Объемные конечные элементы в реконструируемых зданиях Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10/2017 ISSN 2410-6070_

3. Садыков А.В. К расчету лучистых тепловых потоков в прямоугольных областях методом дискретных ординат // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2016. №3-4. С.13-21.

4. Smith T. F., Shen Z.F., Friedman J.N. Evaluation of Coefficients for the Weighted Sum of Gray Gases Model // J. Heat Transfer. 1982. №104. P. 602-608.

© Садыков А.В., Абдуллин А.М., 2017

УДК 539.3

Д.Е. Страхов

к.т.н, доцент КГАСУ, г.Казань, РФ Е-mail: strachovde@ mail.ru Сахапова А.И. студент Зкурса КГАСУ, г.Казань, РФ E-mail: [email protected]

ОБЪЕМНЫЕ КОНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ В РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЯХ

Аннотация

Данная работа посвящена исследованию возможности эффективного применения программного комплекса Лира-САПР, для решения нетиповых задач с использованием объемных конечных элементов.

В данном исследовании проводится анализ несущей системы здания Пожарной каланчи в городе Сарапул, являющейся памятником архитектуры федерального значения.

Ключевые слова

Реконструкция, расчетные модели, объёмные конечные элементы, расчетные комплексы, кирпичные своды.

На сегодняшнее время метод конечных элементов является самым распространенным инструментом, лежащим в основе значительного большинства современных программных комплексов (таких как ЛИРА-САПР, MicroFe (микрофе) , STARK ES (старк) и т.д). Разнообразие решаемых задач обеспечивается большим количеством библиотек конечных элементов, включающих стержневые, пластинчатые и объемные элементы.

В большинстве современных задач, по определению усилий в несущих элементах, при расчетах инженерных конструкций, используют стержневые и пластинчатые элементы. Использование данных элементов позволяет с довольно точно определять внутренние усилия в элементах, при достаточно малом соотношении габаритов сечения к длине конструктивного элемента. Однако, существует определенная область практических задач в которых пластинчатые элементы недостаточно полно отражают напряженно-деформированное состояние исследуемых конструкций. К таким задачам можно отнести:

- задачи в которых габариты сечения сопоставимы с длинами элементов (объемные сложные ростверки, толстые стены в основаниях высотных зданий и так далее.);

- задачи в которых используется ортотропный материал (кладка стен, обычная и клееная древесина, композиционные материалы).

Решения данных задач известны, как методами численного моделирования конструкции различной конфигурации [1; 2], так и экспериментальным изучение механизмов разрушения в том числе и кирпичных сводов [3; 4]. Программное обеспечение лидеров отрасли широко использует различные типы конечных

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10/2017 ISSN 2410-6070_

элементов, в том числе и объемные конечные элементы в виде тетраэдров и параллелепипедов. Данные элементы включают в себя возможность задания линейной и нелинейной ортотропии, нелинейных характеристик таких как анизотропия, пластичность, ползучесть. Возможности моделирования подвижек опор, что часто имеет большое влияние на поведение конструкций выполненных из кирпичной кладки [5]. Здесь, наиболее актуально использование объемных элементов, что позволяет существенно повысить релевантность создаваемой модели, и получаемых результатов. Следует отметить, что моделирование реконструируемых зданий сложной конфигурации представляет собой достаточно сложную задачу [6], с необходимостью применения программных комплексов, способных моделировать сложные конструктивные элементы [7]. Нагрузки приняты согласно нормативам строительства [8]. Максимальные допустимые напряжения в кирпичной кладке приняты согласно [9].

В предлагаемой работе, для более точного и детального анализа поведения несущего остова здания Пожарной каланчи в городе Сарапул, являющимся памятником архитектуры федерального значения, использовались объемные конечные элементы. Данный подход к решению поставленной задачи, был продиктован ортотропным материалом кладки и довольно габаритным поперечным сечением исследуемых элементов.

Интерес в этой работе представляли действительные распределения напряжений, возникающие в кирпичной кладке здания с прогнозированием исследуемого напряженно-деформированного состояния во времени.

Конструктивная схема исследуемого здания - стеновая, с основными несущими наружными и внутренними кирпичными стенами.

. Наружные и внутренние несущие и самонесущие стены первого этажа выполнены толщиной 710 мм

- 1000 мм. Наружные и внутренние несущие и самонесущие стены второго этажа выполнены толщиной 640

- 900 мм. Толщина стен башни в уровне первого этажа - 1900 мм, в уровне второго и третьего этажа - 1800 мм, в уровне четвертого этажа - 1300 мм, в уровне пятого этажа - 1000мм, в уровне смотровой площадки -610мм. Фундаменты здания - под наружные и внутренние несущие стены выполнены ленточными, из бутового камня и кирпичного боя. Глубина заложения фундаментов наружных стен здания с учетом уклона поверхности земли равна 1,9-2,5метра от уровня поверхности земли. Глубина фундамента башни заложенной в центральной части здания, составляет 3,27 м от уровня чистого пола.

Перекрытия первого этажа здания выполнены комбинированными:

- самонесущие, в виде сводов из керамического кирпича на известковом растворе по стальным рельсам;

- несущие, в виде деревянных балок с опиранием на кирпичные стены.

Перекрытия второго этажа (чердачные) - выполнены с продольным или поперечным расположением несущих деревянных балок.

Расчет несущего каркаса выполнен в ПК Лира САПР. Общий вид модели представлен на рисунках 13. Расчетная модель включала в себя несущие стены, своды, деревянное перекрытие, стальные балки под своды. Предельным состоянием является достижение критических напряжений равных расчетному сопротивлению растяжению кладки. Состояние конструкций в закритической стадии работы не рассматривалось.

Собственный вес грунтовых засыпок прикладывался в случае перекрытия к балкам под своды, в случае чердачного покрытия к несущим стенам в уровне примыкания чердачных балок перекрытия. Нагрузки приняты согласно нормативам строительства [8]. Максимальные допустимые напряжения в кирпичной кладке приняты согласно [9].

Общий вид здания и модели представлены на рисунках 1-4. Результаты статического расчета с учетом упругого основания приведены на рисунках 6-9. Напряжения в элементах приведены в МПа, ось X расположена вдоль длинной стороны здания.

Результаты расчета (таблица 1) приводятся для несущих стен по осям которые приняты согласно рисунка 5.

Рисунок 1 - Общий вид главного фасада здания

Рисунок 2 - Расчетная схема, пожарной каланчи в г. Сарапул

Рисунок 3 - Расчетная схема, вид слева Рисунок 4 - Расчетная схема вид справа

Рисунок 5 - План здания в осях 1 -8/А-К

Рисунок 6 - Максимальные вертикальные напряжения в здании

ту Ux

Рисунок 7 - Максимальные вертикальные напряжения в здании при действии ветровой нагрузки

по Y и собственного веса

Изсполя напряжении по Nz Единицы измер ения - МПа

Z

Y

X

-0.627 -0.548 -0.47 -0.392 -0.313 -0.235 -0.157 -0.0783 -0.00388 0.00388 0.0783 0.157 0.235 0.313 0.381

6

Изополя напряжений по Nz Единицы измер ения - МПа

Z

Рисунок 8 - Максимальные вертикальные напряжения в здании при действии ветровой нагрузки

по X и собственного веса

Вертикальные напряжения на обрез фундамента приведены на рис. 9.

-0.878 -0.767

.219 0.329

Рисунок 9 - Вертикальные напряжения на обрез фундамента

Таблица 1

Действующие напряжения в стенах

У

Координаты стены Напряжения (МПа)

Сжатия Растяжения Процент использования

По высоте Вдоль стены По высоте Вдоль стены

А/1-8 0.72 0.252 0.074 0.126 80%

В/1-8 0.461 0.316 0.06 0.04 59%

Г/1-8 0.511 0.218 0.073 0.073 57%

Д/ 1-8 0.512 0.189 0.085 0.108 68%

К/1-6 0.707 0.119 0.03 0.03 78%

1/К-А 0.626 0.181 0.0782 0.113 71%

2/Д-А 0.57 0.165 0.712 0.118 73%

3/К-А 0.45 0.179 0.001 0.0897 55%

5/К-А 0.587 0.089 0.001 0.089 65%

7/Д-А 0.457 0.135 0.06 0.0674 51%

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10/2017 ISSN 2410-6070_

По результатам анализа полученных напряжений в стенах, бутовом фундаменте - прочность всех несущих элементов обеспечена.

Таким образом, применение объёмных элементов в расчетной схеме здания при решении задач реконструкции объектов архитектурного наследия, показало свою эффективность в анализе напряженно-деформированного состояния.

Список использованной литературы:

1. Milani G. (2015). Upper bound sequential linear programming mesh adaptation scheme for collapse analysis of masonry vaults. Advances in Engineering Software. № 79. Р. 91-110.

2. Tianyi Yi. PhD Thesis. Experimental Investigation and Numerical Simulation of an Unreinforced Masonry Structure with Flexible Diaphragms. Georgia Institute of Technology. 2004. 671 p.

3. Anania L., Badala A., D'Agata G. (2013) The post strengthening of the masonry vaults by the Q-Wrap technique based on the use of C-FRP. Construction and Building Materials. 2013. №. 47. Р. 1053-1068.

4. Cancelliere I., Imbimbo M., Sacco E. (2010) Experimental tests and numerical modeling of reinforced masonry arches. Engineering Structures. 2010. № 32. Р. 776-792.

5. Павлов, В. В. Экспериментальные исследования работы усиленных кирпичных арок при горизонтальной подвижке опор / В. В. Павлов, Е. В. Кхорков // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. - 2014 - № 2 - С. 90-96.

6. Беспалов В.В., Зимин С.С. Прочность каменной кладки сводчатых конструкций // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2016. № 11(50). С. 37-51.

7. ЗиминС.С., БеспаловВ.В., КазимироваА.С. Расчетная модель каменной арочной конструкции // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. 2015. №3(113). С. 33-37.

8. СП 20.13330.2016 «Свод Правил. Нагрузки и воздействия».

9. СП 15.13330.2012 «Свод Правил. Каменные и армокаменные конструкции».

© Срахов Д.Е., Сахапова А.И., 2017

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10/2017 ISSN 2410-6070_

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 005.1

И.И. Ананьев

Магистрант, 3 курс, БАГСУ г. Уфа, РФ

ВЗАИМОСВЯЗЬ БЕРЕЖЛИВОГО ПРОИЗВОДСТВА И СТРАТЕГИЧЕСКОГО ПЛАНИРОВАНИЯ

Аннотация

В статье рассмотрена взаимосвязь бережливого производства и стратегического планирования на предприятии. Особое внимание уделено принципам концепции бережливого производства, а также необходимости их учета при стратегическом планировании деятельности предприятия.

Ключевые слова

Производственный процесс, бережливое производство, стратегическое планирование,

концепция бережливого производства

На современном этапе на территории Российской Федерации наблюдается все большее распространение стратегического управления. Инновационная экономика характеризуется ростом количества участников рынка и совершенствованием конкуренции, что является результатом глобализационных процессов. Применительно к отдельным предприятиям наиболее актуальной является задача повышения уровня конкурентоспособности и эффективности деятельности. Решение представленной задачи осуществляется благодаря применению инновационных технологий управления бизнес-процессами [2, с. 89].

В мировой практике наиболее распространение в рамках управления предприятием получил процессный подход. Современные концепции менеджмента, которые применяют этот подход, представлены такими управленческими технологиями, как «всеобщее управление качеством» (Total Quality Managment); «производство точно в срок» (just in Time Managment); «бережливое производство» (Lean Production) и др. Использование представленных технологий за счет рассмотрения предприятия в качестве единого процесса, позволяет вносить изменения в составные элементы производственного процесса [2, с. 91].

Кроме того, применение данного подхода в рамках управления способствует обеспечению длительного успеха за счет удовлетворения требований потребителей и получения выгоды от работников, акционеров и общества. Основанием для достижения предприятием новых конкурентных преимуществ являются процессы реинжиниринга бизнес-процессов, разработки и внедрения системы менеджмента качества, устранения потерь при производстве продукта. Так, в соответствии с процессным подходом к управлению необходимо осуществлять разработку комплекса функциональных стратегий, в которых реализуются бизнес-процессы в различных структурных подразделениях предприятия. В сущности, функциональные стратегии признаются основными элементами стратегической системы управления предприятием, способствующие предопределению задач по достижению конкурентных преимуществ предприятия.

В условиях жесткой конкуренции образование функциональных стратегий предприятий предполагает необходимость реализации стратегий с учетом формирования условий для эффективного осуществления общей конкурентной стратегии. Обеспечением представленной реализации выступает сбалансированность потоков ресурсных воздействий на протекание бизнес-процессов при реализации функциональных стратегий предприятия. Значительное усиление позиций предприятия на рынке возможно за счет создания, производства и вывода на рынок инновационного продукта. Основной причиной такого усиления является то, что предприятие за счет формирования комплекса технологических инноваций, акцентирует внимание на достижение высоких показателей эффективности и результативности собственной деятельности [3, с. 209].

Таким образом, перед менеджментом предприятия возникает задача, связанная с разработкой и