Анализ подхода к расчету экономического эффекта на примере стыковки арматуры внахлест и обжимными муфтами
Климович И.М., кандидат технических наук
Введение
Быстрорастущие объемы строительства из монолитного железобетона диктуют свои условия рынку материалов и технологий строительно-монтажных работ. Известно, что работы по сооружению железобетонного каркаса составляют основную часть строительного процесса и являются наиболее трудоемкими, ответственными и затратными операциями возведения зданий и сооружений.
И ни для кого не секрет, что практически все железобетонные конструкции нуждаются в стыковке рабочей арматуры. Это связано с длиной арматурных стержней, проектными решениями узлов сопряжения конструкций и т.д.
Наиболее распространенным / традиционным при строительстве в Украине методом стыковки арматуры является соединение внахлест — выполненное перехлестом стержней с последующей их связкой.
Мировой опыт строительства определяет наиболее технологичным и надежным (обеспечивающим прочность не менее нормативной прочности арматуры) методом стыковки — опрессованное механическое соединение. Данный способ стыковки позволяет решить любую конструкторскую задачу независимо от сложности объекта проектирования. Стыковка арматуры с помощью опрессованых механических соединений возможна в любом пространственном положении как для вертикальных (колоны, пилоны, диафрагмы и т.д.), так и горизонтальных (плиты, ригеля и т.д.) железобетонных конструкций.
Именно поэтому для сравнения были выбраны эти два метода стыковки арматуры — соединение внахлест и опрессованное механическое соединение.
Главными аспектами получения экономического эффекта являлись исключение перенахлеста арматуры и реализация стыковки арматуры через этаж.
Методика расчета соединений
Цель данного исследования — проанализировать процесс стыковки арматуры двумя способами, показать подход к расчету стоимости арматурных соединений и разницу в стоимости каждого типа соединения.
Подход в сравнении стоимости — это не простое сравнение стоимости арматуры и муфты, это сравнение двух технологических процессов, которые являются частью общей технологии строительства и влияют на смежные операции на строительной площадке. Замена соединений внахлест на механические соединения упрощает процесс проектирования и монтажа. Подробные материалы, содержащие информацию как для проектировщиков, так и для монтажников, предоставляются при поставке технологии механической стыковки.
Часто мы слышим вопрос: «Мы подсчитали стоимость нахлестного стыка путем определения только затрат на арматуру, идущую на перехлест. Какая же стоимость муфтового соединения?». Ответ в данном случае только один и, как правило, является своеобразным открытием: «А знаете ли вы алгоритм расчета соединения?».
Для ответа на этот вопрос разберем весь процесс расчета стоимости каждого способа стыковки по порядку, так сказать — пошагово.
Стыковка внахлест
При данном методе стыковки необходимо понимать, что общие затраты состоят из прямых (явных) и относительных (косвенных) затрат.
Прямые затраты — это стоимость арматуры, идущей на нахлест. Длина нахлеста, в зависимости от разных факторов (класс арматуры, класс бетона и др.), в среднем составляет 50—60 диаметров стыкуемой арматуры (для диаметра 32 мм — это 10—12 кг) и рассчитывается согласно п. 7.3 ДСТУ Б В.2.6-156 [1].
В таблице приведены примеры рассчитанных длин нахлеста для арматуры диаметром 32 мм класса А500 и некоторых классов бетона.
Сокращения расходов на стыковку удалось достичь исключением арматурных обрезков и перенахлеста стержней, сокращением количества поперечных хомутов вследствие их установки с одним шагом по всей высоте конструкции.
Относительные затраты оказывают существенное влияние на итоговую стоимость соединения. Они присутствуют всегда (их величина может колебаться в зависимости от конструктивно здания) и состоят из:
1. обрезки арматуры — при стыковке арматуры диаметром 32 мм и высоте этажа равным 3,0 м на обрезки с каждого прута уходит порядка 13 кг арматуры (см. рисунок). Разрезая арматурный прут длиной 11,9 м на два необходимых стержня по 4,86 м каждый, в обрезки попадает порядка 2 м арматуры;
2. дополнительное поперечное армирование — согласно п. 8.5.3.4 ДСТУ Б В.2.6-156 необходимо уменьшать шаг поперечного армирования в зоне расположения соединений внахлест, вследствие чего появляется как минимум один дополнительный хомут (в сравнении с поперечным армированием стержней без стыков);
3. подгиб стержней вертикальных конструкций на уровне перекрытия — необходимая и затратная операция в колонах для соблюдения соосности стержней;
4. сложности с укладкой и уплотнением бетона — в густоармированных конструкциях является проблемой и влечет дополнительные трудозатраты.
При использовании соединений внахлест не стоит забывать, что помимо экономических затрат на устройство соединений, существуют нормативные ограничения по их использованию в Украине. В первую очередь, ограничения вызваны конструктивными особенностями соединений — отсутствием соосности стержней соединения и работой стыка только совместно с бетоном. Именно поэтому основной документ по проектированию железобетонных конструкций — ДБН В 2.6-98 [2] не рекомендует стыковать внахлест арматуру крупных диаметров (от 32 мм). А согласно ДБН В 1.1-12 [3] и вовсе запрещено использование соединений внахлест при возведении конструкции в районах с сейсмичностью 6 баллов и более, при диаметре стержней арматуры и арматурных каркасов более 22 мм.
Стыковка обжимными муфтами
Применение механической стыковки исключает перерасход материалов, средств и времени, присущих стыковке внахлест. Общая стоимость обжимного соединения состоит из стоимости муфты и стоимости аренды гидравлического оборудования, необходимого для обжима соединения.
При этом нет нормативных ограничений по использованию обжимных соединений муфтами Спрут-Украина (в том числе и в сейсмически опасных регионах). При данном типе соосного соединения арматуры встык и его прочности не менее 100 % предела прочности арматуры, появляются дополнительные преимущества использования механического обжима, позволяющие реализовать проект любой сложности:
1. дополнительная надежность конструкции — арматура соосна, гарантированная прочность стыка превышает нормативное значение прочности арматуры и не зависит от прочности бетона;
2. возможность стыковки арматуры через этаж как отдельными стержнями, так и цельными арматурными каркасами;
3. количество соединений в одном сечении конструкции не ограничивается — если не ухудшаются условия по укладке и уплотнению бетонной;
4. повышается технологичность процесса стыковки:
4.1. уменьшается время стыковки — скорость выполнения одного соединения занимает от 3 до 8 минут;
4.2. качество стабильно и не зависит от квалификации монтажников — обучение происходит на строительной площадке и занимает не более смены;
4.3. упрощенный метод контроля — осуществляется замером удлинения муфты после обжатия.
5. отсутствие арматурных обрезков и контроль реального расхода арматуры на объекте.
Изготовление, контроль и технические характеристики
Компания Спрут-Украина постоянно ведет контроль качества производимой продукции в ведущих государственных научных организациях Украины — НИИСК и ОГАСА. Подтверждением служат протоколы испытаний их аккредитованных лабораторий, которые компания проводит регулярно согласно украинским и международным требованиям (протокол можно запросить при поставке муфт). Стоит отметить, что требованием к контролю качества механических соединений является испытание одного образца стыка на каждые 500 соединений, изготовленных на строительной площадке [4]. А для контроля качества соединений при монтаже разработана простая методика замера удлинения муфты после обжатия, применяемая к 10 % выполненных соединений.
Для общего представления подхода к процессу формирования стоимости соединений арматуры были проанализированы проектные решения конструкций двух реальных объектов. Муфтовые соединения в них были внесены уже на этапе начала строительства — что является также одним из их преимуществ.
Пример использования муфт — Первый объект
Строительство 5-этажного здания ТРЦ в г. Киев общей площадью 97200 м2. Класс бетона — С25/30. Рабочая арматура колонн и балок здания номинальным диаметром 32 мм класса А500 [5], с общим количеством стыков 4400 шт. Расчетная длина нахлеста, определенная по ДСТУ Б В.2.6-156 — 1860 мм. На основании проектной документации проведен расчет стоимости стыковки арматуры внахлест и стандартными обжимными муфтами (Спрут МЗО-32 ТУ У В 2.7-45.2-35641811-002:2008).
Пример использования муфт — Второй объект
Строительство 16-этажного жилого комплекса в г. Одесса. Номинальный диаметр рабочей арматуры класса А500 — 20 мм. Высота этажа 3 м. Класс бетона — С25/30. Расчетная длина нахлеста, определенная по ДСТУ Б В.2.6-156 — 1160 мм. Общее количество соединений — 10080 шт. На основании проектной документации проведен расчет стоимости стыковки арматуры внахлест и стандартными обжимными муфтами (Спрут МЗО-20 ТУ У В 2.7-45.2-35641811-002:2008).
Результаты расчета приведены в таблицах
Проведенные расчеты показали, что применение механических опрессованных соединений является эффективной и экономичной заменой соединениям внахлест. В результате применения обжимных соединений на вышеприведенных объектах, помимо скорости стыковки, удобства и меньших трудозатрат была получена экономию до 10 % при строительстве ТРЦ и до 31 % — при строительстве ЖК.
Эти примеры показывают получение реальной экономии денежных средств от замены традиционных методов стыковки на механические соединения.
Но не стоит забывать, что приоритетом при выборе рациональной технологии строительства должна оставаться не экономическая составляющая (хотя в наших реалиях это является немаловажным), а надежность и эксплуатационная безопасность конструкций на протяжении всего проектного срока службы. Именно механические соединения обеспечивают непрерывность конструкции, ее дополнительную надежность и привлекательность по соотношению выгод и затрат для заказчика.
Вывод
К проектированию зданий и сооружений в районах с интенсивностью сейсмических воздействий 5 и менее баллов, таких как: Харьковская, Днепропетровская, Киевская области, предъявляются требования ДБН В 2.6-98. При использовании механических соединений в этих районах, в особенности для стыковки небольших диаметров арматуры (менее 22 мм), их стоимость может превышать или быть равной стоимости нахлестного соединения. В таких условиях, для достижения большего экономического и технологического эффекта возможно стыковать цельные арматурные каркасы обжимными муфтами Спрут-Украина через этаж и более, без потери качества сооружаемой конструкции. Комплексный подход к стыковке арматуры позволит усовершенствовать процесс возведения железобетонных конструкций как на стадии проектирования, так и при их монтаже.
Хотя стыковка внахлест является наиболее распространенным способом сращивания арматуры, использование механических соединений может повысить производительность, безопасность и целостность конструкции. Инженеры и подрядчики должны рассматривать возможность использования обжимных механических соединений Спрут-Украина, если они хотят:
- повысить структурную целостность конструкций в сейсмических районах;
- повысить надежность конструкций при знакопеременных нагрузках при техногенных и природных явлениях;
- сохранить необходимый процент армирования;
- обеспечить надежную и соосную передачу нагрузок между арматурными стержнями, независящую от наличия бетона или его качества;
- уменьшить сгущение арматуры, особенно в одном сечении конструкции;
- сократить время работы кранового оборудования.
Литература
1. Конструкції будинків і споруд. Бетонні та залізобетонні конструкції з важкого бетону. Правила проектування: ДСТУ Б В.2.6-156:2010. — [Чинний від 2011-06-01]. — К.: Мінрегіонбуд України, 2011. — 118 с.
2. Конструкції будинків і споруд. Бетонні та залізобетонні конструкції. Основні положення: ДБН В.2.6-98:2009. — [Чинні від 2011-07-01]. — К.: Мінрегіон України, 2011. — 71 с. — (Будівельні норми України).
3. Будівництво у сейсмічних районах України: ДБН В.1.1-12:2014. — [Чинний від 2014-10-01]. — К.: Мінрегіонбуд України, 2014. — 110 с. — (Будівельні норми України).
4. Механічні з’єднання арматурних стрижнів опресовуванням муфт. Технічні умови: ТУ У В.2.8-45.2-35641811-001:2008. — К.: НДІБВ, ТОВ «Спрут-Україна», 2008. — 14 с.
5. Прокат арматурний для залізобетонних конструкцій. Загальні технічні умови (ISO 6935-2:1991, NEQ): ДСТУ 3760:2019. — [Чинний від 2019-09-01]. — К.: Держспоживстандарт України, 2007. — 18 с. — (Національний стандарт України).
6. Муфти з’єднувальні для арматурних стрижнів. Технічні умови: ТУ У В.2.7-45.2-35641811-002:2008. — К.: НДІБВ, ТОВ «Спрут-Україна», 2008. — 13 с.
