Проектування офісної будівлі з підземним паркінгом в м. Харків

Abstract

При проектуванні несучих конструкцій офісних будівель одним із ключових завдань є вибір оптимального поперечного перерізу балок перекриття. Від правильно обраного перерізу залежать не лише несуча здатність і деформативність конструкції, а й загальна матеріаломісткість та вартість будівництва. У цьому контексті техніко-економічне порівняння конкурентних варіантів є обов'язковим етапом проектування. Для об'єктивного порівняння варіантів залізобетонних балок застосовується комплексний підхід, що включає розрахунок несучої здатності за нормальними та похилими перерізами, перевірку жорсткості та тріщиностійкості, а також визначення витрат матеріалів — бетону та арматурної сталі — на одиницю несучої здатності конструкції. Розрахунок виконується відповідно до вимог ДБН В.2.6-98:2009 «Бетонні та залізобетонні конструкції. Основні положення» з урахуванням діючих навантажень та їх сполучень. Порівняння варіантів здійснюється за двома основними критеріями: технічним — відповідність нормативним вимогам щодо міцності та граничних деформацій, та економічним — мінімізація витрат матеріалів при забезпеченні необхідної несучої здатності. Вихідними даними для розрахунку слугують: прольот балки, нормативні та розрахункові навантаження від перекриття, характеристики бетону та арматури, а також архітектурно-планувальні обмеження щодо висоти конструктивного вузла. Порівняння варіантів здійснюється у наступній послідовності: визначення геометричних характеристик перерізів; розрахунок необхідної площі арматури; обчислення об'ємів бетону та маси арматури на погонний метр балки; зіставлення показників матеріаломісткості для прийняття проектного рішення. У межах даного дослідження розглядаються два конструктивних варіанти монолітної залізобетонної балки прямокутного перерізу для перекриття офісної будівлі з однаковими умовами навантаження та прольотом: Варіант №1 — переріз 400×500 мм. Балка підвищеної висоти, що забезпечує більший момент опору та знижений рівень напружень в арматурі. Водночас збільшений переріз призводить до зростання власної ваги конструкції та підвищених витрат бетону. Варіант №2 — переріз 400×400 мм. Балка зменшеної висоти при збереженні тієї ж ширини. Такий варіант є більш раціональним з точки зору матеріаломісткості, проте вимагає ретельної перевірки за другою групою граничних станів — прогинами та розкриттям тріщин. Клас бетону для обох варіантів прийнято С20/25, арматура робоча — клас А500С. Умови навантаження та розрахункова схема є однаковими для обох варіантів, що забезпечує об'єктивність порівняння. Аналізуючи проведені дослідження витрат матеріалів, можна відмітити наступне: витрати бетону та арматури для балки варіанту №1 (400×500 мм) є більшими, ніж для варіанту №2 (400×400 мм). Об'єм бетону на погонний метр балки варіанту №1 становить 0,20 м³/м.п., тоді як для варіанту №2 — 0,16 м³/м.п. Різниця складає 20%, що при значних прольотах та кількості балок у будівлі дає суттєву економію матеріалу в абсолютному вираженні. Витрати арматури також виявились меншими для варіанту №2, оскільки зменшення висоти перерізу при незмінній ширині компенсується незначним збільшенням відсотка армування, що в підсумку не перевищує загальної маси сталі порівняно з першим варіантом. Таким чином, влаштування монолітних залізобетонних балок меншого перерізу для офісної будівлі є економічно вигіднішим, оскільки витрата матеріалів на їх виготовлення менша. При цьому зменшення перерізу балки повинно здійснюватися з урахуванням вимог щодо міцності, жорсткості та експлуатаційної надійності конструкції. Економічна ефективність вибору конструктивного рішення оцінюється не лише за прямими витратами на матеріали, а й з урахуванням витрат на опалубні роботи, транспортування бетонної суміші, армування та монтаж. Менший переріз балки скорочує трудомісткість опалубних робіт та знижує навантаження на нижчерозміщені конструкції, що може мати позитивний ефект на проектування фундаментів. З конструктивної точки зору зменшення висоти балки з 500 до 400 мм дозволяє також оптимізувати висоту поверху або збільшити висоту чистого приміщення при збереженні загальної висоти будівлі. Для офісних будівель це є суттєвою перевагою з огляду на вимоги до комфорту приміщень та інсоляції. Зниження матеріаломісткості конструкцій безпосередньо впливає на кошторисну вартість будівництва. При масштабах реального об'єкта навіть незначне скорочення витрат матеріалів на одну балку в результаті множення на кількість конструктивних елементів дає відчутний економічний ефект. Отримані результати підтверджують доцільність оптимізації геометричних параметрів балки з метою зниження матеріаломісткості та підвищення економічної ефективності будівництва. За результатами техніко-економічного порівняння для застосування в проекті рекомендується варіант №2 з перерізом 400×400 мм, як такий, що забезпечує необхідну несучу здатність за умови відповідного армування, відповідає нормативним вимогам щодо жорсткості та тріщиностійкості, і водночас характеризується меншою матеріаломісткістю. Слід зазначити, що прийняте рішення є обґрунтованим лише за конкретних умов навантаження та прольоту, визначених у завданні на проектування. У разі зміни вихідних даних (збільшення навантажень, прольоту або зміни класу бетону) необхідно виконати повторний розрахунок та перевірку конструктивного рішення.