В практике проектирования ферменных конструкций из гнутосварных труб распространено увеличение толщины стенок элементов (по сравнению с требуемой по расчету) для обеспечения приведенной толщины металла (ПТМ) 4 мм и более. Это, в свою очередь, позволяет считать, что предел огнестойкости конструкции составляет не менее R15. Конечной целью повышения огнестойкости является выполнение требований [1, табл. 21], что позволяет исключить выполнение огнезащиты ферменных конструкций зданий и сооружений степени огнестойкости II-V.

При этом согласно [2, п. 4.1.1], увеличение толщины проката для повышения предела огнестойкости конструкций требует соответствующего технико-экономического обоснования, которое в большинстве случаев, фактически, носит умозрительный характер.

В данной статье рассмотрены стропильные фермы пролетами 12, 24 и 30 м с элементами из гнутосварных труб по стандарту [3], выполнено ТЭО увеличения стенок труб для повышения предела огнестойкости конструкций ферм до R15.

Ключевые слова: оптимальное проектирование, технико-экономическое обоснование, огнестойкость, ферменные конструкции, стропильные фермы

Определение толщины стенки трубы, обеспечивающей ПТМ ≥ 4 мм

Рассмотрим зависимость ПТМ (при нагреве с четырех сторон) от толщины стенки для профилей сортамента [3] — рис. 1.

Рис. 1 Зависимость ПТМ сечения от толщины стенки гнутосварной трубы

Таким образом, вне зависимости от поперечных размеров сечения труб, ПТМ не менее 4 мм, обеспечивается при толщине стенки трубы 4,5 мм и более.

Сравнение расходов материалов при увеличении толщины стенок труб и при выполнении огнезащиты

Сравнение выполняем для ферм пролетами 12, 24 и 30 м, разработанных в [4, 5], используя те же обозначения типоразмеров: например, ФС-24–2,4 — стропильная ферма пролетом 24 м и допускаемой расчетной нагрузкой 2,4 т/м. Сортамент примененных труб включает в себя квадратные и прямоугольные сечения с толщинами стенок от 3 мм и выше.

Увеличение толщины стенок элементов.

Последовательно рассматриваем исходные типоразмеры ферм, в случае необходимости, производим утолщение стенок элементов и выполняем пересчет расхода стали на конструкцию.

Рассматриваем два варианта утолщения стенок:

1. До минимально требуемой величины 4,5 мм, обеспечивающей ПТМ ≥ 4 мм.
2. До 5 мм, как для наиболее распространенной на рынке металлопроката толщины гнутосварных профилей.

Полученная зависимость, в виде отношения расхода стали после увеличения толщины стенок элементов к исходному расходу, приведена на рис. 2.

Рис. 2. Увеличение расхода стали при увеличении толщины стенок элементов

Для большинства типоразмеров ферм, увеличение толщины стенок элементов приводит к увеличению расхода стали в пределах 2–9 % (увеличение толщин до 4,5 мм) и 3–12 % (увеличение толщин до 5 мм). В случае наименее нагруженных ферм (ФС-18–2,2 и ФС-24–2,0) расход стали увеличивается на 15–29 %. Увеличение толщины стенки элементов не увеличивает наружных размеров сечений, поэтому площадь поверхности, подлежащей антикоррозионной защите, не изменяется.

Обработка элементов с ПТМ < 4 мм огнезащитными составами.

Рассматриваем исходные типоразмеры ферм, и определяем площади покрытия, подлежащие огнезащите. Для удобства анализа, определяем отношение площади поверхности элементов, подлежащих огнезащите, к общей площади поверхности фермы — см. рис. 3.

Рис. 3 Отношение площади поверхности, подлежащих огнезащите элементов, к общей площади поверхности фермы

Как следует из рис. 3, доля площади поверхности элементов, подлежащих огнезащите, составляет 20–35 % от общей площади поверхности ферм. Наименее нагруженные фермы (ФС-18–2,2 и ФС-24–2,0) требуется покрыть огнезащитным составом целиком.

При этом, огнезащита выполняется на смонтированных конструкциях и требует выполнения ряда работ в соответствии с [6, п. 5], которые увеличивают продолжительность и стоимость строительства.

Таким образом, из сравнения и анализа расходов на увеличение толщины стенок элементов ферм и выполнения их огнезащиты, можно сделать следующие выводы:

1. Увеличение толщины стенок элементов ферм из гнутосварных труб для повышения предела огнестойкости R15, как с технической, так и с экономической точки зрения, является более эффективным, чем выполнение огнезащиты.
2. Так как конструктивные решения [4, 5] в настоящее время являются аналогами при разработке большинства стропильных конструкций из гнутосварных труб, приведенный анализ может быть распространен на все подобные ферменные конструкции.

Литература:

1. Федеральный закон от 22 июля 2008 г. N 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (с изменениями и дополнениями)

2. СП 16.13330.2017 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23–81* (с Поправкой, с Изменением N 1, 2)

3. ГОСТ 30245–2012 Профили стальные гнутые замкнутые сварные квадратные и прямоугольные для строительных конструкций. Технические условия (с Изменениями N 1)

4. Серия 1.460.3–14 Стальные конструкции покрытий производственных зданий пролетами 18, 24 и 30 м с применением замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения типа «Молодечно». ЦИТП Госстроя СССР, 1988

5. Серия 1.460.3–23.98 Стальные конструкции покрытий производственных зданий из замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения пролетом 18, 24 и 30 м с уклоном кровли 10 %. ЗАО ПИ «Ленпроектстальконструкция», 2000

6. СП 433.1325800.2019 Огнезащита стальных конструкций. Правила производства работ. М.: Стандартинформ, 2019