Духовный М.Д. - Металлические конструкции промышленных зданий и сооружений

В Справочнике «Металлические конструкции промышленных зданий и сооружений» изложены сведения и рекомендации, необходимые при проектировании строительных конструкций из Стали и алюминиевых сплавов для промышленных зданий и сооружений.

Раздел I содержит общие _ сведения о стали для строительных конструкций и ее полуфабрикатах, а также общие положения расчета и конструирования стальных конструкций.  Разделы II; III, IV и V посвящены проектированию Стальных конструкций одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий, больше - пролетных покрытий, листовых конструкций (доменные печи, газгольдеры, резервуары, бункера и силосы, газопроводы) и высотных сооружений типа мачт и башен.

Раздел VI рассматривает вопросы изготовления, транспортирования, монтажа и экономики стальных конструкций. Раздел VII дает общие сведения об алюминиевых сплавах, расчетах конструкций из алюминиевых сплавов и их проектировании.

Раздел VIII освещает вопросы проектирования предварительно напряженных конструкций. Справочник предназначается для инженерно-технических работников, занятых проектированием, изготовлением и монтажом металлических конструкций, а также студентов инженерно-строительных институтов.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящем справочнике рассматриваются основные вопросы выбора рациональных конструктивных форм зданий и сооружений и освещаются вопросы современного состояния и дальнейшего развития металлических конструкций. В справочнике сжато и систематизированно изложены основные положения и. данные, необходимые при проектировании металлических конструкций. Предполагается, что проектировщик, разрабатывая те или иные конструктивные формы, будет руководствоваться при решении инженерных задач основными принципами и методами, созданными передовой советской школой проектирования металлических конструкций, прошедшей большой путь развития и в настоящее время занимающей ведущее место в мировой строительной технике.

Начало применения в России металлических конструкций относится к XVIII в., но более широкое применение и развитие они получили в XIX в. К началу XX в. отечественными инженерами были созданы рациональные конструктивные формы сооружений из стали, оригинальные по замыслу и выбранные на основе анализа веса конструкций.

В советский период, к началу первой пятилетки, проектирование металлических конструкций основывалось на развитии лучших достижений отечественной и зарубежной строительной техники. Однако технические решения зарубежных школ проектирования металлических конструкций промышленных зданий и сооружений во многом уступали решениям советской школы и не могли полностью отвечать требованиям, основанным на комплексном изучении факторов, определяющих выбор наиболее рациональных конструкций, их весовых, эксплуатационных и других показателей.

Объяснялось это тем, что одни зарубежные школы проектирования основывались на теоретическом расчете в выборе конструктивной формы и рассматривали каждое, сооружение как уникальное; другие школы, стремясь к максимальному снижению трудоемкости изготовления конструкций, /Приходили к примитивным решениям, утяжелявшим, конструкции.

Наша советская школа проектирования характеризуется аналитическим методом рассмотрения поставленных задач и решением их на основе трех ведущих принципов экономии металла, снижения трудоемкости изготовления и упрощения монтажа, чем обеспечивается снижение стоимости и сокращение сроков строительства при одновременном удовлетворении всех других требований.

Анализируя конструктивные формы сооружений из металла, можно отметить три периода в их развитии:

1. Дореволюционный — когда выбор конструктивной формы был подчинен экономии металла и основан на теоретически оптимальной схеме, чему особенно способствовало широкое развитие строительной механики в конце XIX'и начале XX вв.

2. Послереволюционный - когда выбор конструктивной формы, также подчиняясь, принципу экономии металла, испытывал влияние перехода от кустарных способов изготовления и монтажа к механизированным. Несоизмеримые по сравнению с прошлым масштабы строительства, положив начало индустриальному изготовлению металлических конструкций, выдвинули проблему резкого увеличения. выпуска металлических конструкций и снижения их трудоемкости на базе максимального использования современного оборудования заводов-изготовителей. В соответствии с развитием социалистической экономики нашей страны были поставлены новые требования, важнейшими из которых наряду с экономией металла становятся снижение трудоемкости изготовления и монтажа, а также обеспечение требуемой долговечности при значительно более сложных условиях эксплуатации. При выборе оптимальных технологических параметров, учете возможного возрастания нагрузок систематизации технологических требований и при необходимости повышения капитальности сооружений, обеспечивающей как моральную, так и физическую долговечность, стала необходимой совместная работа  проектировщиков и технологов. .В этот период был создан первый у нас в стране «Справочник по металлическим конструкциям». Однако его содержание было в то время ограничено расчетными таблицами и нормами проектирования.

3. Послевоенный — когда конструктивная форма наравне с требованием высокого качества металлических конструкций (в особенности в отношении физического и морального износа для обеспечения дальнейшего развития технологического процесса) подчинилась требованиям экономии металла, индустриализации изготовления и скоростного монтажа. На первый план выдвинулись, с одной стороны, вопросы стандартизации, основанные на использовании новейших методов производства (сварки, газовой резки, механической обработки на высокопроизводительных агрегатах и др.), а с другой — вопросы скоростного монтажа крупными блоками, основанного на превращении, строительного процесса в высокомеханизированную сборку отдельных укрупненных блоков.

Эти тенденции требовали создания конструктивных форм типовых сооружений, основанных на модульности многократно повторяющихся стандартных элементов, обеспечивающей серийное изготовление их на постоянных приспособлениях (автоматических установках, кондукторах, станках и т. д.). Развитие скоростного монтажа потребовало конструкций с простыми и надежными сварными монтажными соединениям и, обеспечивающими быструю установку и выверку элементов. При этом предусматривается разделение, сооружения на, монтажные, элементы, увязанное с методами и средствами монтажа, а также тщательная разработка системы монтажных допусков, приспособлений и узлов. Вместе с тем снижение трудоемкости, изготовления и монтажа сочетается с повышением капитальности и долговечности сооружений.

Аналитическая работа над, конструктивной формой становится предпосылкой развития конструкторской мысли советской школы проектирования. В силу этого нахождение оптимальной конструктивной формы и определение, законов ее образования, основываются как на, методе сравнения возможных оптимальных вариантов, так и на методе аналитического рассмотрения основных зависимостей изменения веса, трудоемкости и стоимости. При этом в начальной стадии выбора конструктивной формы применяется только сравнение вариантов, а в последующей стадии - аналитический метод установления оптимальных соотношений параметров конструктивной формы сооружения и его элементов.

Таким образом, в основу создания конструктивной  формы должны быть положены:

а) критическое сравнение и сопоставление возможных решений путем опытного проектирования;

б) анализ весовых и геометрических характеристик с точки зрения улучшения конструктивной формы;

в) вывод (аналитических зависимостей и формул законов изменения веса, трудоемкости изготовления и стоимости стальных конструкций;

г) выявление взаимосвязи методов расчета (статической работы) и формообразования отдельных элементов конструктивных схем;

д) влияние требований точности изготовления на конструктивную форму;

е) экспериментальная проверка.

В настоящий период развернутого строительства коммунизма основными факторами, определяющими формообразование металлических конструкций, являются, кроме требования технологии того или иного вида производства, наименьшего расхода металла на единицу объема сооружения и снижения трудоемкости изготовления и монтажа конструкций, также скорость возведения с наименьшей затратой времени на весь комплекс монтажа металлических конструкций агрегата, снижение себестоимости строительства и повышение производительности труда. Конструктивная форма здания и сооружения должна вытекать из условий технологического процесса и удовлетворять, определенным требованиям, важнейшими из которых являются: прочность, жесткость, устойчивость и долговечность здания или сооружения.

Прочность и жесткость основных несущих элементов обеспечивают наилучшие условия для данного технологического процесса. Прочность во времени обеспечивает физическую долговечность конструкций, которая должна сочетаться с моральной долговечностью в смысле обеспечения возможности эксплуатации на установленный период развития технологического, процесса без коренного изменения конструктивной формы.

Требования технологии в первую очередь определяют генеральные размеры общих габаритов конструкции. Выбирая оптимальные соотношения основных, параметров конструктивной формы, необходимо обеспечивать перспективное развитие технологического процесса с точки зрения размещения оборудования, увеличения . агрегатов и нагрузок (от кранов, давлений, температуры и др.).

. Требования экономичности предъявляются не только к несущим, но и к ограждающим металлическим конструкциям. Принимая принцип совмещения несущих и ограждающих функций в одной конструкции и тем самым концентрируя материал, можно достигнуть экономии металла.

Анализируя конструкции при помощи расчета, необходимо придавать элементам форму,, обеспечивающую прочность, малую деформативность и устойчивость при минимальных затратах металла. Правильное определение веса конструкций и установление оптимальных соотношений параметров при компоновке схем зданий и сооружений позволяют существенно снизить расход металла.

Значительные нагрузки на элементы сооружения выдвигают необходимость создания несущих конструкций, способных сконцентрировать в себе основную нагрузку, что позволяет наиболее эффективно применять сталь повышенной прочности и тем самым обеспечивает экономию металла.

Трудности, возникающие при разработке металлических конструкций зданий и сооружений, требуют особого внимания к выбору статических схем и методов расчета. Применение расчета по предельным состояниям, основанного на правильном выборе дифференцированных коэффициентов, учитывающих условия работы, характеристику материала и силовые воздействия, позволяет снизить вес конструкций.

Итак, конструктивная форма, сочетающая в себе несущие, и Ограждающие функции, применение принципа концентрации материала в основных мощных элементах и, наконец, выбор соответствующих статических схем и методов расчета наиболее полно отвечают требованиям экономии металла.

Для снижения трудоемкости' изготовления отдельных элементов на современных заводах металлических конструкций требуется компоновать различные объемно планировочные решения путем применения типовых и стандартных элементов, сокращать количество типоразмеров элементов сооружений, стремиться к максимальной взаимозаменяемости и повторяемости элементов и, наконец, применять поточные линии, кондукторы и другие приспособления, повышающие производительность труда:

Таким образом,, фактор снижения трудоемкости, изготовления металлических конструкций предопределяет основные решения их конструктивной формы в направлении соответствия возможностям и требованиям производства, повышения производительности труда и снижения стоимости изготовления.

Скоростное возведение сооружений путем перехода на сборное, поточное строительство стало основным принципом, позволяющим максимально механизировать производственный процесс и вести сборку сооружения из индустриальных крупноразмерных элементов. При этом конструкции должны состоять из крупноблочных элементов с простыми и надежными монтажными соединениями, обеспечивающими индустриальное изготовление конструкций в виде законченных монтажных элементов с необходимой точностью. Таким образом, методы высокомеханизированного монтажа обусловливают необходимость применения блоков больших габаритов и веса, что значительно упрощает монтаж, сокращает объемы сварочных работ и, следовательно, трудоемкость монтажа, а в конечном счете — сроки и стоимость строительства.

Наши проектировщики и монтажники основываются на следующих принципиальных предпосылках: ведение работ по Совмещенному скоростному графику; минимальная трудоемкость работ на высоте; применение монтажных механизмов большой производительности и  грузоподъемности и внедрение системы монтажа крупными блоками. Одновременно для эффективности использования всех преимуществ сборного строительства решающим является повышение качества изготовления конструкций, упрощение монтажных соединений и механизация установки отдельных элементов сооружений. Внедрение технологии монтажа укрупненными элементами позволяет совместить монтаж конструкций с возведением фундаментов, резко сократить общие сроки строительства и осуществлять на заводе-поставщике значительную часть трудоемких работ по пригонке, оболчиванию, сварке и клепке отдельных элементов. Это, о свою очередь, Обусловливает необходимость выбора конструктивных форм монтажных элементов в виде пространственных блоков, прочных и жестких при подъеме и установке. Все эти основные факторы формообразования часто противоречат друг другу. Задача проектировщика заключается в том, чтобы отыскать решение, в наибольшей степени сочетающее все эти требования, т. е. оптимальное решение, соответствующее современному развитию науки и техники в этой области.

Настоящий справочник базируется на основных достижениях передовой советской школы проектирования, а также современных методах изготовления и монтажа металлических конструкций. За последний период эти достижения характеризуются следующими данными:

а) снижение расхода металла на квадратный метр зданий и сооружений в течение последних 20 лет до 30—40%. В настоящее время средний расход металл» на один квадратный метр площади всех зданий с металлическим каркасом составляет 125 кг/м2;

б) уменьшение трудоемкости изготовления на 45— 60% против 1929 г.;

в) повышение выработки на одного рабочего более чем в 4 раза против 1938 г.;

г) уменьшение трудоемкости монтажа на 60% против 1938 г.

Грандиозная перспектива строительства в СССР на ближайшие 20 лет требует всестороннего развития строительной индустрии и в первую очередь сборного железобетона, объёмы производства которого возрастут примерно в 10 раз. Это позволит в значительной степени заменить металлические конструкции там, где они менее целесообразны.

Проблемы дальнейшего развития металлических конструкций тесно связаны с намеченным программой КПСС ростом, строительной индустрии и техническим прогрессом металлургической промышленности и сварочного производства, что обеспечивает значительное увеличение выпуска стали повышенной и высокой прочности, легких алюминиевых и других сплавов, а также более рациональных профилей проката для строительства. 'Развитие сварочного производства на основе применения наиболее прогрессивных методов машинной сварки позволит обеспечить выпуск сварных профилей различной формы и организовать поточное их производство.

...