Балка переменного сечения, прокатная двутавровая балка или решетчатая ферма — что выгоднее в строительстве зданий из металлоконструкций?
Время чтения: 10 минут
Оглавление
Кто из нас не хотел бы сэкономить до 20-30% бюджета при строительстве здания из металлоконструкций без потери прочности? Особенно если это возможно не в ущерб качеству и долговечности, а за счет современного подхода к проектированию и новых технологий производства металлических каркасов.
Вопрос металлоемкости здания является одним из самых краеугольных при выборе проектировщика и поставщика металлоконструкций, особенно, если здание масштабное или планируется произвести несколько одинаковых каркасов. На средних каркасах площадью до 300-500 м2 большее значение имеет удаленность поставщика, недорогой металлопрокат. Но даже в случае малых каркасов профессиональный подход к проектированию позволит выбрать правильное базовое решение и сэкономит сотни и даже миллионы рублей в строительстве, а лишние нависающие конструкции не будут годами портить вам настроение. Что уж говорить про крупные логистические, животноводческие комплексы и торговые центры, где площадь строительства составляет десятки тысяч квадратов и более. К нам не раз поступали проекты, металлоемкость которых нужно и можно было сократить, и по нашим подсчетам, к примеру, на коровнике в 5000 м2 в 5 снеговом районе мы добились экономии 250 тонн металла, в денежном выражении это составило около 10 млн рублей (согласитесь, это приятно!). На другом проекте (логистический комплекс) получилось убрать лишние 25 кг на каждом квадратном метре и на площади 10 тыс м2 экономия составила более 20 млн рублей!!!
Рассмотрим подробнее за счет чего получаются такие цифры:
-
Выбор оптимальной расчетной схемы.
-
Анализ и корректировка снеговых и ветровых нагрузок (иногда зоны спорные).
-
Выбор правильной марки стали (не всегда, например, в балке повышение марки стали дает экономию, как в раскосах фермы, иногда это только бессмысленно съедает бюджет, ведь марка стали не влияет на прогиб).
-
Выбор типа конструкции узлов и способов соединений (завязано с п.1).
-
Подбор оптимальных сечений.
Любое выбранное проектировщиком решение не должно быть оторвано от завода-производителя, особенно, если поставщик уже выбран, и в то же время проектировщик не должен быть завязан на одном производителе, который узок в наличии оборудования и освоении современных способов производства каркасов.
Вопрос металлоемкости очень обширен и рассмотреть его в рамках одной статьи очень сложно, тут мы предлагаем остановится на выборе типа конструкции в зависимости от требований к зданию и его размеров в первую очередь. А именно — рассмотрим три наиболее часто применяемые на сегодняшний день типа конструкций в одноэтажных одно и многопролетных ангарах для 2-5 снегового района.
Мы считаем, что заказчику не обладающим очень глубокими знаниями в расчете строительных конструкций и их экспертизе очень важно понимать хотя бы принцип выбора того или иного типа каркаса. Не будем углубляться в сложные технические расчеты, к тому же мы их делали на протяжении 15 лет не один раз, а анализируем и систематизируем решения, которые нами были применены. Говоря о выгоде различных решений необходимо выбрать идеальные условия сравнения, т.е. все конструкции должен производить один поставщик, имеющий опыт и желание заниматься любым из выбранных трех видов конструкций, это позволит иметь сравнимую с учетом сложности стоимость тонны, которая, конечно, будет разниться. К примеру:
-
Конструкции из прокатного двутавра – коэффициент 1
-
Балка переменного сечения – 1,25
-
Решетчатые фермы типа "Молодечно" – 1,2
Также не стоит забывать о разнящейся стоимости сырья для изготовления конструкций. Часто прокатная балка стоит на 25-30% дороже листа, из которого изготавливается переменная или сварная балка, труба же, как правило, на 1,08-1,12 раза дороже, чем лист. Не будем забывать про волатильность рынка, к примеру, в начале 2023 года прокатная балка сильно приближалась по цене к стоимости листа металла из-за сложившейся затоваренности, и наоборот, цены на отдельные используемые проектировщиком редкие позиции могут полностью испортить наш расчет, поэтому будем брать только популярные позиции, имеющиеся у поставщиков.
Что касается выбора конструктивных элементов для здания, то основным и простейшим элементом является балка, потому что ее проще использовать в конструкциях, балка проста в изготовлении, а также является надежным элементом в работе. Рационально применять сплошностенчатые балки в конструкциях небольших пролетов – до 12 м. В некоторых случаях возможно применение балок длиной до 15 м, при устройстве разгружающих подкосов, если это удовлетворяет условиям эксплуатации и требованиям по эстетичности.
Быть в курсе наших новостей просто – подпишитесь на telegram-канал. Тут мы постоянно делимся процессом производства, советами и интересными событиями с завода.
Частным видом балки является применение элемента из двутавра переменной высоты. Так, использование таких двутавров в рамных одно-, двух-, и трехпролетных конструкциях позволяет сэкономить в весе за счет увеличения высоты сечения в зоне с максимальными усилиями, и уменьшения высоты сечения в зонах, где усилия минимальны.
Что касается веса и удобства применения видов элементов, сразу становится понятным, что прокатная балка имеет значительный вес, и уже на пролетах более 8 метров применения в качестве ригеля-балки она начинает сильно проигрывать прочим конструкциям. И если стоит цель ее применить, ситуацию помогут спасти только подкосы (обеспечивающие опору в необходимом месте, минимизирующие прогиб) и уже в расчете металлоемкости при снижении сечения балки придется не забыть и про них. В случае же с балкой переменного сечения есть возможность в местах наибольшей нагрузки увеличить ее сечение, при этом его минимизировать, например, к коньку, что позволит сильно сократить вес элемента в сравнении с прокатным двутавром. Но и ее возможности не безграничны. По нашим расчетам на пролетах более 18 метров решетчатые фермы выйдут в лидеры по металлоемкости. Профиль фермы идеально передаст нагрузку от прогонов через узлы фермы и распределит ее по верхнему и нижнему поясу. Да, в подобной конструкции потребуются распорки для сохранения устойчивости нижнего и верхнего пояса, но и в балке переменного сечения без подобного не обойтись, особенно когда на значительных пролетах более 18 метров оптимальная высота балки составит метр и более.
Одним только выбором из трех вышеперечисленных видов конструкций вопрос экономии стали не решить. Особое внимание следует уделить прогонным системам для покрытий и стен зданий, состоящим из С-образных и Z-образных тонкостенных профилей. Применение данных профилей позволяет снизить вес прогонов почти в 2 раза!
Из всего вышесказанного считаем оптимальным применять следующие виды конструкций:
-
Пролет до 8-10 метров – прокатная двутавровая балка;
-
Пролет 10 -15 метров – двутавровая балка с подкосами;
-
Пролет 15-40 метров – ферма либо балка переменного сечения.
При выборе вида конструкции исходя из металлоемкости нельзя забывать про другие негативные возможные факторы. Так, к примеру, двутавровая балка не даст лишней высоты в пролете за счет минимальной сравнительной высоты своего сечения по сравнению с переменной балкой, а ферма – это всегда минимум плюс 1,5 метра к полезной высоте стены и ограждающих стеновых конструкций. Внешняя составляющая – отсутствие лишних элементов у балки переменного сечения тоже дополнительный положительный фактор, но, например, наличие нижнего пояса фермы и возможности прикрепить к ней потолок в некоторых случаях тоже сильно сэкономит бюджет. В вопросе пожарной безопасности прокатный двутавр имеет наилучшее приведенное сечение, но и фермы и балка переменного сечения, как правило, соответствует R15, а при других требованиях уже не обойтись без специальной огнезащиты.
Еще раз остановимся на плюсах и минусах каждого вида конструкций.
Балка переменного сечения
Преимущества:
-
выгодна по металлоемкости на пролетах более 10 м;
-
удобна и вариативна в выбираемых решениях, позволяет комбинировать толщины ребер и полок, добавлять ребра жесткости под выбранную нагрузку;
-
удобна в монтаже.
Недостатки:
-
для производства требует специального дорогого оборудования и значительных усилий;
-
иногда уступает ферме по металлоемкости;
-
не все могут ее проектировать.
Прокатная двутавровая балка
Преимущества:
-
проста в изготовлении;
-
удобна в перевозке.
Недостатки:
-
проигрывает по расходу стали при пролетах более 10 м;
-
при монтаже не так удобна, т.к. часто требует наличия доп. элементов в виде раскосов.
Решетчатая ферма
Преимущества:
-
на пролетах 15-40 м при должном проектирование выгодна по металлоемкости;
-
возможность использования нижнего пояса для устройства потолка, крепления инженерных систем и коммуникаций;
-
свободная планировка внутри здания из-за отсутствия дополнительных колонн в пролете.
Недостатки:
-
не удобна в перевозке;
-
«съедает» значительную высоту здания;
-
при эксплуатации сложнее будет перекрасить ее.
Мы постарались привести самые популярные факты по строительству зданий из металлоконструкций на основе нашего опыта. Специальные расчеты и выкладки считаем не имеют тут места быть, т.к. все случаи применения различны из-за разных комбинаций нагрузок, уклонов кровли, технологических требований к зданию. Также никогда нельзя утверждать, что выбранная вами ферма и балка самая легкая и легче не будет, всегда появляются новые виды труб, ребер жесткости и комбинации марок стали, но надеемся, что представленная в статье информация поможет вам определиться в общем виде с типом конструкции, либо обратитесь к нашим специалистам и под ваш конкретный случай мы предложим самое выгодное и удобное решение.
ИНЖСТРОЙ-С — металлоконструкции для успешного бизнеса!
