Навигация:
Главная → Все категории → Совершенствование промышленных зданий

Совершенствование несущих конструкций зданий


Совершенствование несущих конструкций зданий

В современных условиях в нашей стране несущие конструкции выполняются главным образом из железобетона и стали. При пролетах до 24 м и высоте менее 15 м 1-этажных зданий и при пролетах до 12 м многоэтажных зданий каркасы из железобетона в большинстве районов страны в настоящее время дешевле остальных. Можно полагать, что и в перспективе такое соотношение стоимости железобетонных и стальных конструкций сохранится, что позволит утверждать, что и в будущем железобетон сохранит свою ведущую роль в строительстве массовых производственных зданий.

Область применения стальных несущих конструкций относится к большепролетным (более 24 м) и высоким зданиям, а также при строительстве в районах Крайнего Севера, пустынных, полупустынных, высокогорных и других отдаленных и малоосвоенных районах, не имеющих достаточно развитых баз строительной индустрии, а также в районах с сейсмичностью 8—9 баллов. В перечисленных условиях промышленного строительства стальные несущие конструкции дешевле железобетонных. Весьма эффективным направлением использования стальных несущих конструкций является строительство легких зданий, где они сочетаются с легкими ограждениями. Эффективность легких несущих и ограждающих конструкций с точки зрения транспортабельности иллюстрируется такими расчетными данными: для перевозки конструкций, необходимых для строительства 1000 м2 здания на расстояние 100 км автомобилями грузоподъемностью 8 т, требуется при железобетонных конструкциях 76 машин, а при легких— 11. При этом соответственно (примерно в 8 раз) уменьшаются расход горючего и стоимость перевозки.

Структура площадей промышленных зданий с каркасами из различных материалов в настоящее время и характер ее изменения в XII-й пятилетке приведены ниже. Удельный вес площадей зданий полнокаркасных и с неполным каркасом в настоящее время составляет 80%. Следует полагать, что каркасные здания составят не менее 90%. Каркасы из железобетона в настоящее время составляют 54%, следует полагать, что их удельный объем сократится, вместе с тем удельный объем площадей зданий со стальным каркасом, составляющий сейчас 21%, увеличится. Смешанный каркас (стальные колонны и фермы в сочетании с железобетонными плитами покрытий), составляющий в настоящее время 5%, возрастет до 10%. Площадь легких зданий, составляющая в настоящее время 4%, увеличится до 12%. Наряду с этим должен уменьшиться удельный вес площадей каменных бескаркасных зданий с 14,5 до 7% и площадей рубленых деревянных зданий — с 6 до 3%.

По мере развития производства сборного железобетона конструкции из него непрерывно совершенствовались. Этот процесс можно проследить, анализируя типовые конструкции, действовавшие в нашей стране на протяжении последних десятилетий.

Срок действия рабочих чертежей типовых железобетонных конструкций производственных зданий колеблется, как правило, в пределах 5—10 лет. За период с 1965 по 1980 г. произошла замена большинства типовых конструкций, что является следствием повышения прочности бетона и стали, совершенствования конструктивных форм, норм проектирования и методов расчета, технологии изготовления и др.

Новые конструкции должны иметь, как правило, лучшие технико-экономические показатели. Однако изменение этих показателей для различных типов конструкций различно, поэтому и представляет интерес динамика изменений показателей различных конструкций.

Изучение изменений технико-экономических показателей типовых конструкций и причин, их вызывающих, окажет существенную помощью в совершенствовании этих конструкций.

Наиболее общая картина изменений технико-экономических показателей типовых конструкций может быть получена на основе сравнения их средневзвешенных показателей, выведенных при сопоставлении полных номенклатур с учетом доли применения всех марок этих конструкций.

Сравнение отдельных марок конструкций может в ряде случаев давать противоположные результаты. Связано это в основном с тем, что несущая способность конкретной марки, выбираемой по ключу подбора конструкций, чаще всего больше нагрузки, принятой в реальном проекте. Причем в разных сериях это превышение различно и определяется степенью унификации конструкций: одна и та же марка конструкции назначается для нескольких нагрузок, и только одна из них совпадает или близка к несущей способности этой марки. При сопоставлении по средневзвешенным показателям влияние степени унификации конструкций и других случайных факторов в целом на номенклатуру уменьшается. Однако недостаток такого сопоставления в том, что эти показатели — в определенной мере усредненные, поэтому достаточно полная картина не может быть получена без сопоставления также и отдельных марок конструкций. Именно при таком сопоставлении видно влияние степени унификации конструкций на показатели для отдельных случаев нагрузок и других параметров: чем больше число сопоставляемых марок, тем полнее картина сопоставления.

На основе выполненного таким образом сопоставления изменений технико-экономических показателей типовых железобетонных конструкций за 1965—1980 гг. можно сделать следующие выводы.

По плитам покрытий размером 3 X 12 м: расход бетона на плиту увеличился на 6—12%, расход стали уменьшился на 15—30%, изменение стоимости колеблется от удешевления на 10% до удорожания на 5%. Увеличение расхода бетона вызвано в основном утолщением по условиям изготовления полки плиты с 25 до 40 мм. Уменьшение расхода стали в значительной мере связано с совершенствованием норм проектирования и, в частности, с увеличением расчетного сопротивления напрягаемой арматуры. Повышение наибольшей несущей способности плит 3 X 12 м позволило, применяя эти плиты взамен плит 1,5 X 12 м, получить уменьшение расхода бетона и стали на плиты на 30% и снижение их стоимости на 15%. Увеличение несущей способности плит достигнуто в основном в результате повышения марок бетонов до М600.

По плитам покрытий размером 3 X 6 м: расход бетона увеличился на 15%, расход стали уменьшился на 15—20%, стоимость возросла до 5%. Причины изменений показателей такие же, как для плит 3 X 12 м.

По стропильным сегментным фермам для скатной кровли за рассматриваемый период уменьшение показателей бетона, расхода стали и стоимости составляет в среднем соответственно около 20, 25 и 15%.

Экономический эффект достигается в результате увеличения числа марок ферм, в том числе предназначенных для плит шириной 3 м, разработки более подробных ключей подбора, более широкого применения бетонов повышенных и высоких марок и высокопрочных сталей, совершенствования норм проектирования, в том числе увеличения расчетных сопротивлений напрягаемой и ненапрягаемой арматуры.

По стропильным решетчатым балкам пролетом 18 и 12 м для скатной кровли для балок, предназначенных для неагрессивной среды, расход бетона уменьшился до 17%, расход стали — на 10—40%, стоимость снизилась на 15— 20%.

С увеличением степени агрессивности среды эта разница показателей уменьшается: для слабоагрессивной среды — примерно вдвое по расходу стали и в 1,5 раза по стоимости; для среднеагрессивной среды — до нулевой по расходу стали и вдвое и более по стоимости.

По стропильным балкам пролетом 6 и 9 м; расход бетона уменьшился на 10—25%, расход стали на 30—60%, стоимость снизилась на 15—45%. Уменьшение показателей связано в основном с заменой рабочей арматуры класса A-II арматурой класса A-III и напрягаемой арматурой, оптимизацией сечений балок и, в частности, заменой таврового сечения двутавровым для балок пролетом 9 м.

По подстропильным фермам: расход бетона не изменился, расход стали уменьшился на 5—10%, стоимость снизилась на 2—4%.

По колоннам прямоугольного сечения для каркасов зданий без мостовых кранов: расход бетона уменьшился на 5—45%, расход стали — на 10—45%, стоимость снизилась на 10—40%. Уменьшение показателей объясняется уменьшением сечений прямоугольных колонн, заменой для зданий с высотой помещений 10,8—14,4 м двухветвевых колонн колоннами прямоугольного сечения, новой методикой расчета колонн.

По колоннам торцевого фахверка: расход бетона уменьшился до 15%, расход стали — примерно в 3 раза, стоимость снизилась в 2—2,3 раза. Уменьшение показателей достигнуто в основном благодаря совершенствованию конструктивного решения фахверковых колонн (шарнирное опирание на фундамент, замена верхней стальной стойки железобетонной).

Дальнейшее совершенствование несущих железобетонных конструкций будет осуществляться в нашей стране по следующим основным направлениям:
-- за счет применения высокопрочного тяжелого и легкого бетонов и высокопрочной арматуры;
-- приближения расчетных схем к действительным условиям работы конструкций;
-- оптимизации конструкций в зависимости от условий их применения и изготовления;
-- повышения технологичности конструкций с точки зрения их изготовления, транспортирования и монтажа.

В последние годы в нашей стране отмечается некоторое отставание в развитии технологических процессов производства сборных железобетонных конструкций для массового промышленного строительства, что препятстсвует внедрению прогрессивных типов конструкций, повышению их качества и снижению материалоемкости. Так, не находят применения колонны двутаврового сечения, эффективные двутавровые балки покрытий вытесняются балками прямоугольного сечения с отверстиями (решетчатыми), в плитах покрытий увеличена толщина полки из-за плохой фиксации положения арматурной сетки, чрезвычайно слабо внедряются конструкции из легкого конструкционного бетона вследствие низкого качества пористых заполнителей, а также конструкции из тяжелого бетона повышенных марок. Не уделяется должного внимания совершенствованию опалубочных форм, что приводит к большой их металлоемкости.

Вместе с тем за рубежом в этой области имеются определенные достижения, особенно по стендовой технологии изготовления. Многие фирмы применяют высокопроизводительное формовочное оборудование, например при изготовлении на стендах многопустотных плит методом безопалубочного формования, а также различных длинномерных конструкций (плит, балок и др.).

Назрела насущная необходимость начать работы, направленные на коренное улучшение технологии и оборудования для производства сборных железобетонных конструкций для массового промышленного строительства с целью как улучшения показателей работы предприятий сборного железобетона, так и создания условий для широкого внедрения в строительство эффективных конструкций.

Работы эти должны проводиться организациями, занимающимися исследованиями и разработками в области технологии сборного железобетона и оборудования для изготовления конструкций, совместно с организациями, разрабатывающими сборные железобетонные конструкции для массового строительства. Так, выполненные исследования показали, что при производстве сборных железобетонных конструкций с использованием способов непрерывного формования (фирма «Макс Рот») по сравнению с существующей технологией на поточно-агрегатных и конвейерных линиях существенно улучшаются качество продукции, культура производства и условия труда рабочих. При этом выпуск готовой продукции на одного рабочего повышается на 20—30%, устраняются трудоемкие операции сборки и разборки форм, распределение бетонной смеси осуществляется на форме и т. п.

Совершенствование металлических конструкций, в том числе для массового промышленного строительства, базируется на известных принципах советской конструктивной школы, сформулированных академиком Н. П. Мельниковым. Важнейшими из этих принципов являются: предварительное напряжение металлических конструкций, концентрация металла в конструктивной форме, применение растянутых поверхностей, совмещение в конструкции нескольких функций. Расчеты, выполненные институтом ЦНИИ-проектстальконструкция, показывают, что реализация упомянутых принципов при проектировании, изготовлении и монтаже стальных конструкций может обеспечить за пятилетие экономию примерно 3 млн. т стали, 35 тыс. чел.-лет трудозатрат и около 1 млрд. руб.

Предварительное напряжение позволяет регулировать напряженное состояние по желаемому направлению проектирования, следовательно, этот метод расширяет возможности экономически выгодного использования сталей повышенной и высокой прочности.

Метод предварительного напряжения металлических конструкций сводится к созданию напряжений, уравновешивающихся внутри объема конструкций и повышающих их несущую способность. Это достигается созданием в конструкции усилий, обратных по знаку усилиям от эксплуатационной нагрузки. Многообразие методов преднапря-жения предопределяет широкую область применения предварительно напряженных металлических конструкций. Внедрение, например, преднапряженных ферм пролетом 40—80 м обеспечивает экономию металла по сравнению с фермами без предварительного напряжения на 30—40%. В ЦНИИпроектстальконструкции созданы также новые преднапряженные конструкции широкой номенклатуры. Разработаны сплошностенчатые балочные конструкции в виде однопролетных и многопролетных неразрезных систем с предварительно напрягающимися стержнями в виде затяжек из высокопрочной проволоки. Разработана конструкция сложных балок, образованных выгибом полусечения или горизонтальных поясов в процессе изготовления. Хорошие эксплуатационные качества показали неразрезанные предварительно напряженные балочные системы. Разработаны конструкции биометаллических балок из высокопрочной стали, предварительное напряжение которых повышает область упругой стадии их работы почти до исчерпания несущей способности.

Концентрация материала в основных несущих конструкциях является эффективным способом экономии материалов. Так, с ростом объема доменной печи от 1 до 5 тыс. м3 снижается расход металла на единицу продукции более чем на 20%, а увеличение мощности атомного реактора с 200 тыс. до 1 млн. кВт значительно снижает затраты на единицу отрабатываемой электроэнергии.

Особенность формообразования висячих систем покрытий из растянутых поверхностей заключается в использовании гибких нитей с нулевой жесткостью. Нить способна менять форму в зависимости от характера воздействия нагрузок. При этом можно использовать различные способы стабилизации и получить разнообразные решения комбинированных систем. Значительное повышение технико-экономических показателей достигается применением в растянутых поверхностях тонких листов или тросов из высокопрочных сталей.

При создании конструкции в них возможно совмещать две или несколько функций, например технологических и несущих. Практика проектирования конструкций за последнее десятилетие обогатилась оригинальными решениями подкраново-подстропильных ферм и подкраново-стропильных. Подкраново-подстропильные фермы применены в кислородно-конвертерных цехах с конвертерами объемом 350—400 т на Череповецком, Новолипецком, Западно-Сибирском металлургических заводах и на заводе «Азовсталь». Подкраново-стропильные фермы применены на Волгодонском заводе «Атоммаш».

Выполненные в последнее время исследования показали, что применение клееных деревянных, конструкций экономически целесообразно в зданиях, производства которых создают агрессивную среду для железобетонных и стальных конструкций. В этих условиях может быть достигнуто снижение приведенных затрат до 30%. Помимо эффекта от снижения эксплуатационных расходов применение клееных деревянных конструкций в покрытиях позволяет снизить расход стали в целом на здание до 80%, а также расход бетона и стали на колонны и фундаменты. При этом трудоемкость монтажных работ снижается в среднем на 30%, что создает условия для сокращения сроков строительства или экономии трудовых ресурсов. Получаемое за счет этого ускорение ввода в действие объектов со стоимостью основных фондов более 600 руб/м2 может оправдать увеличение единовременных затрат, обусловленное применением клееных деревянных конструкций, даже в зданиях без агрессивной среды.

Следует также иметь в виду, что применение конструкций клееной древесины как нерудного материала позволяет обеспечить экономию энергоресурсов при их изготовлении. За счет сравнительно небольшой массы деревянных конструкций уменьшается расход энергии и при их монтаже.

Перечисленные выше особенности клееных деревянных конструкций делают перспективным широкое развитие их производства для нужд массового промышленного строительства. Производство деревянных клееных конструкций на крупных специализированных предприятиях мощностью до 50 тыс. м3, а в отдельных случаях и более по усовершенствованной технологии, с использованием высокоадгезионных клеев, автоматических линий и автоматизированных систем контроля сырья и продукции позволит резко повысить качество и снизить стоимость изделий.

Похожие статьи:
Пути снижения энергетических затрат при эксплуатации промышленных зданий

Навигация:
Главная → Все категории → Совершенствование промышленных зданий

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум