Аналіз підхiду до розрахунку економічного ефекту на прикладі стикування арматури внахлест та обтискними муфтами
Климович И.М., кандидат технічних наук
Вступ
Швидкозростаючі обсяги будівництва з монолітного залізобетону диктують свої умови ринку матеріалів та технологій будівельно-монтажних робіт. Відомо, що роботи зі спорудження залізобетонного каркасу складають основну частину будівельного процесу і є найбільш трудомісткими, відповідальними і витратними операціями зведення будівель і споруд.
Ні для кого не секрет, що практично всі залізобетонні конструкції потребують стикуванні робочої арматури. Це пов'язано з довжиною арматурних стержнів, проектними рішеннями вузлів сполучення конструкцій і т.д.
Найбільш поширеним / традиційним при будівництві в Україні методом стикування арматури є з'єднання внахлест — виконане перетином стрижнів з подальшою їх зв'язкою.
Світовий досвід будівництва визначає найбільш технологічним і надійним (який забезпечує міцність не менше нормативної міцності арматури) методом стикування — опресоване механічне з’єднання. Даний спосіб стикування дозволяє вирішити будь-яку конструкторську задачу незалежно від складності об'єкта проектування. Стиковка арматури за допомогою опресування механічних з'єднань можлива в будь-якому просторовому положенні як для вертикальних (колони, пілони, діафрагми і т.д.), так і горизонтальних (плити, ригеля і т.д.) залізобетонних конструкцій.
Саме тому для порівняння були обрані ці два методи стикування арматури — з'єднання внахлест і обтискне механічне з’єднання.
Головними аспектами отримання економічного ефекту були виняток перенахлеста арматури та реалізація стикування арматури через поверх.
Методика розрахунку з'єднань
Мета даного дослідження — проаналізувати процес стиковки арматури двома способами, показати підхід до розрахунку вартості арматурних з'єднань та різницю у вартості кожного типу з'єднання.
Підхід в порівнянні вартості — це не просте порівняння вартості арматури і муфти, це порівняння двох технологічних процесів, які є частиною загальної технології будівництва і впливають на суміжні операції на будівельному майданчику. Заміна з'єднань внахлест на механічні з'єднання спрощує процес проектування і монтажу. Докладні матеріали, що містять інформацію як для проектувальників, так і для монтажників, надаються при поставці технології механічного стикування.
Iнколи ми чуємо питання: «Ми підрахували вартість нахлестного стику шляхом визначення тільки витрат на арматуру, що йде на накладку. Яка ж вартість муфтового з'єднання?». Відповідь в даному випадку тільки одна і, як правило, є своєрідним відкриттям: «А чи знаєте ви алгоритм розрахунку з'єднання?».
Для відповіді на це питання розберемо весь процес розрахунку вартості кожного способу стикування по порядку, так би мовити — покроково.
Стиковка внахлест
При цьому методі стикування необхідно розуміти, що загальні витрати складаються з прямих (явних) і відносних (непрямих) витрат.
Прямі витрати — це вартість арматури, що йде на нахлест. Довжина нахлеста, в залежності від різних факторів (клас арматури, клас бетону та ін.), в середньому становить 50—60 діаметрів, стикується арматура (для діаметра 32 мм — це 10—12 кг) та розраховується відповідно до п. 7.3 ДСТУ Б В. 2.6-156 [1].
У таблиці наведено приклади розрахованих довжин нахлеста для арматури діаметром 32 мм класу А500 і деяких класів бетону.
Скорочення видаткiв на стикування вдалося досягти винятком арматурних обрізків та перенахлеста стрижнів, скороченням кількості поперечних хомутів внаслідок їх установки з одним кроком по всій висоті конструкції.
Відносні витрати значно впливають на підсумкову вартість з'єднання. Вони присутні завжди (їх величина може коливатися в залежності від конструктивної будівлі) і складаються з:
1. обрізки арматури — при стикуванні арматури діаметром 32 мм і висотою поверху рівним 3,0 м на обрізки з кожного прута йде близько 13 кг арматури (див. малюнок). Розрізаючи арматурний прут довжиною 11,9 м на два необхідних стрижня по 4,86 м кожен, в обрізки потрапляє близько 2 м арматури;
2. додаткове поперечне армування — згідно з п. 8.5.3.4 ДСТУ Б В.2.6-156 необхідно зменшувати крок поперечного армування в зоні розташування з'єднань внахлест, внаслідок чого з'являється як мінімум один додатковий хомут (в порівнянні з поперечним армуванням стрижнів без стиків);
3. підгін стрижнів вертикальних конструкцій на рівні перекриття — необхідна і витратна операція в колонах для дотримання співвісності стрижнів;
4. складності з укладанням і ущільненням бетону — в густоармованих конструкціях є проблемою і тягне додаткові затрати праці.
При використанні з'єднань внахлест не варто забувати, що крім економічних витрат на вироблення з'єднань, існують нормативні обмеження щодо їх використання в Україні. В першу чергу, обмеження викликані конструктивними особливостями з'єднань — відсутністю співвісності стрижнів з'єднання і роботою стику тільки спільно з бетоном. Саме тому основний документ з проектування залізобетонних конструкцій — ДБН В 2.6-98 [2] не рекомендує стикувати внахлест арматуру великих діаметрів (від 32 мм). А згідно з ДБН В 1.1-12 [3] і зовсім заборонено використання з'єднань внахлест при зведенні конструкції в районах з сейсмічністю 6 балів і більше, при діаметрі стрижнів арматури та арматурних каркасів більше 22 мм.
Стикування обтискними муфтами
Застосування механічного стикування виключає перевитрати матеріалів, засобів і часу, властивих стикуванні внахлест. Загальна вартість обтискного з'єднання складається з вартості муфти і вартості оренди гідравлічного обладнання, необхідного для обтиску з'єднання.
При цьому немає нормативних обмежень по використанню обтискних стикiв муфтами Спрут-Україна (в тому числі і в сейсмічно небезпечних регіонах). При даному типі співвісного з'єднання арматури встик і його міцності не менше 100% межі міцності арматури, з'являються додаткові переваги використання механічного обтиску, що дозволяють реалізувати проект будь-якої складності:
1. додаткова надійність конструкції — арматура співвісна, гарантована міцність стику перевищує нормативне значення міцності арматури і не залежить від міцності бетону;
2. можливість стикування арматури через поверх як окремими стрижнями, так і цілісними арматурними каркасами;
3. кількість з'єднань в одному перерізі конструкції не обмежується — якщо не погіршуються умови з укладання і ущільнення бетону;
4. підвищується технологічність процесу стикування:
4.1. зменшується час стикування — швидкість виконання одного з'єднання займає від 3 до 8 хвилин;
4.2. якість стабільна і не залежить від кваліфікації монтажників — навчання відбувається на будівельному майданчику і займає не більше робочої зміни;
4.3. спрощений метод контролю — здійснюється виміром подовження муфти після обтиску.
5. відсутність арматурних обрізків та контроль реальних витрат арматури на об'єкті.
Виготовлення, контроль та технічні характеристики
Компанія Спрут-Україна постійно контролює якiсть продукції у провідних державних наукових організаціях України — НДІБК і ОДАБА. Підтвердженням є протоколи випробувань з акредитованих лабораторій, які компанія проводить регулярно згідно з українськими та міжнародними вимогами (протокол можна запросити при поставці муфт). Варто відзначити, що вимогою до контролю якості механічних з'єднань є випробування одного зразка стику на кожні 500 з'єднань, виготовлених на будівельному майданчику [4]. А для контролю якості з'єднань при монтажі розроблена проста методика виміру подовження муфти після обтиску, що застосовується до 10% виконаних з'єднань.
Для загального уявлення підходу до процесу формування вартості з'єднань арматури були проаналізовані проектні рішення конструкцій двох реальних об'єктів. Муфтові з'єднання в них були внесені вже на етапі початку будівництва — що є також одним з їхніх переваг.
Приклад використання муфт — Перший об'єкт
Будівництво 5-поверхової будівлі ТРЦ в м. Киïв загальною площею 97200 м2. Клас бетону — С25 / 30. Робоча арматура колон та балок будівлі номінальним діаметром 32 мм класу А500 [5], а загальна кількість стиків 4400 шт. Розрахункова довжина нахлесту, визначена за ДСТУ Б В.2.6-156 — 1860 мм. На підставі проектної документації проведено розрахунок вартості стикування арматури внахлест та стандартними обтискними муфтами (Спрут МЗО-32 ТУ У В 2.7-45.2-35641811-002: 2008 [6]).
Приклад використання муфт — Другий об'єкт
Будівництво 16-поверхового житлового комплексу в м Одеса. Номінальний діаметр робочої арматури класу А500 — 20 мм. Висота поверху 3 м. Клас бетону — С25 / 30. Розрахункова довжина нахлесту, визначена за ДСТУ Б В.2.6-156 — 1160 мм. Загальна кількість з'єднань — 10080 шт. На підставі проектної документації проведено розрахунок вартості стикування арматури внахлест та стандартними обтискними муфтами (Спрут МЗО-20 ТУ У В 2.7-45.2-35641811-002: 2008).
Результати розрахунку наведені в таблицях
Проведені розрахунки показали, що застосування механічних обпресувати з'єднань є ефективною та економічною заміною з'єднанням внахлест. В результаті застосування обтискних з'єднань на вищенаведених об'єктах, крім швидкості стикування, зручності і менших трудовитрат була отримана економія до 10 % при будівництві ТРЦ і до 31 % — при будівництві ЖК.
Ці приклади показують отримання реальної економії коштів від заміни традиційних методів стикування на механічні з'єднання.
Не варто забувати, що пріоритетом при виборі раціональної технології будівництва повинна залишатися не економічна складова (хоча в наших реаліях це є важливим), а надійність і експлуатаційна безпека конструкцій протягом усього проектного терміну служби. Саме механічні з'єднання забезпечують безперервність конструкції, її додаткову надійність і привабливість по співвідношенню вигод та витрат для замовника.
Висновок
До проектування будівель та споруд в районах з інтенсивністю сейсмічних впливів 5 і менше балів, таких як: Харківська, Дніпропетровська, Київська області, пред'являються вимоги ДБН В 2.6-98. При використанні механічних з'єднань в цих районах, особливо для стикування невеликих діаметрів арматури (менш 22 мм), їх вартість може перевищувати або бути рівною вартості нахлестного з'єднання. В таких умовах, для досягнення більшого економічного і технологічного ефекту можливо стикувати цільні арматурні каркаси обтискними муфтами Спрут-Україна через поверх і більш, без втрати якості спорудженої конструкції. Комплексний підхід до стикування арматури дозволить удосконалити процес зведення залізобетонних конструкцій як на стадії проектування, так і при їх монтажі.
Хоча стикування внахлест є найбільш поширеним способом зрощування арматури, використання механічних з'єднань може підвищити продуктивність, безпеку і цілісність конструкції. Інженери та підрядники повинні розглядати можливість використання обтискних механічних з'єднань Спрут-Україна, якщо вони хочуть:
- підвищити структурну цілісність конструкцій в сейсмічних районах;
- підвищити надійність конструкцій при знакозмінних навантаженнях, при техногенних та природних явищах;
- зберегти необхідний відсоток армування;
- забезпечити надійну та співвісну передачу навантажень між арматурними стрижнями, незалежну від наявності бетону або його якості;
- зменшити згущення арматури, особливо в одному перерізі конструкції;
- скоротити час роботи кранового обладнання.
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.
