Цель оптимизации
Снижение металлоемкости покрытия за счет применения стали повышенной прочности.
Исходные данные
Объект — Нефтеперерабатывающий завод.
Для оптимизации рассмотрено промышленное сооружение на основе стального каркаса.
Сооружение относится к уникальным. Уровень ответственности — повышенный.
Класс объекта — КС-3.
Геометрические характеристики сооружения:
- размеры в плане 38,4 х 12 м;
- высота 109,1 м.
К каркасу сооружения предъявлялись жесткие технологические требования по деформациям и перемещениям:
- для элементов перекрытий допустимая величина вертикального прогиба недолжна превышать 1/400 пролета;
- горизонтальные перемещения сооружения ограничивались параметрами технологического оборудования.
Рисунок 1 — Общий вид каркаса
Проектное решение
Каркас выполнен в виде стоечно-балочной системы с вертикальными связями в обоих направлениях.
Стальные конструкции устанавливаются на железобетонные колонны.
В каркасе применены как сварные, так и прокатные двутавры.
- Колонны среднего яруса из сварного двутавра. Сталь С345.
Рисунок 2 — Колонны среднего яруса
- Колонны верхнего яруса и вертикальные связи — прокатный двутавр. Сталь С345.
Рисунок 3 — Колонны верхнего яруса
Рисунок 4 — Вертикальные связи
Оптимизация
Рассмотрена оптимизация в части сечений за счет повышения класса прочности стали (применена сталь С390).
Максимальный эффект может быть достигнут для элементов, подбор сечений которых произведён из условий прочности и устойчивости.
В нашем случае такими конструктивными элементами являются колонны и вертикальные связи каркаса.
- замена колонн среднего яруса:
сварной двутавр 350×700×36×20 из стали С345 → 40К3 С390; - замена колонн верхнего яруса:
40К2 С345 → 35К2 С390; - вертикальные связи:
35К2 С345 → 35К1 С390.
Результаты
Сокращение расхода стали на несущие элементы каркаса в размере 27% при использовании прокатных двутавров по ГОСТ Р 57837 и стали С390. При тоннаже конструкций колонн и вертикальных связей около 357 т экономия составила 134 т.
Преимущества:
- для заказчика — экономический эффект составляет около 20 млн рублей (расценки приняты на 2019 г.) на изготовление и монтаж стальных элементов.
Суммарный экономический эффект от оптимизации проектных решений с применением стали С390 значительно выше, чем сокращение тоннажа стали как таковое. Сокращаются затраты на всех этапах жизненного цикла проекта, таких как:- погрузочно-разгрузочные работы и хранение металлоконструкций;
- монтажные работы на строительной площадке;
- огнезащита несущих конструкций каркаса и т.д.
- для проектировщика — снижена металлоемкость каркаса. Отсутствует необходимость проверки удовлетворения требований пунктов 15.5.2-15.5.5 СП 16.13330 касательно поясных швов и расположения ребер;
- для ЗМК — снижение затрат времени и средств на следующих этапах:
- доставка металлопроката на завод-изготовитель стальных конструкций;
- изготовление стальных конструкций;
- доставка готовых конструкций на площадку строительства.
