Авторами представлено исследование, направленное на решение проблемы оптимизации металлоемкости стальных каркасов модульных зданий. Актуальность работы обусловлена ростом цен на металлопрокат и необходимостью повышения экономической и транспортной эффективности модульной технологии. Существующие решения с использованием унифицированных профилей постоянного сечения характеризуются нерациональным распределением материала и низким коэффициентом использования несущей способности, что приводит к перерасходу металла. В статье продемонстрирована возможность снижения массы каркаса на примере рамы пола блок-модуля за счет применения комбинированного профиля. Исследование проводилось с использованием методов численного моделирования в программном комплексе SCAD, а также сравнительного анализа металлоемкости предложенного и стандартного решений. В результате была разработана конструкция комбинированного профиля из трех гнутых элементов, каждый из которых имеет собственное функциональное назначение: базовый профиль обеспечивает основную несущую способность, усиливающий профиль переменного сечения адаптируется к участкам с разным усилием, а наружный профиль предназначен для создания защитного контура для огнезащитных материалов. Технология производства включает роботизированную сварку, обеспечивающую совместную работу всех элементов. В результате установлено, что предложенное решение позволяет снизить металлоемкость рамы пола на 10 % при сохранении требуемых прочностных характеристик. Исследование продемонстрировало, что рама с комбинированными профилями полностью соответствует требованиям по прочности и жесткости. Разработанное решение не только снижает расход стали, но и предлагает экономически целесообразную модель организации производства за счет унификации базовых элементов и гибкости конструирования. Решение обладает потенциалом для дальнейшей оптимизации и может быть адаптировано производителями под конкретные производственные задачи. Перспективы исследования связаны с разработкой аналогичных решений для межэтажных рам и рам покрытий.
The authors present a study aimed at solving the problem of optimizing the metal consumption of steel frames in modular buildings. The relevance of the work is driven by rising prices for rolled metal and the need to enhance the economic and transportation efficiency of modular technology. Existing solutions using unified constant-cross-section profiles are characterized by an irrational material distribution and a low load-bearing capacity utilization factor, leading to metal overconsumption. The paper demonstrates the possibility of reducing the frame weight using the example of a floor frame of a block module through the application of a combined profile. The research was conducted using numerical modeling methods in the SCAD software complex, as well as a comparative analysis of the metal consumption of the proposed and standard solutions. As a result, a design for a combined profile made of three cold-formed elements was developed, each with its own functional purpose: the base profile provides the primary load-bearing capacity, the reinforcing variable-cross-section profile adapts to areas with different stress levels, and the outer profile is intended to create a protective contour for fireproofing materials. The manufacturing technology involves robotic welding, which ensures the composite action of all elements. The results established that the proposed solution allows for a 10 % reduction in the metal consumption of the floor frame while maintaining the required strength characteristics. The study demonstrated that the frame with combined profiles fully complies with strength and stiffness requirements. The developed solution not only reduces steel consumption but also offers an economically viable model for production organization through the standardization of basic elements and design flexibility. The solution has potential for further optimization and can be adapted by manufacturers to specific production tasks. Future research prospects are associated with the development of similar solutions for intermediate-floor frames and roof frames.