Контрольная работа: 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

G_o =∑G_о.к n_о.к +∑G_в.к n_в.к ,

где G_о.к, G_в.к – вес основной и вспомогательной конструкции данного типа;

n_о.к., n_в.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 Н_к (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∙Н_к (м),тогда длина надкрановой h₂ = Н_к -0.7∙Н_к (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 /Н_к ;

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 Z_k =0,4e₁ ;

давления ригеля для надкрановой части

Z_р = e₁ -Z_k -

Коэффициент продольного изгиба ф₁ и ф₂ определяется по формуле:

ф = 1-в(n∙k∙h)² /(10⁴ с∙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 сечениядля подкрановой части

от давления кранов x¹ _кр =(k¹ ∙z_к ++n∙k¹¹ ∙Н)/(с₁ ∙h₁ );(2)

от давления ригеля x¹ _р =(z_р +)/( с₁ ∙h₁ );(3)

от давления ветра x¹ _w =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 =(x^l _KP ∙P+X¹ _с ∙Q +x¹ _w ∙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 x¹¹ _кр =(k¹ ∙z_k +n∙k¹¹ ∙Н)/ (с₂ ∙h₂ );

от давления ригеля x¹¹ _р =( с₂ /ф₂ )/ (с₂ /h₂ );

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

Масса надкрановой части без учета строительного коэффициента:

G¹¹ =(x¹¹ _кр ∙P_кр + x¹¹ _р ∙Q+x¹¹ _w ∙W)∙( г∙h₂ ² /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 G ¹ (т), масса основных деталей надкрановой части G ¹¹ (т). Массу ветвей принимаем одинаковой. На основании опыта проектирования предполагаем, что масса полосы G¹ /2∙1/3, масса уголка – G ¹ /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: Т^р6 _п.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: Т^об _ш.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:

Т¹ _об. =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 G ¹¹ / 3 ( т) с пятью отверстиями (табл.7).

Трудоемкость обработки всех основных деталей колонны:

Т^об _о. =Т¹ _об. +Т¹¹ _об

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)

T^об _о = 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 ∑l_шв ^н.ч м, катет шва (конструктивно) 8 мм, длина швов в подкрановой и шатровой ветви ∑l_шв ^н.ч м.

Трудоемкость сварки

Т^св _о = ∑l_шв ^н.ч ∙0,08+∑l_ш ^ч _в ^п ∙0,1∑l_ш ^ч _в ^п ∙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: ш^об _Т = 2,6; ш^об _Т =2,93; ш^об _Т =2,7 (сварка вспомогательных деталей производится полуавтоматом).

Тогда трудоемкость изготовления колонны определяется по формуле:

Т=k_Н.Р. ( ш^об _Т ∙Т^об _о + Т^об _о + ш∙Т+ ш∙Т)