Производственное сооружение для малых форм хозяйствования

Введение. Отечественными производителями изготавливаются металлические конструкции для строительства различных видов производственных и складских сооружений сельскохозяйственного назначения. Выпускаемая номенклатура конструкций обеспечивает возможность возведения одно- и многопролётных зданий с рамной конструктивной схемой (используются прокатные и гнутые стальные профили, ограждающие конструкции из профилированных листов или сэндвич-панелей), каркасных и бескаркасных ангаров. Однако стоимость 1м² при строительстве «под ключ» таких зданий и сооружений может составлять до 10 тыс. рублей, что экономически нецелесообразно для малых форм хозяйствования [1].

В связи с этим цель исследования заключалась в подготовке конструктивного решения сооружения производственного назначения, позволяющего многократно сократить стоимость строительства и осуществить его монтаж собственными силами. Для достижения цели признано целесообразным использование аналитического метода, применяемого при решении оптимизационных задач в других видах сооружений [2, 3].

Конструктивные решения сооружения. Для малых форм хозяйствования предлагается арочное сооружение со стальным каркасом (рис.1).

Рисунок 1 – Схема каркаса сооружения: 1 – арка; 2 – проволочные прогоны;

3 – распорка; 4 – связи

Арки каркаса выполняются из круглых или прямоугольных труб, гнутых профилей и устанавливаются на буронабивные столбики. Рекомендуемый шаг арок 2.1м при использовании в качестве кровли поликарбонатных листов и 3м при применении конструкционных тканей и светостабилизированных плёнок. Монтаж каркаса выполняется вручную звеном из 2-3 человек. По натягиваемым на крайние арки проволочным прогонам d3мм укладывается трёхслойное утеплённое покрытие. Внутренний слой покрытия – из    полимерной плёнки толщиной 200мкм, теплоизоляционный слой – плиты или маты из штапельного стекловолокна «URSA Glasswool», наружный слой может выполняться из сотовых поликарбонатных панелей, конструкционных тканей или светостабилизированной плёнки долговечностью до 7 лет, рассчитываемой на прочность [4]. Замена кровельного слоя возможна по мере его износа в процессе эксплуатации сооружения.

Разработаны габаритные схемы сооружений площадью 200 ,400 и 600 м2, пролёты которых соответственно равны 6, 7.5 и 9 м (рис. 2).

Рисунок 2 – Габаритные схемы сооружения

Предлагаемое сооружение при строительстве позволит примерно в 2 раза снизить трудоёмкость возведения и в 3.5-4 раза единовременные затраты по сравнению с предлагаемыми рынком арочными и каркасными быстровозводимыми сооружениями. В зависимости от конъюнктуры рынка оно может использоваться для содержания некрупных животных, различных видов домашней птицы, выращивания овощей и грибов (шампиньонов, вешенки и других).

Оптимальное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции. В рыночных условиях сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции предлагаемого сооружения следует определять, учитывая стоимость материалов, тепловой энергии, способ строительства (подрядный или хозяйственный), ежегодный рост тарифов. Сумма (А, руб/м²) единовременных и эксплуатационных затрат в течение расчётного срока окупаемости сооружения должна быть минимальной. Целевая функция имеет следующий вид

А = C к (^г) + 81Т ■ СУт + Сп (Зп ) = Т('• -'Сн)Z ' СТ ’ m' r = min,

слоя в

С

УТ –

R 0

где СК(ЗК)  и   СП(ЗП) - стоимость кровельного и пароизоляционного ограждающей конструкции, руб./м2, зависящая от толщины Кк и Пп;Зут и толщина утеплителя (м) и стоимость утеплителя в ограждающей конструкции, руб./м3; Т – период окупаемости сооружения, не превышающий трёх лет;   tв – расчетная температура внутреннего воздуха; tCH и Z - средняя температура наружного воздуха за отопительный период и продолжительность отопительного С периода в регионе строительства; Т – стоимость тепловой энергии; m - коэффициент, учитывающий ежегодное повышение стоимости тепловой энергии; r - коэффициент условия работы ограждения равный 1,16, учитывающий влияние географической ориентации и ветра; 0 - сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции.

Так как R = R + ^{З т} + R_H = ^{З т} + В, то З УТ = ( R - B ) Л _УТ

Л ут         Л ут

Окончательно

А = С К ^{( З} К ) + R 0 ^Л ут С ут

^{- В Л} УТ С УТ ⁺ С П ^{( З} П ) ⁺

Т(tB - tCH.)Z ■ СТ ■ m ■ r                         ,

+R

Определим R при котором А минимально.

dA dRo   г, г    Т(te - tc.н.)ZCTmr.1

[ЛУТСУТ            п 2

^dRo d ^З ут                     R _q          ^Л УТ

Приравняв производную нулю, получим

R o =

Т ( t_e — tc hZ Z ■ C_T ■ m ■ r

C

УТ

Оптимальная толщина теплоизоляционного слоя

S T = ( R o - В ) ■ Л Т =. ^Т < t_L_^tcН .^{) Z}:^CтmrЛу L - ( R , + R „ ) Л ,_Т             (4)

С УТ

Так, применительно к Орловской области для сооружений с внутренней ОПТ температурой воздуха tв = 12oC толщина утеплителя УТ из плит или матов теплоизоляционных из штапельного стекловолокна URSA Glasswool составляет 610см в зависимости от поставщика теплоносителя.

Для сокращения конвективных теплопотерь производственные сооружения на участке строительства рекомендуется размещать продольной осью вдоль преобладающего направления ветра в холодный период года [5].

Выводы:

• 1.    Предложена конструктивная схема арочного сооружения со стальным каркасом и утеплённым покрытием, позволяющая в 3.5-4 раза снизить единовременные затраты по сравнению с предлагаемыми рынком арочными и каркасными быстровозводимыми сооружениями и осуществлять монтаж сооружения собственными силами.

• 2.    Выведена зависимость, на основе которой для конкретного региона строительства можно определить экономически целесообразную толщину ограждающей конструкции сооружения.