Балка переменного сечения, прокатная двутавровая балка или решетчатая ферма — что выгоднее?

Инфомация давно не обновлялась

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.

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:

1. Пролет до 8-10 метров – прокатная двутавровая балка;
2. Пролет 10 -15 метров – двутавровая балка с подкосами;
3. 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.

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.