Основные направления развития металлических конструкций
1. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ Модуль: Информационные технологии проектирования металлических конструкций
Лекция № 1
Назим Ярослав Викторович, к.т.н., доцент
Кафедра металлических конструкций и сооружений
ГОУ ВПО «Донбасская национальная академия строительства и архитектуры»
2. Содержание курса
- Основные понятия в автоматизированном проектировании.
- Виды инженерной деятельности при проектировании.
- Методы решения задач с использованием компьютерных технологий.
- Классификации САПР систем.
- Программные средства автоматизации для решения задач проектирования.
- Классификация программного обеспечения для САПР.
- Специализированное программное обеспечение для решения вопросов
проектирования в строительстве.
- Обзор возможностей ПК ЛИРА-САПР, SCAD Office, Robot Structural Analysis,
AutoCAD Structural Detailing и др.
- Программные комплексы для проектирования стальных конструкций.
- Реализация ДБН, СНиП (СП) и Eurocod в программах для проектирования.
- Автоматизация формирования документации и чертежей по результатам расчета
конструкций.
- Перспективы развития компьютерных технологий в строительстве.
- Требования к вновь создаваемым САПР системам.
- Компьютерно-интегрированное производство.
3. Структура теоретического курса
Раздел 1. Основные понятия в автоматизированном
проектировании. Классификации САПР систем
Раздел 2. Решение задач проектирования
металлических конструкций средствами SCAD Office
Раздел 3. Решение задач проектирования
металлических конструкций средствами ПК ЛИРА
4. Содержание практических занятий
Знакомство с основными инструментами для создания
и анализа расчетных схем сооружений
Решение примеров задач с использованием
SCAD Office и ПК ЛИРА:
Задача 1 – Расчет неразрезной балки
Задача 2 – Расчет статически определимой фермы
трапециевидного очертания на постоянную и снеговую нагрузки
Задача 3 – Расчет статически неопределимой плоской рамы
Задача 4 – Расчет плоской рамы одноэтажного
производственного здания
5. Основная литература
Раздел 2.
6. Конспект лекций по дисциплине «Металлические конструкции», модуль:
«Информационные технологии проектирования металлоконструкций». Часть 2. Программный
комплекс SCAD «Интегрированная система анализа конструкций Structure CAD» / Сост.: Назим Я.В.,
Голиков А.В., Гаранжа И.М. – Макеевка: ДонНАСА, 2013. – 42 с.
7. Методические указания «Практическое руководство по расчету конструкций в ПК «ЛИРА» И
«SCAD»по дисциплине «Металлические конструкции», модуль: «Информационные технологи
проектирования металлоконструкций». Часть 2. Программный комплекс«Интегрированная система
анализа конструкций Structure CAD» / Сост.: Назим Я.В., Миронов А.Н., Гаранжа И.М. – Макеевка:
ДонНАСА, 2010. – 76 с.
8. Карпиловский В.С., Криксунов Э.З., Маляренко А.А., Микитаренко М.А., Перельмутер А.В.,
Перельмутер М.А., Федоровский В., SCAD Office. Реализация СНиП в проектирующих программах – М:
Изд-во АСВ, 2004.
9. Карпиловский В.С., Криксунов Э.З., Маляренко А.А., Микитаренко М.А., Перельмутер А.В.,
Перельмутер М.А., SCAD Office. Вычислительный комплекс SCAD. – М: Изд-во АСВ, 2004 – 592 с.
10. Семенов А.А., Габитов А.И., Проектно-вычислительный комплекс SCAD в учебном процессе. Часть
I. Статический счет: Учебное пособие. – М.: Издательство АСВ. – 152 с.
11. Баженов В.А., Криксунов Э.З., Перельмутер А.В., Шишов О.В., Информатика. Информационные
технологии в строительстве. Системы автоматизированного проектирования. (Учебник для студентов
высших учебных заведений). – К., Изд-во "Каравела", 2004 (на укр. языке).
12. Перельмутер А.В., Сливкер В.И., Расчетные модели сооружений и возможность их анализа (издание
3-е переработанное и дополненное). – М.: Изд-во ДМК Пресс. – 2007. – 595 с.
13. Мущанов В.Ф., Жук Н.Р., Денисов Е.В., Методические указания к использованию программного
комплекса StructureCAD в курсовом и дипломном проектировании. – Макеевка: ДонГАСА. – 2000. – 17 с.
Раздел 3.
14. Конспект лекций по дисциплине «Металлические конструкции», модуль:
«Информационные технологии проектирования металлоконструкций». Часть 3. Программный комплекс
расчета и проектирования конструкций «ЛИРА» / Сост.: Назим Я.В., Голиков А.В., Гаранжа И.М. –
Макеевка: ДонНАСА, 2013. – 48 с.
15. Методические указания «Практическое руководство по расчету конструкций в ПК «ЛИРА» и «SCAD»
по дисциплине «Металлические конструкции», модуль: «Информационные технологи
проектирования металлоконструкций». Часть 1. Программный комплекс расчета и
проектирования конструкций «ЛИРА» / Сост.: Назим Я.В., Миронов А.Н., Гаранжа И.М. – Макеевка:
ДонНАСА, 2010. – 76 с.
16. ПК ЛИРА, версия 9. Программный комплекс для расчета и проектирования конструкций. Справочнотеоретическое пособие под ред. А.С. Городецкого. – К.-М.: 2003. – 464 с.
17. ЛИРА 9.4. Руководство пользователя. Основы. Учебное пособие // Стрелец-Стрелецкий Е.Б.,
Боговис В.Е., Гензерский Ю.В., Гераймович Ю.Д., Марченко Д.В., Титок В.П. – К.: Изд-во «ФАКТ», 2008. –
164 с.
18. ЛИРА 9.4. Примеры расчета и проектирования. Учебное пособие // Боговис В.Е., Гензерский Ю.В.,
Гераймович Ю.Д., Куценко А.Н., Марченко Д.В., Медведенко Д.В., Слободян Я.Е., Титок В.П. – К.: Изд-во
«ФАКТ», 2008. – 280 с.
19. Современные технологии расчета и проектирования металлических и деревянных конструкций.
Курсовое и дипломное проектирование. Исследовательские задачи // Барабаш М.С., Лазнюк М.В.,
Мартынова М.Л., Пресняков Н.И. – М.: Изд-во АСВ, 2008. – 328 с.
20. Компьютерные модели конструкций (Издание второе дополненное) // Городецкий А.С., Евзеров И.Д. –
К.: Изд-во «ФАКТ», 2007. – 394 с.
21. Информационные технологии расчета и проектирования строительных конструкций. Учебное пособие
// Городецкий А.С., Шмуклер В.С., Бондарев А.В. – Харьков: НТУ «ХПИ», 2003. – 889с.Раздел 2.
8. Методические разработки кафедры
9. Доступ к электронным информационным образовательным ресурсам
10. Учебно-методические материалы на портале НТИЦ
11. Учебно-методические материалы на портале СДО
12. Учебно-методические материалы на портале СДО
13. Учебно-методические материалы на портале СДО
14. Учебно-методические материалы на портале СДО
20. Структура оценивания
Лекционный курс
15 баллов за итоговый
контроль теоретического курса
12 баллов за
3 балла за
знание
углубленные
базового курса
знания
Практические занятия
30 баллов (оценка практических знаний и навыков)
+ 5 доп. баллов
15 баллов за работу
15 баллов за
+ 5 доп. баллов за
на практических
контроль
активность на
занятиях
практического
занятиях,
(по 1,25 за занятие)
курса
дополнительную
(2 промежуточных
самостоятельную
контроля по
работу по курсу в
2 разделам)
рамках задания на
дипломное
проектирование,
подготовку доклада
на конференцию по
тематике курса
21. Контрольные вопросы
1.
Структура процесса проектирования.
2.
Основные понятия в автоматизированном
проектировании.
3.
Виды инженерной деятельности при
проектировании.
4.
Классификация программных средств с точки
зрения решения задач САПР.
5.
Программное обеспечение общего назначения и его
место в САПР.
6.
Методы решения задач с использованием
компьютерных технологий.
7.
Принципы реализации САПР.
8.
Классификация САПР-систем по своей
направленности.
9.
Классификация САПР-систем по степени интеграции
программного обеспечения.
10. Классификация САПР-систем по необходимому
результату.
11. Классификация САПР-систем по степени
автоматизации проектной деятельности.
12. Особенности функционирования САПР систем
13. Перспективы развития компьютерных технологий в
строительстве.
14. Основные требования к создаваемым САПРсистемам.
15. Методы автоматизации процесса создания проектной
документации.
16. Классификация специализированного программного
обеспечения в строительстве.
17. Назначение и возможности расчетных программ в
области проектирования металлоконструкций.
18. Общие положения метода конечных элементов для
линейных задач.
19. Принципы построения конечно-элементных моделей
в расчетных программах.
20. Принципы анализа результатов расчета.
21. Системы автоматизации разработки чертежей (2D
моделирование).
22. САD/САМ системы (3D моделирование).
23. Программное обеспечение по принятию решений.
24. Компьютерно-интегрированное производство.
25. Принципы разработки ПК SCAD Office.
26. Состав ПК SCAD Office.
27. Основы работы в StructureCAD. Создание расчетной
схемы.
28. Основы работы в StructureCAD. Управление
отображением расчетной схемы.
22. Контрольные вопросы
29. Основы работы в StructureCAD. Операции с узлами и
элементами.
30. Основы работы в StructureCAD. Задание
характеристик узлов и элементов.
31. Основы работы в StructureCAD. Каталоги
металлопроката.
32. Основы работы в StructureCAD. Задание схем
загружений.
33. Основы работы в StructureCAD. Графический анализ
результатов расчета.
34. Интеграция StructureCAD с другими программными
комплексами.
35. Реализация СНиП и ДБН в проектирующих
программах-сателлитах SCAD Office.
36. Назначение и структура программы «Кристалл» ПК
SCAD Office.
37. Основные сведения о программной системе расчета
и конструирования узлов стальных конструкций в ПК
SCAD Office.
38. Нормативные документы, требования которых
реализованы в программах «Кристалл» и «Комета» ПК
SCAD Office.
39. Нормативные документы, требования которых
реализованы в программе «Вест» ПК SCAD Office.
40. Программные средства ПК SCAD Office для
формирования сечений и расчета их геометрических
характеристик.
41. Основы работы в ПК LIRA. Назначение графической
среды ЛИР-ВИЗОР.
42. Основы работы в ПК LIRA. Основные принципы
составления расчетных схем.
43. Основы работы в ПК LIRA. Управление отображением
расчетной схемы.
44. Основы работы в ПК LIRA. Операции с узлами и
элементами.
45. Основы работы в ПК LIRA. Редактируемая база
прокатных профилей СОРТАМЕНТ.
46. Основы работы в ПК LIRA. Задание схем загружений.
47. Основы работы в ПК LIRA. Графический анализ
результатов расчета.
48. Интеграция ПК LIRA с другими программными
комплексами.
49. Назначение и возможности конструирующей системы
для стальных конструкций ЛИР-СТК.
50. Назначение и возможности проектирующей системы
для стальных конструкций ЛИРА-КМ.
23. Содержание темы Т.0
• Введение.
• Цели и задачи дисциплины.
• Основные понятия в автоматизированном проектировании.
• Виды инженерной деятельности при проектировании.
24. Цель курса:
• ознакомить студента со специальными методами
проектирования в области автоматизации расчета и
конструирования металлических конструкций,
выходящими за пределы основного курса
по металлическим конструкциям.
После изучения курса студент должен:
• владеть основными знаниями в области численных и графических
методов расчета и проектирования металлических конструкций с
помощью САПР-систем, приобрести навыки работы в
интегрированных системах анализа конструкций SCAD и Лира
применительно к проектированию металлоконструкций,
углубить навыки работы в графическом редакторе AutoCAD.
25. Основные понятия в автоматизированном проектировании
• Информационные технологии использование компьютерной
техники для автоматизации процессов обработки информации
• САПР Система Автоматизированного Проектных Работ
организационно-техническая система, предназначенная для
выполнения проектной деятельности с применением вычислительной
техники, позволяющая создавать конструкторскую и/или
технологическую документацию
• CAD computer aided design (проектирование с помощью
компьютера)
• CAM computer aided manufacture (изготовление с помощью
компьютера)
• CAE computer aided engineering (системы автоматизации
инженерных расчетов) общее название для программ и программных
пакетов, предназначенных для решения различных инженерных задач
(расчётов, анализа и симуляции физических процессов), и которые
способны дать пользователю характеристику того, как будет вести себя
в реальности разработанная на компьютере модель
Основные понятия в
автоматизированном
проектировании
• САD/САМ/CAE – комплексные системы автоматизации
проектирования, технологической подготовки производства и
изготовления деталей с использованием ЭВМ
• BIM Building Information Modeling или Building Information Model
информационное моделирование здания или информационная модель
здания.
Информационное моделирование здания это подход к
проектированию, возведению, оснащению, обеспечению эксплуатации
и ремонту здания (к управлению жизненным циклом объекта), который
предполагает сбор и комплексную обработку в процессе
проектирования всей архитектурно-конструкторской, технологической,
экономической и иной информации о здании со всеми её
взаимосвязями и зависимостями, когда здание и всё, что имеет к нему
отношение, рассматриваются как единый объект
27. Стадии проектирования
1. Принципиальное решение - определяется общая конструктивная
форма, размещение конструкций, материалы; производится сравнение
вариантов и выбирается оптимальное решение (эскизное проектирование).
Стадия мало формализована, основана на знании и интуиции специалиста.
На этом этапе инженер-проектировщик должен:
• взаимодействовать с заказчиком, архитектором и другими специалистами,
включая изготовителя;
• разработать, согласовать и оптимизировать конструктивную форму;
• выполнить быстрые схематичные расчеты и ограниченное количество
чертежей;
• принять решения по материалам и процессу строительства;
• на основании этого оценить стоимость проекта и создать договорную
документацию на проектирование.
На этой стадии наиболее используются:
• гибкое в работе, неспециализированное программное обеспечение, имеющее
общее назначение;
• базы данных конструктивных и технологических решений;
• компьютерная связь между участниками строительного процесса.
2. Рабочее проектирование – детальное определение формы, сечений и
размеров. На этой стадии разрабатывается большое количество чертежей,
таблиц и других документов. Стадия высоко формализована, т.е. существуют
нормативные документы, в которых изложены обязательные требования.
В соответствии с этими требованиями:
• производятся детальные расчеты конструкций.
• разрабатываются чертежи для изготовления, строительства, спецификации;
• разрабатывается организация и технология строительства.
Требования к программному обеспечению, которое используется на этой стадии:
• высокая специализация для углубленного решения частных задач;
• ориентация на автоматизированное изготовление.
29. Виды инженерной деятельности при проектировании
1. Формообразование и анализ требований к зданию (прочности,
функциональности и др.).
Выбор типа конструкций, основных размеров в осях, решений узлов и
сопряжений. Автоматизация может осуществляться на основе
использования экспертных систем. В настоящее время этот аспект
программного обеспечения разработан недостаточно.
2. Расчеты напряженно-деформированного состояния
конструкций.
Существует два основных вида расчетов:
• расчет усилий и перемещений в конструкциях.
Эти расчеты совершаются на основе математических методов.
Наиболее широко сейчас используется метод конечных элементов.
Эта область хорошо автоматизирована. Существует множество
программных комплексов для решения этой задачи. В линейной
постановке их решения должны совпадать.
• подбор сечения и проверки напряжений.
Эти расчеты выполняются по национальным нормам проектирования
(СНиП, ДБН) и для каждой страны должны разрабатываться отдельно.
Автоматизация этой деятельности осуществлена частично. Два
основных способа автоматизации: (1) интеграция с пакетами расчета
усилий или (2) в виде электронных калькуляторов, приспособленных
для решения узкого круга задач.
3. Табличные расчеты смет, графиков, потребностей ресурсов.
Этот вид деятельности включает большое количество однотипных
утомительных расчетов, но легко может быть автоматизирован на
основе использования баз данных и электронных таблиц. Для этого
необходимо всего лишь стандартное программное обеспечение.
4. Принятие решений
(технических, организационных и экономических).
Эта деятельность трудно поддается автоматизации и является
отличительной чертой деятельности инженера вообще. Существует
так называемое аналитическое программное обеспечение, которое
оказывает некоторую помощь в принятии решений. Оно включает:
анализ риска, построение дерева решений, моделирование процессов
и другие.
5. Конструирование и оформление чертежей
Хорошо автоматизированная область деятельности.
Существует много CAD/CAM-комплексов, позволяющих выполнить
двухмерное и трехмерное моделирование строительных объектов.
Трудоемки в работе, оправдывают себя при большом объеме
повторяющихся чертежей.
6. Оформление проектной, договорной, исполнительной и других
видов документации.
Ежедневно необходимый вид деятельности, без которого немыслима
работа инженера на всех стадиях создания строительного объекта.
Для этого используется стандартное программное обеспечение –
текстовые редакторы.
7. Обмен и согласование данных.
Является необходимым при проектировании, изготовлении и
строительстве. Очень часто успех строительства зависит от
своевременного и точного обмена данными.
Вопрос №14 Основные направления развития металлических конструкций.
Металл в стр-ве стали применять еще в XII в., выполняя из него затяжки и скрепы для каменной кладки. Позднее появились стержневые купольные констр-и глав церквей. Как самост-ые констр-и для мостов и перекрытий, метал. конструкции начали использовать во второй половине XVIII в. на Уральских и Тульских заводах в России, на юго-западе Англии, во Франции и Германии.
В эту эпоху главенствовали чугунные конструкции, поскольку металлургия железа была еще очень примитивной. Чугунные конструкции продолжали применять до конца XIX в., постоянно совершенствуя конструктивные формы. Появились двутавровые балки прямолинейного и криволинейного очертаний, в том числе балки
с проемами, полые сечения колонн, удобные для чугунного литья. Сочетания таких балок и колонн позволило создать рациональный тип каркасного здания. Большинство фабричных зд. Московских и подмосковных мануфактур построены по этому типу и продолжают эксплуатироваться в наше время. Столь же удачной оказалась работа чугуна на сжатие в арках и сводах.
Плохая работа чугуна на растяжение повысила конкурентоспособность железа, чему способствовала замена в конце XVIII в. кричного процесса пудлингованием. Появились железо-деревянные, а затем железо-чугунные фермы, в которых растянутые элементы выполнялись из железа в виде выкованных стержней обычно брусчатого или круглого сечения.. Теория ферм показала неоспоримые преимущества раскосных систем, однако их применение сдерживалось сложностью оформления узловых сопряжений при отсутствии в то время развитого клепального процесса. Широкому развитию металлических конструкций, начиная с 30-х годов прошлого столетия, способствовали три обстоятельства: появление клепального процесса с использованием дыропробивных прессов, развитие проката листов и фасонных профилей, бурный рост сети железных дорог и связанное с этим строительство мостов и вокзальных перекрытий. Применение прокатных профилей и заклепочных соединений позволило достаточно просто выполнять сложные пространственные узлы, что способствовало бурному совершенствованию конструктивной формы конструкций. С развитием электрификации появилась возможность в промышленных зданиях создавать верхний транспорт, для устройства которого использовались подкрановые балки, опертые на колонны. Это способствовало передаче нагрузки от покрытия и от ветра не на каменные стены, а на колонны и позволило сделать здание с полностью металлическим каркасом.
Появились технические решения со специально изготовленными шарнирами в узлах сопряжений ригеля с колоннами, колонн с ф-тами. В многопролетных балках и фермах мостов устраивали шарниры для придания системе статической определимости.
Советские конструкторы вначале (20-е годы) ориентировались на Немецкий опыт, но уже в первой пятилетке, взяли курс на американские методы проектирования, отвечающие более высоким темпам строительства. Однако созданная в эти годы советская конструкторская школа не копировала американскую, а давала разумное сочетание последней с теоретическим обоснованием принимаемых решений. Приняв положение о первейшем значении снижения трудоемкости изготовления и монтажа конструкций, советская конструкторская школа дополнила его требованием экономии стали на основе более точных расчетов. Дальнейшее развитие и совершенствование металлических конструкций было связано с применением сварки. Переход на сварные конструкции позволил делать их легкими, технологичными и экономичными. Сварка способствовала разнообразию конструктивных решений и расширению рациональных областей применения металлических конструкций.
Основные направления развития металлических конструкций
1. Принципы проектирования Металлических конструкций
2. 1. Основные направления развития металлических конструкций
«зеленое» строительство
реконструкция зданий и
сооружений
высотные здания
здания и сооружения со
светопрозрачными
ограждающими конструкциями
спортивные сооружения с
большепролетными и
трансформируемыми
конструкциями
блочное и модульное
строительство
конструкции из тонколистовой стали
2
3. 2. Требования к металлическим конструкциям
ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных
конструкций и оснований»
ГОСТ Р 21.1101-2009 «СПДС. Основные требования к
проектной и рабочей документации»
СП 16.13330.2011 «СНиП II-23-81*. Стальные
конструкции»
СП 20.13330.2011 «СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и
воздействия»
СП 128.13330.2012 «СНиП 2.03.06-85. Алюминиевые
конструкции»
СП 28.13330.2012 «СНиП 2.03.11-85. Защита
строительных конструкций от коррозии»
СП 131.13330.2012 «СНиП 23-01-99*. Строительная
климатология»
3
Пригодность к эксплуатации – основное требование,
характеризует возможность использования
конструкции с возложенными на нее функциями без
ограничений
Долговечность конструкций - срок эксплуатации
конструкции с учетом технического обслуживания и
ремонта до наступления предельного состояния,
связанного с исчерпанием запаса надежности
Экономичность конструкций характеризуется уровнем
затрат на их строительство и дальнейшую
эксплуатацию
4
Технологичность металлических конструкций - степень
их подготовленности для изготовления и монтажа
современными прогрессивными методами при
оптимальных затратах материальных, трудовых и
энергетических ресурсов соответствующего типа
производства
Транспортабельность конструкций зависит от
компактности отправочных элементов, позволяющей
максимально полно загрузить транспорт (до его
грузоподъемности)
Сроки монтажа обеспечиваются использованием
современного монтажного оборудования,
предварительной сборкой конструкций в крупные блоки
на земле с последующим подъемом, применением
принципов типизации и унификации конструктивных
решений
5
Методы защиты стали от коррозии
Активные
Пассивные
учет формы сечений
лакокрасочные составы
легирование
защитные покрытия
6
Меры огнезащиты металлоконструкций
профессиональные
огнезащитные краски
покрытия в виде обычной
штукатурки или торкретштукатурки
облицовка листами или
плитками из негорючих
материалов
полное обмуровывание в
бетоне
использование полых
профилей для подачи воды
и ее циркуляции в
конструкции
7
8. 3. Организация проектирования металлических конструкций
Проектные решения по
металлическим конструкциям
входят в состав четвертого
раздела «Конструктивные и
объемно-планировочные
решения» проектной
документации
Правила выполнения проектной и рабочей
документации металлических конструкций ГОСТ 21.502-2007 «СПДС. Правила выполнения
проектной и рабочей документации
металлических конструкций»
8
Состав проектной документации конструкций
металлических:
пояснительная записка, содержащая выходные
проектные данные, основные технико-экономические
показатели и характеристики, являющиеся
критическими для безопасной и надежной
эксплуатации, нагрузки и воздействия на
металлические конструкции и другие необходимые
данные
чертежи общего вида металлических конструкций
здания или сооружения
чертежи узлов металлических конструкций
технические условия (при необходимости)
расчеты
9
Состав основного комплекта рабочих чертежей
металлических конструкций (марка КМ):
общие данные по рабочим чертежам КМ
сведения о нагрузках и воздействиях на конструкции
сведения о нагрузках на фундаменты
чертежи общего вида металлических конструкций здания
или сооружения (планы, разрезы, виды, фрагменты)
схемы расположения элементов металлических
конструкций
чертежи элементов металлических конструкций
чертежи узлов металлических конструкций
спецификация металлопроката
10
Рабочие чертежи КМ должны содержать необходимые и
достаточные данные для разработки деталировочных
чертежей металлических конструкций (марка КМД),
проекта производства работ и заказа металлопроката и
изделий из металла
Чертежи КМД обычно разрабатывают в конструкторском
бюро завода-изготовителя металлоконструкций с учетом
технологических особенностей завода
При проектировании металлических конструкций на
стадиях КМ и КМД должны учитываться требования к
металлическим конструкциям, а также должны быть
разработаны мероприятия по защите металлоконструкций
от отрицательных воздействий
16
Проблемы и перспективы развития металлических конструкций в промышленных зданиях
Металлические конструкции применяются сегодня во всех видах зданий и инженерных сооружений, особенно если необходимы значительные пролеты, высота и нагрузки. [1, с.17]
Металлические конструкции имеют следующие достоинствами, позволяющими их применять в разнообразных сооружениях:
1. Надежность металлических конструкций обеспечивается сходством их действительной работы (распределение напряжений и деформаций) с расчетными предположениями. Материал металлических конструкций обладает большой однородностью структуры и достаточно близко соответствует расчетным предпосылкам об упругой или упругопластичной работе материала.
2. Легкость – из всех изготавливаемых несущих конструкций металлические конструкции являются наиболее легкими.
3. Непроницаемость – металлы обладают не только значительной прочностью, но и высокой плотностью – непроницаемостью для газов и жидкостей. Плотность металла и его соединений, осуществляемых при помощи сварки, является необходимым условием изготовления и возведения конструкций [1, с.23].
4. Металлические конструкции легко транспортируются и хорошо поддаются механизированному монтажу.
5. Удобны в эксплуатации, легко ремонтируются, могут быть приспособлены к изменениям технологических условий производства.
6. Использование металлических конструкций обеспечивает короткие сроки возведения зданий.
Долговечность и сохранение работоспособности металлических конструкций при условии их правильного расчета и конструирования, высококачественного изготовления и возведения, надежной защиты от воздействия коррозии, может исчисляться сотнями лет [2].
Металлические конструкции имеют следующие недостатки, ограничивающие их применение:
1. Коррозия – не защищенная от действия влажной атмосферы, а иногда загрязненная агрессивными газами сталь корродирует (окисляется), что постепенно приводит к ее полному разрушению. При неблагоприятных условиях это может произойти через два-три года. Повышение коррозионной стойкости металлических конструкций достигается путем включения в сталь специальных легирующих элементов, периодическим покрытием конструкций защитными пленками, а также выбором рациональной конструктивной формы элементов (без щелей и пазух, где могут скапливаться влага и пыль), удобной для очистки и защиты.
2. Небольшая огнестойкость – у стали при температуре около 200° С начинает снижаться модуль упругости, а при температуре 600° С сталь полностью переходит в пластическое состояние. Поэтому металлические конструкции зданий, опасных в пожарном отношении должны быть защищены огнестойкими облицовками [1, с.23-24].
Одним из распространенных видов объектов, при строительстве которых применяются металлические конструкции, являются промышленные здания. Конструкции одноэтажных промышленных зданий выполняются в виде цельнометаллических или смешанных каркасов, в которых по железобетонным колоннам устанавливаются металлические конструкции покрытия здания ("шатер") и подкрановые пути. Цельнометаллические каркасы в основном применяются в зданиях с большими пролетами, высотами и оборудованных мостовыми кранами большой грузоподъемности. Каркасы промышленных зданий являются наиболее сложными и металлоемкими конструктивными комплексами. [1, с.18]
Во второй половине XX века в России построено и введено в эксплуатацию большое количество промышленных зданий. Учитывая то, что строительство промышленных зданий было массовым, в них имели место дефекты конструкций, связанные с ошибками проектирования и нарушениями технологического процесса монтажа. Кроме того, эксплуатация металлических конструкций осложнялась существенными статическими и в некоторых случаях динамическими воздействиями.
Таким образом, можно выделить следующие основные проблемы конструкций промышленных зданий:
- ошибки проектирования промышленных зданий;
- дефекты материала или конструкции;
- дефекты монтажа конструкции (например, при обследовании одного из цехов ООО «Пензхиммаш» в г.Пенза обнаружено, что опорный раскос фермы вместо двух уголков общей площадью А=39,4см 2 (100%) выполнен из уголков общей площадью А факт =17,56см 2 (44,6%) , что привело к деформации фермы в целом (рис.1)[3];
Рис.1 Аварийное состояние ферм одного из цехов ООО «Пензхиммаш»
- повреждения, возникшие в ходе неправильной эксплуатации;
- повреждения от статических и динамических нагрузок;
- повреждения от неправильной установки ремонтного оборудования;
В настоящее время состояние конструкций вызывает большие опасения с точки зрения их надёжной эксплуатации. Часть этих конструкций находятся в аварийном или предаварийном состоянии, так как на стадии проектирования, строительства и эксплуатации были допущены нарушения.
Исходя из исторического опыта возможным способом решения сохранения рабочей площади промышленных зданий, может быть их реконструкция путем пристройки новых цехов или строительства цехов на месте обрушения.
Модернизация старых зданий под новое производство более рентабельна, чем строительство с нуля нового завода, так как на месте старых промышленных зон уже есть здания и необходимые коммуникации. По мнению специалистов, капитальный ремонт и переоснащение старых цехов стали самым распространенным способом возрождения производства в регионах.
В некоторых случаях в промышленном строительстве выгоднее не реконструировать, а возводить с "нуля". Причем для такого рода зодчества теперь основным заказчиком является не государство, как ранее, и не частный инвестор–физическое лицо, как в жилищном строительстве, а средний и малый бизнес, ориентированный на быстрый оборот инвестиций.
Предприниматели заняты сейчас строительством, в первую очередь, складов, ангаров и грузовых терминалов. Вслед за бурным развитием ритейлерских сетей стала ощутимой острая нехватка таких помещений, и на спрос живо отреагировал строительный комплекс. В стране возводятся объекты пищеперерабатывающей промышленности, автосборочные цеха. Важнейшим направлением промышленного строительства сегодня стало сооружение выставочных и ярмарочных корпусов. Свою нишу в промышленном строительстве занимает и возведение автозаправок, количество которых продолжает увеличиваться.
Сегодня основные черты промышленного строительства строятся из облегченных металлоконструкций. При этом приоритетом является функциональность строений, экономия затрат на строительство за счет сокращения его сроков и усилий на капитальную подготовку тяжелых фундаментов, поскольку в современных условиях эффективность инвестиций - основополагающий фактор любой бизнес-активности.
К тому же, вес модульных стальных конструкций меньше, чем у кирпичных или бетонных блоков, и, соответственно, не так уж велики нагрузки на фундамент. Это позволяет устанавливать их в сложных, не весьма подходящих для промышленного строительства участках города.
Легкие металлические конструкции – здания небольших пролетов, в которых ограждения выполнены с использованием тонколистового профилированного металла и облегченного синтетического утеплителя, что позволяет снизить расход металла в 1,5- 2 раза, а общую массу здания в 3-4 раза по сравнению с традиционными конструкциями, что, в свою очередь, способствует снижению общих трудозатрат в 1,3 – 1,5 раза (рис.2). Характерным для ЛМК является их комплектная поставка на строительную площадку, т.е. поставляются как несущие, так и ограждающие конструкции и в ряде случаев технологическое оборудование, что позволяет сдавать здание «под ключ».
Рис. 2 Здание из легких металлических конструкций
Таким образом, металлические конструкции имеют широкое распространение в строительстве. Некоторые здания невозможно было бы создать без использования металла. Но, как и все остальные конструкции, металлические, имеют ряд недостатков, которые существенно усложняют процесс их эксплуатации. Наибольшее распространение эти конструкции получили в строительстве промышленных зданий. Это объясняется тем, что металл обладает незаменимым набором качеств, которые и позволяют его так широко применять в данной области. Перед учеными стоит задача совершенствования материалов и конструкций (особенно в части их защиты от внешних воздействий).
Беленя Е.И. Металлические конструкции, издание 6-е переработанное и дополненное. М.: Стройиздат, 1986. 594с.
Основные термины (генерируются автоматически): конструкция, здание, промышленное строительство, строительство, общая площадь, ошибка проектирования, цех ООО.
Читайте также: