Оптимизация строительных конструкций

Оптимизация строительных конструкций

1. Методы определения веса конструкции

В общем случае вес любого сооружения можно представить как сумму весов основных (несущих) и вспомогательных конструкций. К основным конструкциям относятся колонны, стропильные и подстропильные фермы, ригели, подкрановые балки, прогоны или другие несущие элементы. К вспомогательным конструкциям относятся связи покрытия, связи по колоннам, элементы фахверка, переплеты, фонарные конструкции, лестницы и площадки, рельсы с элементами крепления и т.д.

В соответствии с этим вес сооружения запишем в математической форме

Go=∑Gо.кnо.к+∑Gв.кnв.к,

где Gо.к, Gв.к – вес основной и вспомогательной конструкции данного типа;

nо.к., nв.к. –количество основных и вспомогательных конструкций данного типа.

Вес одной несущей конструкции рассчитывается по такому же принципу с учётом строительных или конструктивных коэффициентов.

Приведём примеры определения веса несущих конструкций колонны и фермы.

1.1 Определение веса колонны

Требуется определить массу нетиповой крайней колонны промышленного здания, ступенчатого типа высотой Нк (рис.1). Предположим, что подкрановая часть колонны сквозная, подкрановая ветвь состоит из составного сварного двутавра, шатровая - из составного швеллера, состоящего из универсальной полосы и двух уголков. Расчетное сопротивление определяется в зависимости от типа стали по табл. 1(прил.1): для подкрановой части колонны R1; для надкрановой R11. Отобразим нагрузки, действующие на колонну: W - давление ветра; Q -давление кранов на колонну; Р - давление ригеля.

Принимаем длину подкрановой части колонны равной h1=0,7∙Нк(м), тогда длина надкрановой h2= Нк -0.7∙Нк (м), соответственно их ширина равна 0,1∙h1=с1(м) и 0,1∙h2=е2(м);

соотношение длины надкрановой части и всей колоны л=h2/Нк;

соотношение жёсткостей Ю=I2/I1;

ядровое расстояние:

подкрановой части с=0,5е (для нессиметричного двутавра и сквозного сечения из 2-х ветвей);

надкрановая части с=0,4е (для симметричного сварного двутавра

Рис.1. Расчетная схема колонны

эксцентриситеты: давления кранов для подкрановой части Zk=0,4e1;

давления ригеля для надкрановой части

Zр = e1-Zk-

Коэффициент продольного изгиба ф1 и ф2 определяется по формуле:

ф =1-в(n∙k∙h)2/(104с∙z),(1)

где к - коэффициент приведения расчетной длины подкрановой или надкрановой части колонны, равный для рам с шарнирным опиранием ригеля соответственно 2,5 и 3; n =1,3 - коэффициент, учитывающий влияние решетки в сквозной колонне, для сплошной колонны n=1; Z -расстояние от центра тяжести сечения до наиболее сжатой ветви: для несимметричного сечения Z=0,5е1; b- коэффициент, зависящий от класса прочности стали, определяемый по табл.2, (прил.1).

характеристики сечения для подкрановой части

от давления кранов x1кр=(k1∙zк++n∙k11∙Н)/(с1∙h1);(2)

от давления ригеля x1р=(zр+)/( с1∙h1);(3)

от давления ветра x1w=k111∙Н/( с1∙h1),(4)

где коэффициенты k1,k11,k111 принимаем в зависимости от типа закрепления верхнего конца и соотношения жесткостей верхней и нижней части колонны по табл.З.(прил.1).

Масса подкрановой части без учета строительного коэффициента:

G1 =(xlKP∙P+X1с∙Q +x1w∙W)∙(г∙h2/R1)∙с,(5)

где с - учитывает увеличение массы колонны за счет влияния собственной массы и равный в среднем 1,03; Р - давление ригеля; W - давление ветра; Q-давление кранов на колонну; г- удельный вес металла.

Характеристики сечения для надкрановой части:

от давления кранов x11кр=(k1∙zk+ n∙k11∙Н)/ (с2∙h2);

от давления ригеля x11р=( с2/ ф2)/ (с2/ h2);

от давления ветра x11= k111∙Н/(с2∙h2).

Масса надкрановой части без учета строительного коэффициента:

G11=( x11кр∙Pкр+ x11р∙Q+x11w∙W)∙( г∙h22/R11)∙с

Полная масса колонны:

G=(G1+G11)∙ш,(6)

где ш - строительный коэффициент, равный для колонны данного типа 1,7.

2. Методы определения трудоемкости изготовления при вариантном проектировании

Конструктивная форма металлических конструкций с точки зрения влияния ее на трудоемкость характеризуется производственными показателями.

Показатели проекта конструкций, характеризующие его качество с точки зрения трудоемкости, можно разбить на две группы.

К первой группе показателей принадлежат: количество конструкции; степень типизации и стандартизации, определяющая в свою очередь серийность; вес сооружения, отнесенный к геометрическому измерителю.

Ко второй группе показателей относят: количество деталей, сборочных марок, отверстий, сварных швов; показатели, характеризующие трудоемкость резки, строгания и т. д.

2.1 Определение трудоемкости изготовления колонны

Определить трудоемкость изготовления колонны крайнего ряда ступенчатого типа по следующим данным пункта 1.1: масса колонны G (т), в том числе масса основных деталей подкрановой части G1(т), масса основных деталей надкрановой части G11(т). Массу ветвей принимаем одинаковой. На основании опыта проектирования предполагаем, что масса полосы G1 /2∙1/3, масса уголка – G1 /2∙2/3.

Определим трудоемкость обработки основных деталей подкрановой части.

Основных деталей подкрановой ветви три, масса средней детали G1 /(2-3).

Трудоемкость обработки деталей подкрановой ветви: Тр6п.в. = 3∙1,1 =3,3 (чел.-ч),

где 1,1 чел. - ч — трудоемкость обработки одной листовой детали (без отверстий) по табл. 7 (прил.1).

Трудоемкость обработки деталей шатровой ветви: Тобш.в.= 1,1+2∙0,28= 1,66 чел.-ч, где 0,28 чел.-ч — трудоемкость обработки одного уголка (без отверстий) по табл. 8. (прил.1).

Трудоемкость обработки основных деталей подкрановой части:

Т1об. =3,3+ 1,66 ≈5 чел.-ч.

Трудоемкость обработки основных деталей надкрановой части:

Т"0б= 3∙1,32≈ 4 чел.-ч,

где 1,32 чел.-ч —трудоемкость обработки одной листовой детали массой G11 / 3 ( т) с пятью отверстиями (табл.7).

Трудоемкость обработки всех основных деталей колонны:

Тобо.=Т1об.+Т11об

Трудоемкость сборки и сварки определяем в предположении, что надкрановая часть и подкрановая ветвь подкрановой части собираются в кондукторе и свариваются автоматом; шатровая ветвь собирается по разметке и сваривается полуавтоматом (длина всех деталей менее 12 м)

Tобо = 3∙0,37 + 3∙0,32 + 3∙0,43=3,4 (чел.-ч),

где 0,37; 0,32 и 0,43 чел.-ч — соответственно трудоемкость сборки одной детали надкрановой части, подкрановой и шатровых ветвей по табл. 8 .

Длина швов в надкрановой части ∑lшвн.ч м, катет шва (конструктивно) 8 мм, длина швов в подкрановой и шатровой ветви ∑lшвн.ч м.

Трудоемкость сварки

Тсво = ∑lшвн.ч ∙0,08+∑lшчвп∙0,1∑lшчвп ∙0,93 = 10,0 чел.-ч.

При строительном коэффициенте массы 1,7 найдем строительные коэффициенты операций по табл. 7 и 9. Число вспомогательных деталей при коэффициенте детальности 8 (см. табл. 9) равно: 9∙8 = 72: шобТ= 2,6; шобТ=2,93; шобТ=2,7 (сварка вспомогательных деталей производится полуавтоматом).

Тогда трудоемкость изготовления колонны определяется по формуле:

Т=kН.Р.( шобТ∙Тобо+ Тобо+ ш ∙Т+ ш∙Т)