 5.

Таблица 5

Сводная таблица масс каркаса здания

Шаг колонн

г.Екатеринбург

г.Н.Тагил

г.Пермь

6 м

30671,10 кг

31776,00 кг

33427,80 кг

12 м

32251,74 кг

37563,36 кг

39215,16 кг

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

Шаг колонн

г.Екатеринбург

г.Н.Тагил

г.Пермь

6 м (вариант 1)

28,40 кг/м2

29,42 кг/м2

30,95 кг/м2

6 м (вариант 2)

46,52 кг/м2

48,35 кг/м2

51,33 кг/м2

12 м (вариант 1)

29,86 кг/м2

34,78 кг/м2

36,31 кг/м2

12 м (вариант 2)

54,22 кг/м2

56,75 кг/м2

58,61 кг/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.


Задать вопрос