Open/Close Menu Разработка чертежей КМД

Одной из основных задач, разрешаемых конструктором при проектировании сооружений, является правильный выбор материала и схемы конструкции, который можно произвести только на основе технико-экономического анализа с учетом местных особенностей.

Основными технико-экономическими показателями, которые должны быть положены в основу выбора конструкций, являются:

  1. удобство эксплоатации;
  2. габарит конструкции и увязка с планово-архитектурным решением;
  3. сроки возведения;
  4. трудоемкость;
  5. расход материалов;
  6. вес здания;
  7. размеры строительной площадки;
  8. стоимость здания.

Перечисленные основные показатели не являются постоянными и зависят от целого ряда факторов. Таковыми факторами являются: общая конфигурация здания, плановое решение, высота здания, пролеты перекрытий, высота этажей, величина нагрузок, наличие строительных материалов и цены на них, наличие и квалификация рабочей силы, объем производимых работ и приспособленность к индустриальным и скоростным методам изготовления.

Перечисленные выше основные показатели не являются исчерпывающими для окончательного суждения о целесообразности той или иной конструкции. Окончательный выбор может быть сделан только с учетом местных условий и состояния промышленности. Однако эти показатели необходимы для полного представления о целесообразности того или дру того вида конструкции.

Перейдем к анализу технико-экономических показателей стального каркаса и сопоставлению их с соответствующими показателями зданий из других материалов.

Удобство эксплуатации

Условия нормальной эксплуатации сооружения предъявляют к стальному каркасу следующие требования:

Огнестойкость

В отношении огнестойкости стальной каркас при надлежащей его защите от огня мало уступает кирпичным и железобетонным зданиям и вполне может быть отнесен к огнестойким сооружениям.

Прочность и жесткость

Сталь, как известно, является строительным материалом наибольшей прочности, а поэтому стальной каркас обладает наибольшей прочностью я жесткостью, вполне отвечающими требованиям хорошей и безаварийной работы сооружений.

Долговечность и надежность

Надлежащая защита металла от коррозии (которую легко осуществляют предохраняющие каркас от огня оболочки), а также применение специальных сталей делают каркас долговечным.

Надежность стального каркаса обеспечивается высокой стандартностью свойств стали, точностью изготовления, а также неоднократным контролем. Так, контролю подвергаются и металл, идущий в производство, и конструкции как в процессе изготовления на заводе, так и во время монтажа.

Простота ухода и ремонта

Уход за металлом состоит в периодическом возобновлении защитных от коррозии покрытий металла; если этими покрытиями являются массивные слои бетона или другого материала стен, никакого специального ухода за металлом не требуется. Это ставит его в равные условия с кирпичными и железобетонными зданиями.

Высокая прочность стали почти исключает возможность местных повреждений. В отдельных случаях, если таковые все же будут иметь место, поврежденные элементы могут быть легко исправлены или, заменены, в т<» время как подобная замена в железобетонных конструкциях почти невозможна и во всяком случае весьма трудоемка.

Из рассмотренного можно сделать заключение, что с точки зрения эксплуатации стальной каркас в целом стоит на одном уровне с кирпичными и железобетонными зданиями, а по некоторым свойствам — даже выше.

Габарит конструкции и увязка с планово-архитектурным решением

Стальной каркас, будучи составлен из отдельных элементов — балок и колонн,—дает возможность использовать его в весьма разнообразных сооружениях, и по существу нет таких форм, в которых нельзя было бы его применить. Подтверждением сказанного может служить весьма широкое применение стального каркаса для таких специфических сооружений, как скульптура Ленина на Дворце Советов, статуи советских павильонов на выставке 1937 г. в Париже и на Всемирной выставке 1939 г. в Нью-Йорке.

По приспособляемости конструкции к планово-архитектурному решению здания стальной каркас стоит на одном уровне с железобетонным и даже несколько выше кирпичных бескаркасных зданий.

Сравнение габаритов стального и железобетонного каркасов показывает, что габариты стального каркаса меньше, нежели железобетонного.

Исследования Шпигеля [6], проведенные для 6-этажного здания, показали, что железобетонные колонны в нижнем этаже отнимают 1,045% полезной площади, в то время как металлические—только 0,32%, т е. при стальных колоннах полезная площадь увеличилась на 0,725%. По исследованиям Гавранека [«], проведенным для здания в 9 этажей, увеличение полезной площади при применении стальных колонн составляет 1,5%. Для 12-этажного здания этот показатель возрастает до 2,26% и имеет дальнейшую тенденцию к росту с увеличением высоты здания.

Применение для железобетонных каркасов спиральной п жесткой арматуры вместо гибкой несколько уменьшает их габариты. Так, железобетонный каркас с жесткой арматурой, примененный для здания в 22 этажа, дал уменьшение полезной площади здания по сравнению со стальным каркасом на 0,83%, вместо 2—3% при железобетонном каркасе с гибкой арматурой. Применение стального каркаса эффективнее,- нежели железобетонного, также и но конструктивной высоте. По исследованиям Шпигеля [с]. каждое перекрытие при металлическом каркасе дает экономию в конструктивной высоте в размере 20 см, или около 6% от полной высоты здания. Этот фактор весьма существенен, так как приводит к экономии на высоте стен, перегородок, трубопроводов, лифтовых путей и т. п.. что ведет к заметному снижению полной стоимости здания.

Уменьшение габаритов конструкции при применении металлического каркаса весьма существенно сказывается не только на выигрыше полезной площади, но и на полной стоимости здания. Вышесказанное можно подтвердить следующим примером. Положим, что железобетонный каркас дешевле металлического на 15%. Пусть стоимость каркаса составляет 15% от полной стоимости здания; стоимость стен, перегородок, трубопроводов и других частей здания, зависящих от высоты здания — 25%. Выигрыш при применении металлического каркаса составляет в полезной площади 15% и в высоте 6%, благодаря чему полная стоимость здания, отнесенная ч 1 л1— полезной площади, будет при стальном каркасе на 0,5% меньше, чем при железобетонном.

Этот пример с достаточной убедительностью показывает, что в целом ряде случаев стальной каркас за счет уменьшения габаритов может характеризоваться либо одинаковыми, либо более выгодными экономическими показателями, отнесенными к 1 мг полезной площади, несмотря на большую стоимость самого стального каркаса по сравнению с железобетонным

Сроки возведения

Развитие производительных сил советской страны и ряд указаний партии и правительства ставят перед строителями условия быстрейшего возведения и ввода сооружений в эксплуатацию. В свете этих условий сроки возведения сооружений приобретают особо важное значение.

СРАВНЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЗДАНИЙ СО СТАЛЬНЫМ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМ КАРКАСОМ И БЕСКАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ

Стальной каркас, как правило, изготовляется на заводах, а монтаж его производится специализированными организациями.    Поэтому

стальной каркас наиболее полно отвечает требованиям индустриализации и скоростным методам монтажа. Здания из других материалов изготовляются и монтируются на месте постройки, а следовательно их возведение в меньшей степени поддается механизации. Этим объясняется возможность возведения стального каркаса в более короткие сроки. Широкие возможности стандартизации и типизации отдельных элементов стального каркаса приводят к серийности и упрощению изготовления, а следовательно к еще большему сокращению сроков возведения сооружений. Зимние и летние условия возведения стального каркаса почти одинаковы, в то время как для железобетонных и кирпичных зданий в зимнее время требуется специальным уход и специальные устройства (например тепляки и др.), что значительно усложняет и затягивает производство работ. Возможность немедленной после возведения сдачи в эксплуатацию также значительно сокращает сроки возведения стального каркаса.

Из разобранного видно, что здания со стальным каркасом можно возводить в рекордно короткие сроки, и с этой точки зрения стальные каркасы стоят вне конкуренции.

Трудоемкость

В связи с тем, что элементы стального каркаса изготовляются на заводах, все операции по их изготовлению максимально механизированы. Сборка стального каркаса заключается в установке и соединении между собой заранее изготовленных деталей. Подъем и установка элементов производятся механизированным способом при помощи специальных кранов (фиг. 519). Соединение элементов на монтаже с помощью заклепок и сварки сводится до минимума, благодаря чему и связанные с этим операции трудоемки. Широкая возможность стандартизации и типизации конструкций приводит к упрощению элементов конструкций и к серийности, а следовательно также и к уменьшению трудоемкости. Таким образом все операции изготовления и монтажа стального каркаса значительно менее трудоемки, нежели для любого другого материала.

В зданиях с железобетонным каркасом работы производятся главным образом на строительной площадке’. Работы, производимые на площадке по вязке арматуры, установке опалубки, перемещению сыпучих и бетонных масс, уходу за бетоном и др., весьма кропотливы и трудоемки. Хотя работы по возведению железобетонных каркасов в настоящее время и широко механизированы, тем не менее они более трудоемки по сравнению с возведением стального каркаса.

Расход материалов

Выбор материала для зданий производится в зависимости от местных условий, причем в первую очередь конечно отдается предпочтение материалам, получаемым на месте. Дать какие-либо указания о выборе материала без учета местных особенностей невозможно. Эта задача и не входит в рассмотрение настоящего курса, поэтому ниже дается только сравнение расхода металла для железобетонного и стального каркасов.

СРАВНЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЗДАНИЙ СО СТАЛЬНЫМ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМ КАРКАСОМ И БЕСКАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ

Согласно исследованиям Академии коммунального хозяйства при СНК РСФСР расход металла на железобетонный каркас примерно на 50% меньше, чем на стальной (фиг. 520). Значительно больший расход металла на стальной каркас по сравнению с железобетонным вполне понятен и объясняется тем, что в стальном каркасе все нагрузки воспринимаются одним металлом, в то время как в железобетонном каркасе металл работает совместно с бетоном.

Количество металла, потребное для стального каркаса зданий, зависит от формы и высоты здания, его размеров, нагрузки, шага колонн и целого ряда других факторов. Поэтому дать точные указания о расходе металла на каркас очень трудно. Ниже приводятся данные по расходу металла для обычного вида зданий по данным СССР и США.

Из приведенных данных видно, что расход металла по нашим и иностранным проектировкам примерно одинаков.

Вес здания

Вес здания до некоторой степени является обобщающим показателем расхода матералов и трудоемкости, а также загрузки транспорта. В общем можно сказать, что чем меньше .вес здания, тем меньше затрачено материалов, тем меньше трудоемкость его возведения и тем оно целесообразнее со строительной точки зрения. Правда, для высоких и узких зданий иногда необходимо повышать пес для обеспечения их устойчивости, но эти случаи чрезвычайно редки и могут рассматриваться как особые.

При равных условиях современные здания со .стальным каркасом имеют значительно меньший вес (до 50%), чем здания из других материалов, а следовательно

требуют меньшей затраты строительных материалов, меньше загружают транспорт, менее трудоемки и быстрее могут быть возведены.

Для шестиэтажного здания, исследованного Шпигелем, установлено, что нагрузка передаваемая с одной колонны на фундамент, составляет при железобетонном каркасе 342 т, а при стальном каркасе — 302 т; это дает увеличение веса при железобетонном каркасе на 13%: По данным Гавранека для девятиэтажного здания разница достигает 16,8%. Сравнение веса здания, отнесенного к 1 л8 объема, показывает, что в современных зданиях со стальным каркасом вес здания составляет около 300 кг/м3, в то время как для кирпичных зданий он доходит до 500—700 кг/ма.

Размеры участка, занимаемого строительной площадкой

В условиях строительства больших городов и особенно в их центрах весьма часто под строительные площадки отводятся небольшие площади, благодаря чему размещение подсобных помещений, складов и материалов связано со значительными трудностями.

Элементы стального каркаса изготовляются на заводе и привозятся на место строительства готовыми, причем доставку их всегда можно согласовать с графиком возведения сооружения. Благодаря этому отпадает необходимость в большом количестве подсобных помещений и складов, что значительно сокращает потребные размеры строительной площадки. Следовательно при малых площадках здания со стальным каркасом возводить легче, чем здания из других материалов.

Стоимость здания

Стоимость здания резко колеблется в зависимости от места их постройки. развития промышленности, пен на строительные материалы и ряда других факторов. Ниже приводятся данные по сравнению стоимости зданий, выстроенных из разных материалов, по нашим и заграничным данным.

СРАВНЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЗДАНИЙ СО СТАЛЬНЫМ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМ КАРКАСОМ И БЕСКАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ

СРАВНЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЗДАНИЙ СО СТАЛЬНЫМ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМ КАРКАСОМ И БЕСКАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ

Приводимые стоимости по разным странам между собой конечно несравнимы, так как соотношение цен на строительные материалы и рабочую силу, подготовленность промышленности и экономическое с стояние стран неодинаковы; тем не менее они могут служить для сравнения выгодности применения той или другой конструкции для каждой страны в отдельности.

Стоимость зданий с увеличением их высоты растет примерно по закону прямой (см. график на фиг. 522).

На графике фиг. 523 приведены сравнительные стоимости по этажам шестиэтажного каркаса из стали и железобетона по данным Франка и Шпигеля (Германия) LB].

СРАВНЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЗДАНИЙ СО СТАЛЬНЫМ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМ КАРКАСОМ И БЕСКАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ

Из графика видно, что разница в стоимости железобетонного и .стального каркасов невелика, причем стальной каркас становится экономически более выгодным по Шпигелю , начиная с двухэтажного здания, а по Франку с четырех- и пятиэтажного.

Сравнение стоимости зданий со сплошными стенами и со стальным каркасом (по немецким данным) показывает выгодность .применения стального каркаса, начиная со зданий в 3 этажа (фиг. 524). Американские исследования показывают выгодность применения стального каркаса даже для одноэтажных зданий.

Приведенные данные о стоимости показывают экономическую выгодность применения стального каркаса даже в низких зданиях. В тех случаях, когда в силу каких-либо особенностей стальной каркас оказался бы заметно дороже железобетонного, все же ему следовало бы отдать предпочтение, учитывая, что стоимость стального каркаса составляет примерно 7—15% от полной стоимости здания (см. .график на фиг. 525) и таким образом приводит лишь к незначительному удорожанию всего здания при наличии экономии в полезной площади и объеме здания.

На основе всего разобранного можно сделать заключение, что здания со стальным каркасом имеют .все преимущества .перед зданиями, выполненными из других материалов, и отказываться от применения стального каркаса следует только в тех случаях, когда металл необходим для других более нуждающихся в нем отраслей народного хозяйства.

© 2017 Конструкторское бюро

Айтиха. Разработка сайтов и приложений
Проектирование строительных конструкций. Разработка конструкторской документации. Сопровождение проектной документации на стадии изготовления и возведения конструкций